运输试验中振动原因分析及计算公式

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　　运输包装试验就是模拟产品的运输过程，通过试验找出产品的设计缺陷，可能存在的风险。提前预见产品在运输过程中的损失，且实现产品设计成本合理化，也是进行产品运输问题事故仲裁的有效手段。

　　振动的危害

　　振动是运输包装试验项主要组成部分之一，在运输过程中，产品会因振动发生表面擦伤、漆膜或镀膜脱落等问题，内部部件还会因反复施加作用力发生螺钉松动、部件变形弯曲、产生裂纹、断裂、脱落等现象。

　　振动的由来

　　产品运输所受的振动危害主要来自运输环境和运输工具。运输工具主要包括：公路运输、铁路运输、空运和海运。

　　  · 在汽车运输过程中，公路路面的起伏不平、汽车发动机的固有振动、轮胎的充气程度和减震弹簧的性能等因素，都会使产品发生任意方向的振动;

　　  · 在火车运输过程中，受牵引机车和铁轨接缝的影响，产品也会发生周期性的振动;

　　  · 在海运过程中，产品除了受到发动机的振动影响外，还因水面风浪的颠簸发生低频振动;

　　  · 在空运过程中，产品不但受到发动机高频激振的影响，还会受气流作用产生低频振动以及周期性的上下和左右摇摆。

　　运输工具对比

　　在国内外的一些研究中，四大运输环境里船舶的随机振动量很小，火车和飞机的随机振动功率谱密度值比汽车小得多，汽车运输的机械条件最差。

　　振动试验发展过程

　　运输包装振动试验的类型是从正弦定频→正弦扫频→随机振动发展而来的。正弦定频振动试验可以在选定的一个或数个频率(通常选试件的共振频率)下对试件进行振动试验，由于不可能测出试件所有的共振频率对产品的影响，同时，共振频率本身在试验过程中也是变化的，于是就发展了正弦扫频振动试验，该试验过程中对试件所能碰到的所有共振频率都能进行衡量。那为什么又要进行随机振动试验呢?这是因为在进行正弦扫频振动试验时，试件在各共振频率下依次发生共振，而随机振动试验时，试件各共振频率同时发生共振。

　　振动的量值

　　产品的振动试验分为正弦定频振动试验、正弦变频振动试验和随机振动试验三种。振动试验中需要确定的量值很多，三种振动试验中需要确定的量值如表所示。

　　三种振动的力学量值公式

　　1. 正弦定频振动
　　正弦定频振动试验方法有两种：

　　(1) 定加速度法
　　具体测试方法《GB/T 4857.7-2005》中有介绍，这里只介绍一个力学条件量值公式，因为振动频率、振动加速度和振幅三者之间存在着固定的数学关系，用振动状态方程式表示为：

　　式中，D0-p 为表示半峰值位移，单位为mm;G 为表示振动加速度，一般习惯用g 的倍数表示;f 为表示振动频率，单位为Hz。

　　(2) 定位移法
　　具体测试方法《GB/T 4857.7-2005》中有介绍，这里只介绍另外两种标准。

　　  · ASTM D999标准：位移一般确定为25.4mm，振动频率主要在低频范围内，一般为2-5Hz。

　　  · ISTA标准：ISTA 1A规定，当运输包装件质量小于68kg时;ISTA 1B规定，当运输包装件质量大于68kg时。

　　2. 正弦变频振动
　　正弦变频振动试验方法有两种，具体测试方法《GB/T 4857.10-2005》中有介绍，这里只介绍两个力学条件量值公式，倍频程和变频速率。

　　倍频程计算公式为：

　　式中，n 表示倍频程，单位为oct。

　　变频速率计算公式为：

　　式中，R 表示变频速率，单位为oct/min;T 表示变频时间，单位为min或s。

　　3. 随机振动
　　随机振动试验具体测试方法《GB/T 4857.23-2012》中有介绍，这里只介绍三个力学条件量值功率谱密度 (PSD)、加速度均方根 (Grms) 和振动时间。国内外通过采集运输数据，利用统计学制定出随机振动谱。以ASTM D4169-08为例，如图：

　　ASTM D 4169-08《运输包装箱和系统性能测试标准规范》中卡车随机振动第Ⅱ等级路谱

　　如图已知各频率下的PSD值，Grms 值则为功率谱密度谱线下的面积值开平方。PSD变化n 倍和Grms 变化m 倍，n 和m 直接是存在倍数关系的，如图：

　　利用这种关系，也是可以建立新的随机振动谱，Grms 值越大，随机振动的能量就越大。

　　各种标准对试验时间有着不同的要求，GB/T 4857.23-2012推荐值为3小时。ASTM D4169-08规定振动时间的范围是0.5～6小时，推荐值为3小时。各标准试验时间都有计算方程式，以ISTA为例：

　　式中，Tt 为试验时间，单位为min;L 为运输距离，单位为km;8 为试验时间估算常数，标准中规定试验时间最大为6小时。

　　从这三种振动对应的力学条件和量值来看，它们都是独立的，不存在这个试验可以完全替代另一个试验，也不存在这个试验比另一个试验更加严酷。根据产品定义，正确选择试验项目、试验强度和试验时间可以让试验结果更接近现实。

　　相关标准：
　　  · GB/T 4857.10-2005 包装 运输包装件基本试验 第10 部分:正弦变频振动试验方法
　　  · GB/T 4857.7-2005 包装 运输包装件基本试验 第7 部分:正弦定频振动试验方法
　　  · GB/T 4857.23-2012 包装 运输包装件基本试验 第23 部分:随机振动试验方法
　　  · ISTA 1A、ISTA 1B、ISTA 3E、ISTA 3H
　　  · ASTM D4728-06《运输包装箱随机振动测试》
　　  · ASTM D4169-08《运输包装箱和系统性能测试标准规范》
　　  · ASTM D999

　　来源：嘉峪检测网微信公众号(ID：E_testing),检索发现，文章最早发布于百度文库《运输包装试验解析--振动篇》，由程鑫512分享。