3.5 機(jī)械力學(xué)類試驗(yàn)
??? 機(jī)械力學(xué)試驗(yàn)主要包括振動(dòng)、沖擊、碰撞、跌落、彈跳、搖擺、噪聲、恒定加速、堆碼、模擬運(yùn)輸?shù)取?/span>
3.5.1 振動(dòng)
現(xiàn)實(shí)生活中無(wú)論是產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用都會(huì)出現(xiàn)存在振動(dòng)環(huán)境，另外還有很多產(chǎn)品本身自帶產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)應(yīng)力會(huì)對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)或部件產(chǎn)品破壞，當(dāng)然更多地還會(huì)積累疲勞。
??? 振動(dòng)試驗(yàn)可以用來(lái)模擬振動(dòng)環(huán)境來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品的強(qiáng)度是否滿足要求。另外還可以通過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)來(lái)尋找產(chǎn)品的共振頻率，通過(guò)產(chǎn)品共振頻率的調(diào)整可以有效避免產(chǎn)品在特定振動(dòng)環(huán)境下的損害。??????
失效機(jī)理
??? 振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生位移，位移導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞、磨損、變形、碰撞或者斷裂。
??? 一旦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形會(huì)造成結(jié)構(gòu)的碰撞、摩擦或者斷裂、這樣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生物理?yè)p壞，從而無(wú)法進(jìn)行修復(fù)，這些通常都是由于產(chǎn)品的強(qiáng)度不足引起的。一般產(chǎn)品的強(qiáng)度可以滿足要求，所以我們所見(jiàn)到的失效大多由于疲勞引起，振動(dòng)是導(dǎo)致疲勞產(chǎn)品的主要原因之一。
??? 振動(dòng)導(dǎo)致的失效如下：
??? 結(jié)構(gòu)性損壞：這種破壞包括組成產(chǎn)品的各構(gòu)件產(chǎn)生變形、彎曲裂紋、斷裂以及疲勞損壞等。
??? 工作性能失靈：這種破壞一般指在振動(dòng)的影響下，系統(tǒng)造成不穩(wěn)定性能變差，有些系統(tǒng)甚至不能工作，例如電氣短路、導(dǎo)線磨損、電氣接觸異常、光學(xué)性能失調(diào)等。
??? 工藝性能破壞：這種破壞一般指產(chǎn)品的連接件松動(dòng)，密封失效、軸承磨損、焊點(diǎn)脫焊、螺釘松動(dòng)，印刷板插腳接觸不良等。
試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
??? 振動(dòng)試驗(yàn)主要參考IEC60068-2-6(GB/T2423.10)，IEC60068-2-57(GB/T2423.48)，IEC60068-2-59(GB/T2423.49),IEC60068-2-64(GB/T2423.56),MIL-STD-810G Method 514,ISTA系列，ASTM D4169 ASTM D7386等標(biāo)準(zhǔn)。
??? 針對(duì)包裝類的振動(dòng)試驗(yàn)，一般參考ISTA標(biāo)準(zhǔn)，部分重大貨箱船運(yùn)條件、空運(yùn)條件也可以參考ASTM系列
正弦掃頻試驗(yàn)
??? 正弦試驗(yàn)是從低頻往高頻以固定能量、連接的頻率和適度的掃描速率進(jìn)行掃描，以激發(fā)試驗(yàn)樣品的共振為主要目的。找到結(jié)構(gòu)、部件的共振頻率點(diǎn)，同時(shí)作為共振定頻試驗(yàn)的輸入點(diǎn)。
??? 正弦試驗(yàn)分為兩種試驗(yàn)：線性掃描和對(duì)數(shù)掃描，一般線性掃描用作進(jìn)行共振頻率搜索比較合適，用對(duì)數(shù)掃頻進(jìn)行疲勞耐久比較合適。目前絕大多數(shù)企業(yè)是以對(duì)數(shù)掃描進(jìn)行試驗(yàn)。以下為標(biāo)準(zhǔn)推薦值：
定頻試驗(yàn)
??? 在于測(cè)試件是否能適應(yīng)長(zhǎng)期共振環(huán)境下的能力。
??? 從正弦掃頻中找到共振振動(dòng)點(diǎn)，并加以分析，選擇最大共振動(dòng)點(diǎn)或出現(xiàn)次數(shù)較多的頻點(diǎn)用作駐留。
隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)
