電工電子產品沖擊試驗能力驗證方法分析

張廣志 山天涯

摘要 沖擊試驗廣泛應用于航空、航天、軌道交通、汽車等領域，模擬產品在實際使用中能夠承受的沖擊破壞的能力。通過沖擊試驗來評定產品結構的抗沖擊能力，有效提高產品的可靠性。沖擊能力驗證通過監測樣品在指定條件下的最大沖擊響應峰值加速度值進行評價，同時分析得出沖擊試驗結果的影響因素。

關鍵詞沖擊試驗;沖擊響應峰值加速度;能力驗證;影響因素

中圖分類號：TM506

1引言

電工電子產品沖擊是對產品施加短時大量級機械沖擊脈沖應力，考核產品機械結構強度和承受沖擊的能力。沖擊試驗的嚴酷程度可通過監測產品的沖擊響應峰值加速度來分析[1]。沖擊試驗能力驗證基于監測指定樣品的沖擊響應峰值加速度考察實驗室的測試能力，通過能力驗證把試驗技術水平進一步提高，具有十分重要的現實意義。

2沖擊能力驗證

2.1被測樣品和測試方法

2.1.1 被測樣品

沖擊能力驗證采用樣品為特制的金屬結構件，樣品主要由鋁合金底板、支撐架、懸臂桿、砝碼等組成[1]，在沖擊試驗時，實驗室將鋁合金底板固定在試驗臺面上，在砝碼前端平面上設置傳感器，測定指定點最大沖擊響應峰值加速度。

2.1.2 測試方法

測試依據標準《GB/T 2423.5-2019環境試驗 第2部分：試驗方法試驗Ea和導則：沖擊》，試驗控制參數為半正弦波脈沖，峰值加速度15g，脈沖持續時間11ms。

試驗要求如下：

1）測試環境溫度（23±2）℃、相對濕度（50±10）%、無其他振動和熱輻射影響;

2）樣品需在試驗環境條件下放置至少1小時進行預處理;

3）通過安裝孔或夾具將樣品固定在振動試驗臺面上，樣品的安裝面呈水平狀態;

4）將監測傳感器設置在樣品砝碼前端指定平面上;

5）在垂直方向上進行沖擊試驗，得出樣品指定點的最大沖擊響應峰值加速度。

2.2結果評價

2.2.1 能力評價原則

依據CNAS-GL002：2018《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》中的算法A對實驗室測試結果進行統計分析[2]。

式中：—參加實驗室提交的結果;

—指定值，參加實驗室測試結果的穩健平均值取20.8g[3];

—能力評定標準差，參加實驗室測試結果穩健標準差取1.17g[3]。

沖擊試驗能力評價如下：

為合格（滿意）結果，為不合格（不滿意）結果。

2.2.2 結果能力評價

實驗室能力驗證結果及評價如表 1所示。

實驗室采用兩種固定方案，一種是通過壓板將樣品直接固定在振動臺動圈上，減少中間傳遞環節，提升整個系統的剛度，實測最大沖擊響應峰值加速度為21.1g;另一種采用結構穩定、剛度好的垂直擴展臺作為過渡固定樣品，擴展臺材質具有較高的剛度-質量比，采用筋板結構焊接工藝、臺面嵌入鋼制螺紋孔套，可螺栓直接固定樣品，擴展臺固有頻率為1800Hz，可避免在試驗頻率內與樣品產生共振，滿足試驗要求，實測最大沖擊響應峰值加速度結果為21.4g，最終沖擊能力驗證結果為滿意。

3沖擊試驗結果影響因素

沖擊試驗的最大沖擊響應峰值加速度結果的準確性受很多因素影響，沖擊試驗結果的影響因素主要包括樣品的固定[4]、傳感器的選擇與靈敏度設置[4]、傳感器的布置等因素。

3.1樣品的固定

GB/T 2423.43-2008對動力學試驗樣品的安裝要求，在任何情況下，元件應固定在剛性試驗夾具上或直接緊固在試驗臺的安裝表面上。但在實際環境中，受限于樣品的安裝孔位或工裝夾具動態特性等因素限制，試驗安裝一般做不到絕對剛性，但應盡量剛性安裝。針對樣品裝夾提出以下幾點建議：

1） 盡量將樣品裝夾在試驗臺面的中間;

2） 樣品裝夾應采用剛性固定，固定力應足夠（滿足安裝力矩要求），并且對稱平衡，保證試樣不受過度應力而變形;

3） 樣品應直接裝在試驗臺面上，如樣品的安裝孔不合適，可選擇合適的剛性壓板緊固等方式，應盡量減少過渡環節。

3.2傳感器的選擇與參數設置

選擇合適的傳感器對測量準確度有重要影響。尤其監測傳感器的重量對測量結果有較大影響，根據固有頻率公式可知，當傳感器重量越大整個系統的固有頻率越小，反之傳感器重量越小系統的固有頻率越大，而固有頻率的變化則直接影響最大沖擊響應峰值加速度測量值。一般傳感器重量為10g左右較合適，傳感器重量過大或過小都會影響試驗數據。

傳感器的另一個重要指標為靈敏度值，一般傳感器出廠都會附帶證書標定靈敏度值，但是傳感器在使用中可能會出現靈敏度飄移的情況，因此使用的傳感器應定期送檢計量，在實際使用中還要根據試驗條件、傳感器的頻響特性曲線和幅值線性度情況，選擇合適準確的靈敏度值。

3.3傳感器的布置

沖擊試驗需要安裝兩種傳感器，一種是安裝在某個特定的控制點處，用于檢測反饋控制信號的傳感器，稱為控制傳感器。控制點是在沖擊試驗中用以控制沖擊量值的傳感器的安裝點，該點應該緊靠樣品固定點進行布置。一種是安裝在“監測點”處，用于檢測樣品在沖擊試驗中響應狀態參數的傳感器，稱為監測傳感器。監測傳感器應布置在樣品砝碼前端指定平面中心處，一般要求傳感器粘貼緊固，可采用膠水粘貼，粘貼前應保證傳感器底部干凈平整。

4結論

通過沖擊試驗能力驗證，考核了實驗室人員對標準的理解、試驗操作能力和試驗設備的準確性等多方面，保證測試結果的可靠性。此外從樣品的安裝、傳感器的選擇和靈敏度設置、傳感器的布置等方面，提出了提高沖擊試驗能力驗證結果準確性的方法。

參考文獻

[1] 威凱檢測技術有限公司.基于最大沖擊響應峰值加速度的沖擊試驗能力驗證方法：CN202010915428.4[P]. 2020.12.11.

[2] CNAS-GL002：2018能力驗證結果的統計處理和能力評價指南[S]. 2018： 10-19.

[3] 威凱檢測技術有限公司. 沖擊試驗能力驗證報告[R]. CNCA-20-11，2020： 3-14.

[4] 龔志高，孫彭城，張煥，黃劍鋒. 電動振動臺振動試驗和能力驗證[J]. 中國檢驗檢測，2020（04）： 19-21.