Испытания на воздействие случайной вибрации

Испытание на воздействие случайной вибрации представляет собой сложный вид испытания. В данном виде испытания часто употребляется такой термин, как «спектральная плотность ускорения (СПУ)». Его надо понимать как «спектральная плотность ускорения случайной вибрации, выраженная в единицах «ускорение в квадрате, деленная на частоту (g²/Гц)». Спектр СПУ определяет закон изменения СПУ в пределах частотного диапазона.

Целью испытания является определение способности изделий, элементов и аппаратуры выдерживать воздействие случайной вибрации заданной степени жесткости, а также выявление возможных механических повреждений и/или ухудшения заданных характеристик изделия для решения вопроса о пригодности образца. Во время испытания образец подвергают воздействию случайной вибрации с заданным уровнем в пределах широкой полосы частот. Вследствие сложной механической реакции образца и его крепления это испытание требует особой тщательности при его подготовке и проведении.

Для облегчения использования методов испытаний программу испытаний делят на 4 раздела:

• испытание Fd. СТ МЭК 68-2-34 (ГОСТ 28220);
• испытание Fda. СТ МЭК 68-2-35 (ГОСТ 28221);
• испытание Fdb. СТ МЭК 68-2-36 (ГОСТ 28222);
• испытание Fdc. СТ МЭК 68-2-37 (ГОСТ 28223).

Каждый из последний трех разделов представляет собой законченный метод испытания с рекомендуемыми методами подтверждения, содержащимися в приложениях. Все сведения, которые требуются разработчику соответствующей НТД, приведены в испытании Fd. Сведения, необходимые инженеру-испытателю, приведены в испытаниях Fda, Fdb, Fdc (в зависимости от того, какое из них требуется).

Теория испытания

Для всех методов испытаний требуется определенная степень воспроизводимости, особенно для квалификационных или приемочных испытаний, проводимых для испытания одного и того же типа образцов различными организациями, такими как поставщик и потребитель изделий электронной техники.

Слово «воспроизводимость», употребляемое здесь, не означает сходимость результатов, полученных в условиях испытаний и в реальных условиях; под ним подразумевается получение аналогичных результатов испытаний, которые проводятся в различных лабораториях различным обслуживающим персоналом. Большое расхождение требований к различным значениям допусков при определенном уровне жесткости, а также обеспечение достоверности результатов испытаний приводят к введению трех воспроизводимостей: высокая (допуск в контрольных точках: ±3 дБ; в измерительных точках: ±5 дБ), средняя (± 6 дБ в контрольных точках), и низкая (допуски не устанавливается). Для каждой вопроизводимости можно сделать выбор метода подтверждения, принимая во внимание как динамические характеристики испытуемого образца, так и наличие испытательного оборудования.

Требования обеспечения воспроизводимости включают в себя контроль за уровнем вибрации в пределах узкой полосы частот. Несмотря на то, что выравнивание частот в узкой полосе обеспечивает лучшую воспроизводимость, чем в широкой полосе, выравнивание в узкой полосе частот в меньшей мере учитывает влияние окружающей среды на испытуемый образец. Однако выравнивание в широкой полосе частот приводит к тому, что резонанс внутри образца изменяет испытательный уровень настолько, что могут возникнуть пики и провалы. При эксплуатации реальные условия окружающей среды обычно способствуют возникновению пиков и провалов вследствие влияния окружающей среды на образец. Кроме того, маловероятно, чтобы эти пики и провалы совпали с пиками и провалами, возникающими при испытаниях в лаборатории.

Для этого испытания степень жесткости вибрации определяется соотношением следующих параметров:

• диапазон частот;
• уровень СПУ;
• длительность выдержки.

Для простоты в этом испытании используют равномерный спектр. При особых обстоятельствах может оказаться возможной иная форма спектра, указываемая как функция частоты.

Наиболее часто используемые диапазоны частот: 20…150, 20…500, 20…2 000 Гц.

Номинальный уровень СПУ в заданном частотном диапазоне следует выбирать из следующих значений: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10 g²/Гц.

Длительность выдержки следует выбирать из значений, приведенных ниже. Если требуемая длительность равна или более 10 ч в каждом направлении, то это время может быть разделено на периоды по 5 ч каждый, при условии, что напряжения, возникающие в изделии (вследствие нагрева и т.д.), не уменьшаются. Любая заданная длительность является суммарным временем выдержки, которое должно быть поровну разделено между каждыми заданными направлениями: 30 с, 90 с, 3 мин, 9 мин, 30 мин, 90 мин, 3 ч, 9 ч, 30 ч.

Перед проведением испытания необходимо подвергнуть образец воздействию синусоидальной вибрации для снятия частотной характеристики, и также провести испытания для обнаружения резонансных частот.

При снятии частотной характеристики испытания на синусоидальную вибрацию проводят по всему частотному диапазону в обоих направлениях, причем амплитуда синусоидального возбуждения находится в зависимости от заданной степени жесткости испытания на случайную вибрацию.

В процессе испытания для обнаружения резонансных частот сравнивают частоты, на которых возникают механические резонансы и другие зависящие от частоты явления (например, нарушение нормального режима работы) для того, чтобы получить дополнительную информацию относительно остаточных явлений, вызванных испытанием на воздействие случайной вибрации. В соответствующей НТД должно быть указано, что следует предпринять, если возникают какие-либо изменения резонансной частоты.

При первоначальных измерениях, если в соответствующей НТД указана необходимость, должны быть произведены измерения электрических параметров и проверки механических характеристик перед выдержкой. Во время выдержки образец подвергают воздействию случайной вибрации при заданном уровне. Образцы подвергают воздействию вибрации в трех взаимно перпендикулярных осях поочередно, если иное не оговорено в соответствующей НТД. Направления воздействия вибрации выбираются таким образом, чтобы все дефекты образца можно было легко выявить. Если иное не установлено в соответствующей НТД, то аппаратура должна находиться в рабочем состоянии, если это возможно, для того, чтобы можно было определить как нарушения работоспособности образца, так и его механические дефекты. В соответствующей НТД следует установить, требуются ли измерения электрических параметров и проверка механических характеристик во время выдержки и на какой стадии они должны быть проведены.

Существуют три метода испытания на воздействие широкополосной вибрации:

• воздействие широкополосной случайной вибрации;
• узкополосная случайная вибрация на фиксированных частотах;
• случайная вибрация методом качающейся частоты.

Эти три метода испытаний на воздействие вибрации не рассматривают как эквивалентные и поэтому должны быть представлены как отдельные испытания. Широкополосные испытания рассматривают в первую очередь, кроме того, с технической точки зрения, этот вид испытания наиболее совершенен.

Методики испытания на воздействие случайной вибрации дополняют существующие испытания на воздействие синусоидальной вибрации по СТ МЭК 68-2-6 (ГОСТ 28203), что является еще одним шагом вперед по воспроизведению типа вибрации, существующей в реальных условиях, а также для имитации воздействий на образец, более точно воспроизводящих условий эксплуатации. Испытание на случайную вибрацию следует применять во всех случаях, когда это экономически возможно, т.к. существуют повреждения, которые не выявляются при воздействии синусоидальной вибрации и которые могут быть легко выявлены в результате испытания на воздействие случайной вибрации.