運輸包裝試驗解析—振動(dòng)篇
運輸包裝試驗解析—振動(dòng)篇
運輸包裝試驗就是模擬產(chǎn)品的運輸過(guò)程，通過(guò)試驗找出產(chǎn)品的設計缺陷，可能存在的風(fēng)險。提前預見(jiàn)產(chǎn)品在運輸過(guò)程中的損失，且實(shí)現產(chǎn)品設計成本合理化，也是進(jìn)行產(chǎn)品運輸問(wèn)題事故仲裁的有效手段。
振動(dòng)的危害
振動(dòng)是運輸包裝試驗項主要組成部分之一，在運輸過(guò)程中，產(chǎn)品會(huì )因振動(dòng)發(fā)生表面擦傷、漆膜或鍍膜脫落等問(wèn)題，內部部件還會(huì )因反復施加作用力發(fā)生螺釘松動(dòng)、部件變形彎曲、產(chǎn)生裂紋、斷裂、脫落等現象。
振動(dòng)的由來(lái)
產(chǎn)品運輸所受的振動(dòng)危害主要來(lái)自運輸環(huán)境和運
輸工具。運輸工具主要包括：公路運輸、鐵路運輸、空運和海運。在汽車(chē)運輸過(guò)程中，公路路面的起伏不平、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的固有振動(dòng)、輪胎的充氣程度和減震彈簧的性能等因素都會(huì )使產(chǎn)品發(fā)生任意方向的振動(dòng)；在火車(chē)運輸過(guò)程中，受牽引機車(chē)和鐵軌接縫的影響，產(chǎn)品也會(huì )發(fā)生周期性的振動(dòng)；在海運過(guò)程中，產(chǎn)品除了受到發(fā)動(dòng)機的振動(dòng)影響外，還因水面風(fēng)浪的顛簸發(fā)生低頻振動(dòng)；在空運過(guò)程中，產(chǎn)品不但受到發(fā)動(dòng)機高頻激振的影響，還會(huì )受氣流作用產(chǎn)生低頻振動(dòng)以及周期性的上下和左右搖擺。
運輸工具對比
在國內外的一些研究中，四大運輸環(huán)境中，船舶的隨機振動(dòng)量很小，火車(chē)和飛機的隨機振動(dòng)功率譜密度值比汽車(chē)小得多，汽車(chē)運輸的機械條件最差。
振動(dòng)試驗發(fā)展過(guò)程
運輸包裝振動(dòng)試驗的類(lèi)型是從正弦定頻→正弦掃頻→隨機振動(dòng)發(fā)展而來(lái)的。正弦定頻振動(dòng)試驗可以在選定的一個(gè)或數個(gè)頻率（通常選試件的共振頻率）下對試件進(jìn)行振動(dòng)試驗，由于不可能測出試件所有的共振頻率對產(chǎn)品的影響。同時(shí)，共振頻率本身在試驗過(guò)程中也是變化的，于是就發(fā)展了正弦掃頻振動(dòng)試驗，該試驗過(guò)程中對試件所能碰到的所有共振頻率都能進(jìn)行衡量。那為什么又要進(jìn)行隨機振動(dòng)試驗呢？這是因為在進(jìn)行正弦掃頻振動(dòng)試驗時(shí)，試件在各共振頻率下依次發(fā)生共振，而隨機振動(dòng)試驗時(shí)，試件各共振頻率同時(shí)發(fā)生共振。
振動(dòng)的量值
產(chǎn)品的振動(dòng)試驗分為正弦定頻振動(dòng)試驗、正弦變頻振動(dòng)試驗和隨機振動(dòng)試驗三種。振動(dòng)試驗中需要確定的量值很多。三種振動(dòng)試驗中需要確定的量值如表所示。
三種振動(dòng)的力學(xué)量值公式(重點(diǎn))
1：正弦定頻振動(dòng)
正弦定頻振動(dòng)試驗方法有兩種：
1) 定加速度法
