Ensayos de vibración y validación

振动试验和验证

振动试验将整个使用寿命内的应力和磨损压缩为一段较短时间内的应力和磨损,可以揭示潜在的设计弱点。

我们需要确保产品在其使用寿命内能够承受冲击和压力。例如:

  • 手机必须能够承受在背包内的蹦跳,以及多次掉到地板上。如果不能承受普通日常使用,就会造成制造商保修成本激增,引起品牌劣化及顾客下次够买其他品牌手机的风险。
  • 卫星必须能够承受发射到太空过程中所产生的过度振动。如果发生故障,卫星开发和制造的投资就可能受到损害。

为确保客户收到的产品完整且功能齐全,产品从工厂装箱到抵达最终目的地的旅程中不能发生故障,这一点至关重要。

除了承受短期的物理力量外,开发人员需要确保他们的产品能够在长期使用中保持完整性和质量,这代表了品牌。产品在开发阶段通过大量模拟完成了确认和验证,但仅仅模拟还不够。必须对原型和末端产品进行物理试验以同时验证模拟的结果并向客户证明产品经久耐用。

确保产品完整性

振动试验有助于制造商确保完整产品及其组件的高品质、可靠性和耐久性。振动试验可以揭示运输、部署和使用(例如头盔撞击地面)时才会显露的设计缺陷。某些此类试验,如车内异响(BSR)试验,还可以检测不必要的噪音。对于高加速寿命试验(HALT)和高加速应力筛选(HASS)等环境试验,有必要将振动试验与环境室结合以增加快速加热和冷却的膨胀应力。工业和电子组件和产品、医疗设备和军事装备通常要接受这些试验。

振动试验档案

实际振动试验档案源于何处?从事组装产品的顾客、最终用户或制造商通常会自己定义振动试验规范和程序。这些定义通常基于其对于有效、无效设计方案所了解的经验和知识。振动试验可以提供更加结构化的方法来理解失效模式以及由振动引起的缺陷。

依据标准进行试验

许多振动试验配置是由多年来开发的标准定义的。振动试验配置有很多且专门适用于特定应用和产品。例子包括 DIN、ISO、BS、MIL、IEC 和 ASTM。航空航天和国防工业便是按标准检测的实例。这些标准包括 MIL-STD-810、NATO STANAGs和AS/EN9100100.

Vibration testing for durability, quality assurance and troubleshooting

选择系统

最关键的一点:您的系统必须适合这个测试,即能够输入必要的振动类型并能够处理试验特定有效载荷时产生的力。首先,自我监控所产生的振动水平对于避免试验对象承受不必要应力极为重要。

有很多配置系统的方法可以满足您的试验要求。此处所列为常见类型的振动试验以及我们对系统进行试验的建议。有许多其他方法来配置特定试验类型的系统;如果这些具体的建议未能满足您的要求,请查看振动试验产品部分或联系我们讨论您的试验需求。

耐久性和疲劳试验有助于制造商评估其产品和组件在一般使用下的效果。向组件、装配件和成品施加模拟真实条件的振动是评估产品在其使用寿命内是否适合使用的必不可少环节。进行耐久性试验时,产品应经试验满足一定的标准(标准往往由原始设备制造商和一线供应商制定),或者可以一直振动直至破坏产品。

耐久性试验往往是重复性的,因此需要易于设置、进行和停止。通过控制器软件存储试验配置和反复重新使用试验配置的能力,支持简单的试验执行。

系统建议

Durability testing system overview

进行耐久性试验时,常见系统配置是基于垂直或水平配置的中型风冷式振动台,如V875 440组合。这是一款通用振动台,有效载荷达600公斤(1323磅),包括汽车和航空航天组件和子组件。此系统中的振动台可以更换并适应不同大小的有效载荷。

为测试产品、组件和子系统在坠落、诱发冲击甚至高冲击时的情况, 通常会进行瞬态冲击试验、坠落试验和/或冲击试验。进行冲击试验时,电视机、汽车零部件或大型家用电器等有效载荷会在极短时间内以100克或11米/秒被快速移动,模拟小车撞上坑洞或电视机运输时坠落的情况。

汽车原始设备制造商、军事和商业制造商有冲击试验方面的标准。这些标准包括SAE J1455车辆和组件冲击和坠落试验标准IEC 60068-2-27、IEC 60068-2-29和IEC 60068-2-31商业产品典型冲击、碰撞和坠落标准和 MIL-STD-810典型冲击试验和军事系统冲击响应谱 (SRS) 分析标准。通过控制器软件存储和重用标准化试验配置文件,支持简单的试验执行。

