二產(chǎn)品脆值試驗(yàn)方法

主要內(nèi)容產(chǎn)品脆值概念；傳統(tǒng)的脆值理論；破損邊界理論；確定脆值的方法。當(dāng)前第1頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)當(dāng)前第2頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)當(dāng)前第3頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)當(dāng)前第4頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)1.1產(chǎn)品脆值定義含義：產(chǎn)品經(jīng)受振動(dòng)和沖擊時(shí)用以表示其強(qiáng)度的定量指標(biāo)。又稱(chēng)為產(chǎn)品的易損度。此值表示產(chǎn)品對(duì)外力的承受能力，一般用重力加速度的倍數(shù)G來(lái)表示；當(dāng)前第5頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)由牛頓第二定律可知，產(chǎn)品受沖擊時(shí)產(chǎn)生的加速度正比于它所受到的沖擊力。因此，可以用產(chǎn)品所能承受的最大加速度來(lái)代替產(chǎn)品所能承受的最大沖擊力，以產(chǎn)品所承受的最大加速度與g的比值Gc來(lái)代替最大加速度。目前國(guó)內(nèi)外都一致以產(chǎn)品破損前的臨界加速度與g的比值Gc作為脆值的定義。1.1產(chǎn)品脆值當(dāng)前第6頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)G值一般可分為：極限G值：產(chǎn)品不發(fā)生物理?yè)p傷或功能失效的能力極限(Gc表示)；許用G值：根據(jù)產(chǎn)品的極限G值，考慮了產(chǎn)品的價(jià)值、強(qiáng)度、重要程度等因素，除以一個(gè)大于1的安全系統(tǒng)之后確定的產(chǎn)品允許使用的G值(用[G]表示)。[G]值反映的是產(chǎn)品抗沖擊的能力，并以所能承受的重力加速度值來(lái)表述。1.2G值分類(lèi)當(dāng)前第7頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)1.3許用脆值根據(jù)產(chǎn)品的脆值，考慮到產(chǎn)品的價(jià)值、強(qiáng)度偏差、重要程度等而規(guī)定的產(chǎn)品的許用最大加速度，以[G]表示。[G]=Gc/nn>1(安全系數(shù))[G]<

Gc當(dāng)前第8頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)1.4最大加速度Gm取決于沖擊速度、緩沖材料和產(chǎn)品重量等；Gc取決于產(chǎn)品；緩沖包裝中要求：Gm<[G]=Gc/n總之：G=a/g，Gm=am/g

[G]=[am]/g=Gc/n，Gc=ac/g當(dāng)前第9頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)1.5影響脆值的主要因素產(chǎn)品特性是影響產(chǎn)品脆值的本質(zhì)因素，其包含了以下幾個(gè)方面：（1）材質(zhì)，即組成產(chǎn)品的材料特性，主要指材料的機(jī)械性能；（2）結(jié)構(gòu)特性，即各零部件(元器件)的結(jié)構(gòu)特征，如結(jié)構(gòu)形狀(細(xì)長(zhǎng)件、薄片等)及其在產(chǎn)品(或系統(tǒng))中的安裝定位方式，如懸吊安裝、剛性安裝等；（3）脆弱零部件的力學(xué)性能，如脆弱零部件的固有頻率、強(qiáng)度等。其次是脈沖類(lèi)型。沖擊過(guò)程中速度變化量因脈沖類(lèi)型(包括沖擊波形、峰值加速度和持續(xù)作用時(shí)間)不同而變化。當(dāng)前第10頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)用G值反映產(chǎn)品本身抗沖擊能力有其局限性，它未能全面的反映出產(chǎn)品抗沖擊能力，因?yàn)楫a(chǎn)品耐沖擊能力，不僅體現(xiàn)在峰值加速度，也體現(xiàn)在波形、持續(xù)時(shí)間、頻率等多種因素有關(guān)。在某些應(yīng)用范圍，需從多方面考慮，作出全面、精確評(píng)價(jià)。采用產(chǎn)品沖擊破損邊界曲線來(lái)判別產(chǎn)品的耐沖擊能力，一定程度上彌補(bǔ)了上述缺陷。1.6G值表征的局限性當(dāng)前第11頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)2傳統(tǒng)的脆值理論G因子：表征產(chǎn)品反抗破損能力的唯一因素。包裝工程中，把這個(gè)產(chǎn)品不發(fā)生破損的最大加速度值稱(chēng)之為脆值Gc。