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GB/T 2423.58-2008:電工電子產(chǎn)品振動混合模式試驗方法指南

標(biāo)題:GB/T 2423.58-2008:電工電子產(chǎn)品振動混合模式試驗方法指南

引言

在真實的運(yùn)輸和使用環(huán)境中,電工電子產(chǎn)品承受的振動激勵往往是復(fù)雜多樣的,可能同時包含正弦振動(如旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生的周期性振動)和隨機(jī)振動(如路面不平導(dǎo)致的寬頻帶振動)成分。為了更真實地模擬這種復(fù)雜的振動環(huán)境,GB/T 2423.58-2008 《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分:試驗方法 試驗Fi:振動 混合模式》 應(yīng)運(yùn)而生。該標(biāo)準(zhǔn)提供了一種將正弦和隨機(jī)振動結(jié)合起來的綜合試驗方法。

一、標(biāo)準(zhǔn)概述與目的

GB/T 2423.58-2008 是GB/T 2423系列環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)的一部分,它等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60068-2-80:2005。該標(biāo)準(zhǔn)適用于可能同時經(jīng)歷正弦和隨機(jī)振動的產(chǎn)品。
其主要目的在于:

  • ?

    高真實度模擬: 復(fù)現(xiàn)產(chǎn)品在實際使用環(huán)境中同時存在的周期性振動和隨機(jī)振動相結(jié)合的復(fù)雜情況。

  • ?

    綜合性能評估: 在一個試驗中綜合考核產(chǎn)品對正弦振動(尋找共振點、考核疲勞強(qiáng)度)和隨機(jī)振動(考核累積效應(yīng))的耐受能力。

  • ?

    提高試驗效率: 相較于分別進(jìn)行正弦和隨機(jī)振動試驗,混合模式試驗有時能更高效地激發(fā)故障。

  • ?

    暴露綜合失效: 更有效地暴露在單一振動模式下難以發(fā)現(xiàn)的潛在缺陷。

二、試驗原理

混合模式試驗的基本原理是:在寬頻帶的隨機(jī)振動背景(基礎(chǔ)激勵)上,疊加一個或多個確定的正弦振動信號。 這模擬了設(shè)備在承受背景隨機(jī)振動(如車輛行駛振動)的同時,還受到內(nèi)部或外部周期性振源(如發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)扇)影響的實際工況。

三、試驗類型與模式

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種主要的混合模式,其特性對比如下:
表:GB/T 2423.58-2008 規(guī)定的兩種混合模式

模式
名稱
說明
應(yīng)用場景舉例
模式1
正弦定頻 + 隨機(jī)
在整個試驗頻率范圍內(nèi),一個或多個正弦頻率是固定的,同時疊加一個寬頻帶隨機(jī)振動。
模擬設(shè)備在含有恒定轉(zhuǎn)速部件(如電機(jī)、泵)的機(jī)器上工作,該機(jī)器又安裝在隨機(jī)振動的載體(如車輛)上。
模式2
正弦掃頻 + 隨機(jī)
在整個試驗過程中,正弦頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)掃描,同時疊加一個寬頻帶隨機(jī)振動。
模擬產(chǎn)品所處的振動環(huán)境中有周期性振源,但其轉(zhuǎn)速是變化的(如渦輪發(fā)動機(jī)加速/減速),同時載體本身存在隨機(jī)振動。

四、試驗參數(shù)與條件

試驗的嚴(yán)酷程度由正弦分量和隨機(jī)分量的參數(shù)共同決定。下表概述了需要定義的關(guān)鍵參數(shù):
表:混合模式振動試驗的關(guān)鍵參數(shù)