具體測試方法《GB/T 4857.7－2005》中有介紹，這里只介紹一個(gè)力學(xué)條件量值公式，因為振動(dòng)頻率、振動(dòng)加速度和振幅三者之間存在著(zhù)固定的數學(xué)關(guān)系，用振動(dòng)狀態(tài)方程式表示為：
：表示半峰值位移，單位為mm；G：表示振動(dòng)加速度，一般習慣用g的倍數表示；f：表示振動(dòng)頻率，單位為Hz。
2) 定位移法
具體測試方法《GB/T 4857.7－2005》中有介紹，這里只介紹另外兩種標準。
ASTM D999標準：位移一般確定為25.4mm，振動(dòng)頻率主要在低頻范圍內，一般為2～5Hz。
ISTA標準：
ISTA 1A規定，當運輸包裝件質(zhì)量小于68kg時(shí)：
ISTA 1B規定，當運輸包裝件質(zhì)量大于68kg時(shí)：
2：正弦變頻振動(dòng)
正弦變頻振動(dòng)試驗方法有兩種，具體測試方法《GB/T
4857.10－2005》中有介紹，這里只介紹兩個(gè)力學(xué)條件量值公式，倍頻程和變頻速率。
倍頻程計算公式為：
n表示倍頻程，單位為oct；表示上限頻率，單位為Hz；表示下限頻率，單位為Hz。
變頻速率計算公式為：
R表示變頻速率，單位為oct/min；T表示變頻時(shí)間，單位為min或s。
3：隨機振動(dòng)
隨機振動(dòng)試驗具體測試方法《GB/T 4857.23－2012》中有介紹，這里只介紹三個(gè)力學(xué)條件量值功率譜密度（PSD）、加速度均方根（Grms）和振動(dòng)時(shí)間。國內外通過(guò)采集運輸數據，利用統計學(xué)制定出隨機振動(dòng)譜。以ASTM D4169 08為例，如圖：
如圖已知各頻率下的PSD值，Grms值則為功率譜密度譜線(xiàn)下的面積值開(kāi)平方。PSD變化n倍和Grms變化m倍，n和m直接是存在倍數關(guān)系的，如圖：
利用這種關(guān)系，也是可以建立新的隨機振動(dòng)譜，Grms值越大，隨機振動(dòng)的能量就越大。
各種標準對試驗時(shí)間有著(zhù)不同的要求，GB/T
4857.23 2012推薦值為3小時(shí)。ASTM D4169 08規定振動(dòng)時(shí)間的范圍是0.5～6小時(shí)，推薦值為3小時(shí)。各標準試驗時(shí)間都有計算方程式，以ISTA為例：
：試驗時(shí)間，單位為min；L：運輸距離，單位為km；8：試驗時(shí)間估算常數，標準中規定試驗時(shí)間最大為6小時(shí)。
結尾：
從這三種振動(dòng)對應的力學(xué)條件和量值來(lái)看，它們都是獨立的，不存在這個(gè)試驗可以完全替代另一個(gè)試驗，也不存在這個(gè)試驗比另一個(gè)試驗更加嚴酷。根據產(chǎn)品定義，正確選擇試驗項目、試驗強度和試驗時(shí)間可以讓試驗結果更接近現實(shí)。以微鯨電視為例：只做后兩項振動(dòng)，樣品量值和力學(xué)量值自己制定。
1.GB/T 4857.10 2005 包裝 運輸包裝件基本試驗 第10 部分:正弦變頻振動(dòng)試驗方法
2.
GB/T 4857.7 2005 包裝 運輸包裝件基本試驗 第7 部分:正弦定頻振動(dòng)試驗方法
3.
GB/T 4857.23 2012 包裝 運輸包裝件基本試驗 第23 部分:隨機振動(dòng)試驗方法
4．ISTA
1A、ISTA 1B、ISTA 3E、ISTA 3H
5．中國包裝科研測試中心，陳志強 相關(guān)文章
6．ASTM D4728 06《運輸包裝箱隨機振動(dòng)測試》
7．ASTM D4169 08《運輸包裝箱和系統性能測試標準規范》
8． ASTM D999