系统建议

Shock and drop testing system overview

对于冲击试验,我们建议使用一种基于业界领先63.5毫米(2.5英寸)位移和1.8米/秒(70.9英寸/秒)峰值速度V8中型风冷式振动台的系统。LASERUSB控制器界面直观,配备有冲击试验软件,可提供快速、准确的冲击试验记录和分析,从而实现控制。对于更高级的冲击分析,BK Connect Shock Response Analysis会计算时域瞬变的SRS,以确定瞬态事件的破坏潜力。

包装试验和运输模拟试验旨在模拟产品从工厂装箱到送达客户的旅程。主要目的是确保包装可充分保护产品且包装本身能承受压力。试验旨在重现运输对于托盘装运装箱电视,运输包装洗衣机或板条箱装车辆或飞机组件的影响。试验也可以用于改进包装设计并优化包装材料的使用。

系统建议

Package testing and transport vibration simulation system overview 

建议包装试验系统附加LDS V875 640振动台,该振动台应装有镁制扩展头、LLASERUSB控制器和SPA-K放大器。

环境应力筛选,通常也被称为温控试验或“震动和烘烤”试验,其中产品受到震动的同时还会经受高温或低温或周期性温度波动以确保热应力和振动应力组合不会导致产品出现故障。这种试验方式能够证明在沙漠条件、制热环境下或极冷天气等极端情况下的运行稳定性。试验类型包括高加速寿命试验 (HALT) 和高加速应力筛选 (HASS)。ESS普遍用于极端温度下的军工产品和组件以及汽车零部件等工业产品,包括发动机组件和舱内装配件。对于军用产品,试验温度范围介于零下55摄氏度至零上125摄氏度。对于工业产品,常用范围为零下40摄氏度至零上85摄氏度。

系统建议

Environmental stress screening (ESS) system overview 

环境压力试验中,会将振动台(如配备热处理夹具和热障的V875型)装配于环境室内以保证环境室内只有有效载荷和振动台夹具。根据试验类型的不同,振动台可垂直或水平配置。LASERUSB控制器支持标准化试验,包括根据MIL-STD-810和DEF STAN 00-35的试验。

消费者要求改善产品的质量和可靠性,促使世界各地的汽车生产厂家都对噪音开展全面试验。车内异响(BSR)试验确保汽车零部件和内饰持久耐用且免受噪声影响,从而为乘客带来更舒适体验。部件和组件,如仪表板、后视镜和汽车内饰等都需进行试验。原始设备制造商和一线供应商经常追求试验尽可能大的装配件,规模可达车辆结构的1/2和1/4 。

系统建议

Buzz, squeak and rattle system overview

根据试验时有效载荷的不同,用于BSR试验的典型系统包括配备定制夹具(例如安装仪表板用夹具)的V780振动台。除了振动台系统本身以外,基于阵列的噪声源识别和音响工程技术是深入检测、验证和改进车内异响性能的必要手段。

检定和验收试验 (Q&A) 可确保设备设计满足特定任务的性能期望,覆盖组装和运输到发射和运行整个过程。

Satellite-on-shaker-Image-courtesy-of-INPE

由于卫星和发射器任务参数变化很大,试验参数和配置差异也很大。例如,对于卫星机械检定和验收试验,标准检定试验程序 (QTP) 通常不同于标准验收测试程序 (ATP)。在检定机械设计时,检定试验程序(QTP)更为全面,且能对工程模型进行更高级别的检定。这个程序通常包括振动、冲击和声疲劳等环境试验,且有效载荷可摇晃破坏或进行非破坏性试验以评估其性能。另一方面,验收试验程序则是在实际飞行模型上执行的生产试验,目的是表明该结构满足性能指标。 

Mechanical satellite qualification test system overview

合格试验包括︰

  • 随机和正弦扫频振动试验是指振动大型LDS振动台(如V994型)上的卫星以发现结构弱点,并确保未发生重大结构动态变化
  • 冲击试验模拟和分析太阳能电池板分离和展开过程中遇到的(高)冲击 

LASERUSB控制器支持标准化试验,包括根据MIL-STD-810和DEF STAN 00-35的试验。

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