分量
關(guān)鍵參數(shù)
說明
隨機(jī)振動分量
頻率范圍
隨機(jī)振動能量分布的頻率區(qū)間,如 5 Hz - 500 Hz。

加速度功率譜密度
定義不同頻率上的隨機(jī)振動能量大小,即PSD值(單位:g2/Hz)。

總均方根加速度
整個隨機(jī)振動分量的總能量水平(單位:g rms)。
正弦振動分量
頻率與幅值
模式1: 需規(guī)定固定的頻率點(如50 Hz)及其加速度幅值(如5 g)。
模式2: 需規(guī)定掃頻范圍(如20 Hz - 200 Hz)、掃頻速率(如1 oct/min)及加速度幅值(如5 g 或隨頻率變化)。

正弦信號數(shù)量
可以疊加單個或多個正弦信號。
通用參數(shù)
試驗持續(xù)時間
每個軸向的振動時間。對于模式2,需規(guī)定掃頻循環(huán)次數(shù)。

試驗軸向
通常需要在三個互相垂直的方向上依次進(jìn)行試驗。

五、試驗設(shè)備與程序

1. 試驗設(shè)備

需要高性能的電動振動試驗系統(tǒng),其控制儀必須具備混合模式控制功能,能夠精確合成、解耦和控制正弦與隨機(jī)信號。

2. 試驗程序

  1. 1.

    樣品準(zhǔn)備: 準(zhǔn)備代表性樣品。

  2. 2.

    確定試驗條件: 根據(jù)產(chǎn)品壽命周期環(huán)境剖面,選擇上述表格中的試驗?zāi)J剑J?或模式2)并設(shè)定所有參數(shù)。

  3. 3.

    安裝樣品: 將樣品按規(guī)定姿態(tài)固定在振動臺上。

  4. 4.

    進(jìn)行試驗: 在控制軟件中設(shè)置混合模式波形,啟動試驗。

  5. 5.

    監(jiān)測與檢查: 試驗過程中可監(jiān)測樣品的響應(yīng);試驗后檢查外觀和功能性能。

六、性能評價與注意事項

性能評價:
試驗結(jié)束后,應(yīng)對樣品進(jìn)行詳細(xì)檢查,包括:

  • ?

    結(jié)構(gòu)檢查: 有無松動、變形、斷裂。

  • ?

    功能檢查: 所有功能是否正常,性能參數(shù)是否超差。

  • ?

    失效分析: 分析故障模式,判斷是由正弦分量(如共振疲勞)還是隨機(jī)分量(如累積損傷)主導(dǎo)。

注意事項:

  • ?

    設(shè)備要求高: 混合模式試驗對振動臺和控制系統(tǒng)的要求高于單一模式的振動試驗。

  • ?

    參數(shù)確定復(fù)雜: 試驗條件的確定需要基于實際環(huán)境測量數(shù)據(jù)或精確的仿真分析,以確保模擬的真實性。

  • ?

    結(jié)果分析: 混合模式試驗?zāi)芨鎸嵉啬M環(huán)境,但其結(jié)果分析也更為復(fù)雜。

七、主要應(yīng)用領(lǐng)域

該試驗方法特別適用于:

  • ?

    航空航天設(shè)備: 機(jī)載電子設(shè)備(同時承受發(fā)動機(jī)正弦振動和氣動隨機(jī)振動)。

  • ?

    車輛電子設(shè)備: 尤其是安裝在發(fā)動機(jī)艙或傳動系統(tǒng)附近的設(shè)備。

  • ?

    工業(yè)設(shè)備: 如安裝在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械(泵、壓縮機(jī))上的控制柜。

結(jié)語

GB/T 2423.58-2008 振動混合模式試驗代表了對產(chǎn)品動態(tài)環(huán)境適應(yīng)性更高級別的考核。它通過將正弦和隨機(jī)振動有機(jī)結(jié)合,顯著提升了實驗室模擬的真實度,能夠更有效地暴露產(chǎn)品在復(fù)雜振動環(huán)境下的潛在缺陷。對于在高可靠性要求領(lǐng)域應(yīng)用的產(chǎn)品,進(jìn)行混合模式振動試驗是驗證其環(huán)境適應(yīng)性的重要手段,為提升產(chǎn)品可靠性提供了更為科學(xué)的依據(jù)。


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