由產(chǎn)品的材料結(jié)構(gòu)特征所確定，同外部環(huán)境因素?zé)o關(guān)。傳統(tǒng)脆值理論用產(chǎn)品的最大加速度響應(yīng)來(lái)評(píng)價(jià)其破損情況，流通環(huán)境的沖擊強(qiáng)度必須小于產(chǎn)品的脆值。問(wèn)題：造成產(chǎn)品破損的原因除了沖擊加速度的大小外，還與沖擊脈沖的形狀、脈沖持續(xù)時(shí)間、產(chǎn)品的固有頻率等等因素有關(guān)。當(dāng)前第12頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)2.1產(chǎn)品脆值和破損邊界理論產(chǎn)生脆值反映了產(chǎn)品抗沖擊的能力，是產(chǎn)品沖擊強(qiáng)度的一種指標(biāo)，兼有功能保持能力的描述，理論分析、經(jīng)驗(yàn)估算和直接測(cè)量都難以準(zhǔn)確確定產(chǎn)品脆值。為此Komhauser,Pen-dered提出了破損靈敏度的概念。1968年Neo-ton教授提出了破損邊界理論，用產(chǎn)品所能經(jīng)受的典型加速度脈沖沖擊的幅值和速度變化量來(lái)間接描述產(chǎn)品的脆值，作出破損邊界曲線。這一理論打開(kāi)了脆值沖擊試驗(yàn)的大門(mén)，奠定了現(xiàn)代緩沖包裝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，在包裝力學(xué)的發(fā)展上具有重大意義。當(dāng)前第13頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)與此同時(shí)，Lansmint公司和MTS公司相繼開(kāi)發(fā)出適合確定產(chǎn)品破損邊界的沖擊試驗(yàn)機(jī)。1977年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中采用了Neoton的破損邊界理論。在測(cè)定產(chǎn)品破損邊界曲線時(shí)，Schell建議用加速度脈沖的平均值代替幅值較為合理，采用后峰鋸齒加速度脈沖沖擊比Neoton的矩形加速度脈沖更接近實(shí)際情況，Goff和Pierce也曾建議采用半正弦加速度脈沖來(lái)測(cè)定產(chǎn)品破損邊界曲線。

2.1產(chǎn)品脆值和破損邊界理論產(chǎn)生當(dāng)前第14頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)當(dāng)前第15頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)3破損邊界理論（1）沖擊脈沖形狀的影響；（2）破損邊界曲線；（3）確定產(chǎn)品的臨界共振頻率。當(dāng)前第16頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)外包裝內(nèi)裝物（剛性）當(dāng)前第17頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)3.1沖擊脈沖形狀當(dāng)前第18頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)3.1沖擊脈沖形狀的影響=ftGmgt(ft-----形狀參數(shù))半正弦波脈沖，ft=0.63；三角形（鋸齒形）脈沖，ft=0.5；矩形脈沖，ft=1；梯形脈沖，0.5<ft<1；當(dāng)前第19頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)3.1沖擊脈沖形狀的影響當(dāng)前第20頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)對(duì)于同一種沖擊脈沖，不同的產(chǎn)品(即不同的固有頻率)其沖擊響應(yīng)是不同的；而對(duì)于同一產(chǎn)品，作用于不同的沖擊脈沖時(shí)，其響應(yīng)也是不同的。而影響產(chǎn)品響應(yīng)的，除了產(chǎn)品本身的固有頻率以外、主要是沖擊脈沖的波形、加速度峰值和脈沖持續(xù)時(shí)間。3.1沖擊脈沖形狀的影響當(dāng)前第21頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)3.2破損邊界曲線當(dāng)前第22頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)破損邊界曲線。沖擊破損邊界曲線是以加速度峰值為縱坐標(biāo)，以速度增量I△VI為橫坐標(biāo)的一條平面曲線(如圖1)。這條曲線是破損區(qū)和非破損區(qū)(安全區(qū))的分界線。當(dāng)前第23頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)確定邊界曲線步驟（1）確定臨界速度增量；（2）確定臨界加速度ac=Gcg；（3）用光滑曲線連接前兩步得到的垂直線和水平線。