??? 對(duì)大多數(shù)的振動(dòng)環(huán)境來(lái)說(shuō)，自然或者人為產(chǎn)生的振動(dòng)都是為隨機(jī)波存在居多。如浪、潮流、風(fēng)、地震以及產(chǎn)品的整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程等等產(chǎn)生的振動(dòng)，都是隨機(jī)振動(dòng)。若能在振動(dòng)試驗(yàn)中模擬出現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品所碰到的隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境，那就可以用隨機(jī)振動(dòng)的來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)試效率為遠(yuǎn)超正弦振動(dòng)，且不易發(fā)生正弦掃描式所產(chǎn)生過(guò)應(yīng)力或應(yīng)力殘留等不良影響。
??? 隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的譜值來(lái)源，都是通過(guò)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采取整合，經(jīng)過(guò)很多路譜的數(shù)據(jù)采集才能夠得出來(lái)的數(shù)據(jù)。實(shí)際的運(yùn)輸場(chǎng)景中，不單單只有振動(dòng)的數(shù)據(jù)，還有許多其它的機(jī)械力學(xué)應(yīng)力場(chǎng)景，所以，單從采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行剝離區(qū)分，就是一項(xiàng)復(fù)雜繁瑣的工作。
??? 下圖為ASTM4169-14推薦的隨機(jī)振動(dòng)譜圖。
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3.5.2 碰撞沖擊
碰撞
??? 樣品在運(yùn)輸和使用過(guò)程中經(jīng)常遇到的、重復(fù)的、嚴(yán)酷等級(jí)較低的沖擊現(xiàn)象。碰撞試驗(yàn)對(duì)樣品的損害主要表現(xiàn)為累計(jì)損傷。
??? 一般產(chǎn)品如果發(fā)往發(fā)展中國(guó)家，或者是城市化較低、交通條件較差的地區(qū)，碰撞是強(qiáng)烈需要進(jìn)行的試驗(yàn)。
失效機(jī)理
??? 當(dāng)產(chǎn)品受到持續(xù)的碰撞后，可以參考材料的低周疲勞，包裝在每次碰撞過(guò)程中包裝或者產(chǎn)品會(huì)發(fā)生變形，一旦累積到一個(gè)量級(jí)就會(huì)造成質(zhì)變，從而導(dǎo)致包裝或者產(chǎn)品發(fā)生失效。
??? 一般失效：電路板器件開裂或脫落、產(chǎn)品發(fā)生結(jié)構(gòu)變形或開裂、包裝破損。
沖擊
??? 主要模擬樣品在運(yùn)輸和使用過(guò)程中偶然遇到的、不重復(fù)的嚴(yán)酷等級(jí)較高的沖擊現(xiàn)象。沖擊試驗(yàn)對(duì)樣品的損壞主要表現(xiàn)為強(qiáng)度損壞。
??? 當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生跌落或者碰撞時(shí)都會(huì)產(chǎn)生沖擊應(yīng)力，從而可能對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞?？梢允钱a(chǎn)品帶包裝和不帶包裝兩種情況。其中最為典型的就是半正弦波。
??? 沖擊試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品影響最大的就是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，試驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的斷裂，以及焊錫發(fā)生裂紋。
失效機(jī)理
??? 當(dāng)產(chǎn)品受到?jīng)_擊后，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生突變并產(chǎn)生瞬態(tài)響應(yīng)。其響應(yīng)是一個(gè)高頻振蕩、短周期、有明顯上升下降的高能量波。如果沖擊響應(yīng)幅值超過(guò)產(chǎn)品的強(qiáng)度，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生損壞。
??? 一般失效：電路板器件開裂或脫落、產(chǎn)品發(fā)生結(jié)構(gòu)變形或開裂、材料在到物理極限而破壞。
試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
?? ?碰撞沖擊試驗(yàn)的主要標(biāo)準(zhǔn)有IEC 60068-2-27(GB/T 2423.5)、IEC 60068-2-29(GB/T 2423.6)、MIL-STD-883G、EIA-364-27B等。
3.5.3 跌落
產(chǎn)生在整個(gè)生命周期當(dāng)中會(huì)有很多跌落可能，包裝運(yùn)輸過(guò)程的跌落可能，到客戶手上后使用過(guò)程也有可能。這就要求我們對(duì)產(chǎn)品帶包裝和裸機(jī)都會(huì)進(jìn)行跌落試驗(yàn)的驗(yàn)證，從而確保產(chǎn)品具備一定的抗跌落能力。
??? 我們經(jīng)常有看到快遞公司暴力分揀，從中心到卸車到分散點(diǎn)再掃出庫(kù)，一個(gè)快件至少要扔拋三次，這個(gè)過(guò)程就是極限包裝跌落。
