機械環境試驗歸并問題的研究

張浩

摘 要：當進行機械環境試驗時，倘若產品通過了嚴格的試驗檢驗，那么可以免除其他響應比較小的試驗或者類似的試驗，僅需適度提升應力作用試驗次數，即可將這些試驗合并，如此一來，就能夠大大簡化試驗工作量，提升產品檢驗效率。

關鍵詞：機械；環境試驗；歸并問題

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.198

1 機械環境條件及試驗方法現狀

在產品維修、運輸和使用的過程中，很容易出現很多意外情況，即產生各種機械環境，如振動、碰撞、地震、跌落、運輸、沖擊、彈跳、搖擺等。因為在現實中，環境條件比較復雜，加之難以弄清楚各種機械環境的作用機理，因此僅靠一種設備進行試驗模擬是不可能的，所以必須針對不同情況有針對性地設定多種不同的機械環境條件，進行產品試驗時，應實現準備好所需的試驗設備與方法，以充分地考核各產品在不同條件下的反應，所以產品實驗工作不但耗時，更加耗費人力和財力，十分繁瑣。

2 環境應力效應及作用機理

2.1 環境應力效應

機械環境的應力效應可從兩個方面來闡述。一方面，因為應力作用會讓產品失去其自身功能，也就是說當受到應力作用時，產品的各方面的機能與幾何關系會產生改變，即物理特性會改變，這使得產品變成無用的物品，或者產品性能指標顯著改變而導致產品失去其本身的功能。另一方面，因為環境應力太強，導致產品結構出現永久性的損壞或者形變。

2.2 環境應力使產品失效的機理

上述兩種產品失效的表現都是因為受到環境應力的作用而導致產品出現損壞或者形變的，假若此形變未超出產品結構的特定彈性范圍，則當移除或降低環境應力之后，產品即能夠恢復原貌，即第一種失效。假如環境應力所導致德產品形變程度大于其結構彈性范圍，則這種變形就會成為永久性的。若應力高于強度的極限，那么產品結構便會產生裂紋等損害，從而導致部件脫落，此為第二種產品失效。前一種產品失效多是環境應力最高值（最低值）所決定的，而后一種產品失效不但和最大應力息息相關，也跟應力交變的實際次數與狀況有很大的關系。當環境應力對產品產生作用的時候，這種應力是以應力作用點傳遞至產品自身的，材料則是用聲速變形向產品內部傳遞的。若作用力的改變速度比聲速都大，則產品結構會用自身宏觀位移與變形向產品的縱深傳遞一部分能量。剩余的能量則會被材料的本身塑性形變所吸收。傳遞至產品縱深處的能量會被產品響應所吸收，產品響應狀況則跟其機械特性息息相關。由作用原理不難發現，就算激勵波形不一樣，在接受應力作用后產品只要具備相同的反映，則產品環境應力所產生的結果也會一樣。鑒于此結論，我們就能夠用多種激勵方法來進行產品應力實驗。進行應力環境試驗的過程中，在相同頻率范圍當中，假如通過了響應比較大的應力實驗，那么響應小的考核試驗就可忽略不做，假如響應相似，則可適度多做幾次相同的應力試驗就可。

3 碰撞試驗與振動試驗響應分析及其歸并探討

如果是在危險頻率上作定頻振動，振動響應等于碰撞響應時的Q位更小。

若想讓振動響應不比碰撞響應小，則進行碰撞試驗的時候，振動共振應當被賦予最大的放大系數。假如碰撞共振的過程中可以符合相應相等的需求，它的各個頻率都必須確保碰撞響應比振動效應小。在很多時候，振動響應均不會小于碰撞響應。同時，振動激勵響應具備雙邊性特性，它的應力同樣具備雙邊性特性。雙邊性應力能夠縮減試驗次數，還能減少碰撞損失。按照上文的論述，在根據既定要求進行產品應力試驗的時候，必須做出響應分析，假如碰撞響應與振動響應相差無幾，則將振動次數適度增加就能夠代替碰撞，假如碰撞響應比振動響應顯著要小，那么就可以不進行碰撞試驗。如此便規避了產品的重復試驗。在其他環境條件之下，假如具備同樣的作用原理，同時環境應力所產生的響應亦相同，則可進行同樣的試驗。可簡化單因素機械環境應力，而強化多因素機械環境應力。

參考文獻：

[1]Song，G.，Zhou，X.，Binienda，W.Thermal deformation compensation of a composite beam using piezoelectric actuators.Smart Materials and Structures .2004.