當(dāng)前第24頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)（1）確定臨界速度增量；確定邊界曲線步驟（2）確定臨界加速度ac=Gcg；選擇合適的跌高，保持不變。不變，逐漸加大Gm。當(dāng)前第25頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)（3）用光滑曲線連接前兩步得到的垂直線和水平線。確定邊界曲線步驟當(dāng)前第26頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)當(dāng)前第27頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)3.3確定產(chǎn)品的臨界共振頻率當(dāng)前第28頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)洗衣機(jī)外觀造型的設(shè)計(jì)原則是不斷地取消“薄弱環(huán)節(jié)”,也就是減少外露的“脆弱零部件”,不斷地向美觀和實(shí)用發(fā)展。并從外觀上更有利于產(chǎn)品的運(yùn)輸和流通,以及用戶(hù)的使用。同時(shí)洗衣機(jī)產(chǎn)品的產(chǎn)品脆值也由最初的60,改善到現(xiàn)在的100。當(dāng)前第29頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)電冰箱用壓縮機(jī),流通過(guò)程中常因壓縮機(jī)損壞而導(dǎo)致冰箱不能正常工作,開(kāi)箱故障率高達(dá)10-15%。經(jīng)進(jìn)行沖擊試驗(yàn),所得該產(chǎn)品的破損邊界曲線和共振頻率,找到了該產(chǎn)品的損壞部位與損壞原因。當(dāng)前第30頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)4.確定脆值的方法脆值試驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)估算法當(dāng)前第31頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)4.1脆值試驗(yàn)法根據(jù)沖擊破損邊界理論，產(chǎn)品的脆值可以通過(guò)試驗(yàn)手段進(jìn)行測(cè)定。碰撞機(jī)試驗(yàn)法和自由跌落試驗(yàn)法當(dāng)前第32頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)4.1.1碰撞機(jī)試驗(yàn)法對(duì)碰撞機(jī)的要求：（1）碰撞波形應(yīng)盡量接近半正弦波；（2）碰撞脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)在20ms以下，并可調(diào)節(jié)；（3）加速度誤差應(yīng)在10%以?xún)?nèi)。當(dāng)前第33頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)具體測(cè)定步驟：（1）選擇與被測(cè)產(chǎn)品重量相當(dāng)?shù)呐渲丶?，并將其固定于碰撞臺(tái)上。如圖接好線路，調(diào)試一起，使其處于正常狀態(tài)；（2）調(diào)整碰撞機(jī)的加速度；（3）試件安裝，取下配重件，將被試產(chǎn)品剛性固定好；（4）開(kāi)動(dòng)碰撞試驗(yàn)機(jī)，連續(xù)碰撞5-10次，讀取峰值加速度值，并記錄。4.1.1碰撞機(jī)試驗(yàn)法當(dāng)前第34頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)當(dāng)前第35頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)4.1.2自由跌落試驗(yàn)法跌落試驗(yàn)設(shè)備須滿(mǎn)足下列條件：（1）跌落高度能任意且容易調(diào)整，最大跌落高度1500mm；（2）要求沖擊面為堅(jiān)硬平整的水平平面，其質(zhì)量至少為被試樣品質(zhì)量的50倍；（3）試驗(yàn)樣品能完全不受妨礙的自由跌落；（4）便于對(duì)試驗(yàn)樣品操縱和起吊。當(dāng)前第36頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)當(dāng)前第37頁(yè)\共有39頁(yè)\編于星期五\22點(diǎn)具體測(cè)試步驟：（1）選擇一組厚度可以逐步減少的襯墊，保證產(chǎn)品在第一次跌落時(shí)產(chǎn)品不致?lián)p壞，把被測(cè)產(chǎn)品置于包裝襯墊中，并把加速度計(jì)固定在產(chǎn)品表面上；（2）將該包裝件從規(guī)定的高度自由下落，分別對(duì)六個(gè)面進(jìn)行跌落，記錄每次跌落的沖擊加速度。每一高度、每個(gè)面至少跌落兩次。但對(duì)不允許倒置的產(chǎn)品，則按其正常擺放位置