失效機(jī)理
??? 當(dāng)包裝或者產(chǎn)品跌落后，其會(huì)與地面發(fā)生碰撞，從而導(dǎo)致包裝或產(chǎn)品發(fā)生變形，變形到一定程度后可能會(huì)出現(xiàn)回彈，可都當(dāng)達(dá)到破損極限時(shí)直接破裂而無(wú)法回彈。如果碰撞量級(jí)超過(guò)產(chǎn)品的強(qiáng)度，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生損壞。跌落是一項(xiàng)強(qiáng)沖擊，是驗(yàn)證在此跌落高度下是否已經(jīng)超出了產(chǎn)品的極限。
??? 跌落失效一般有：電路板器件開裂或脫落、產(chǎn)品發(fā)生結(jié)構(gòu)變形或開裂、包裝破損等。
試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
??? 跌落試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有ISTA 系列\GB/T 4857.5\IEC 60068-2-32(GB/T2423.8)\MIL-STD-810G Method 516等，其中自由跌落和旋轉(zhuǎn)跌落見(jiàn)下圖舉例。
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3.5.4 地震
地震又稱地動(dòng)、地振動(dòng)，是地殼快速釋放能量過(guò)程中造成的振動(dòng)，期間會(huì)產(chǎn)生地震波的一種自然現(xiàn)象。地球上板塊與板塊之間相互擠壓碰撞，造成板塊邊沿及板塊內(nèi)部產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)和破裂，是引起地震的主要原因。
地震時(shí)，最基本的現(xiàn)象是地面的連續(xù)振動(dòng)，主要特征是明顯的晃動(dòng)。極震區(qū)的人在感到大的晃動(dòng)之前，有時(shí)首先感到上下跳動(dòng)。因?yàn)榈卣鸩◤牡貎?nèi)向地面?zhèn)鱽?lái)，縱波首先到達(dá)。橫波接著產(chǎn)生大振幅的水平方向的晃動(dòng)，是造成地震災(zāi)害的主要原因。因此，通常采用振動(dòng)譜來(lái)模擬地震試驗(yàn)。
近年來(lái),國(guó)內(nèi)外地震頻發(fā),對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)的安全造成了極大的損失,往往在地震發(fā)生后,災(zāi)區(qū)的設(shè)備特別是通信系統(tǒng)都會(huì)受到一定程度的破壞,但震后通信系統(tǒng)的好壞將在很大程度上影響震后搶險(xiǎn)和生命財(cái)產(chǎn)的及時(shí)性和針對(duì)性,所以國(guó)內(nèi)外有關(guān)通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)中,都對(duì)通信設(shè)備的抗震能力做了相關(guān)的規(guī)定和試驗(yàn)要求。
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失效機(jī)理
地震直接災(zāi)害是地震的原生現(xiàn)象，如地震斷層錯(cuò)動(dòng)，以及地震波引起地面振動(dòng)，所造成的災(zāi)害。主要有：地面的破壞，建筑物與構(gòu)筑物的破壞，山體等自然物的破壞（如滑坡、泥石流等），海嘯、地光燒傷等。?
地震的失效機(jī)理同振動(dòng)，對(duì)電子設(shè)備的影響主要是結(jié)構(gòu)上的破壞，又可以分為永久性結(jié)構(gòu)損壞和可恢復(fù)性結(jié)構(gòu)損壞。
永久性結(jié)構(gòu)損壞定義為任何承重部件的變形、組件和任何連接部件的故障，其典型例子為設(shè)備機(jī)柜立柱的彎曲或裂縫、底座變形或裂縫、緊固件斷裂或裂縫等；可恢復(fù)性結(jié)構(gòu)損壞定義為部件的錯(cuò)位或分離，恢復(fù)后功能又可以正常工作的，其典型例子為電路板和模塊脫開、抽屜或蓋子打開、門打開等。
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試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
??? 地震的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)包括GR63/EN300 019/GB5083等，以下為GR63地震試驗(yàn)條件的舉例。
不同區(qū)域等級(jí)的地震強(qiáng)度
試驗(yàn)用規(guī)定的波形對(duì)設(shè)備進(jìn)行地震測(cè)試。圖5-17 所示的加速度-時(shí)間波形圖, VERTEQII,合成了幾種典型的地震情況,它適用于不同的建筑物和不同的土壤條件。設(shè)備的測(cè)試步驟應(yīng)依照振動(dòng)臺(tái)上產(chǎn)生的合成波形所規(guī)定的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行。
圖5-18為四個(gè)不同區(qū)域地震帶下的振動(dòng)頻譜圖。
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