开苍发圣与）创泛新万方数据产品脆值及其评定方法探析 黄虱王卫荣（合肥工业大学，安徽“３０００９）招十门摘要：根据冲击破损边界理论，产品的脆值可以通过试验手段时行刚定。机械冲击脆值的测定通常采用“利用冲击试脸机进行试脸（冲击试脸机法）”和“使用缓冲材料进行试验（缓冲材料法）”两种方法进行本文将结合多年的研究和试脸脸证成果，提出一个较为科学、合理的脆值概念及与之相应的评价方法，进而对两种产品脆值试脸方法进行比付，为准确评定产品脆值、改进与提高产品（或包装）设计提供理论依据，以便在实践中验证。关健词：脆值；评定；方法０引言１．２脆值的判别方法 产品（或包装件）在一定的外界因素的影响下将会脆值的判别方法是随着包装技术的发展而得以完 发生损坏。外界是因素错综复杂，一般包括物理机械因善。目前，主要有用产品的Ｇ值和损坏边界曲线两种方素（冲击、振动、压力等）、气候因素（水、温度、湿度法来判别。当然也有人提出建立以平均加速度、脉冲持等）、化学因素（二氧化硫、盐雾等）和生物因素（啮续时间、频率为判据的脆值三维曲面和脆值模型来判别齿动物、微生物、霉菌等）。的设想。这将随着脆值本质的不断揭示而深化。耐冲击能力（脆值〕Ｇ值。Ｇ值是指产品不发生物理损伤或功能失效所能 承受的最大加速度与重力加速度的比值，并用Ｇ来表示。耐物理机械因素耐振动能力（耐振度）Ｇ值一般可分为：极限Ｇ值：产品不发生物理损伤或功能耐静载能力（压力）失效的能力极限（Ｇｃ表示）；许用Ｇ值：根据产品的极限Ｇ值，考虑了产品的价值、强度、重要程度等因素，除以易损性耐气候因素〔温度、湿度、雨水、低气压等）一个大于１的安全系统之后确定的产品允许使用的Ｇ值耐化学有害因素（酸、碱、盐雾等）（用（Ｇ）表示）。Ｇ值反映的是产品抗冲击的能力，并以所能承受的重力加速度值来表述。当前，国家标准ＧＢ耐生物因素（白蚁、微生物等）８１６６－８７《缓冲包装设计方法》中给出的脆值（Ｆｍｐｌｉｙｔ）脆值是其中的一项，是特指耐冲击的能力。可以说易 定义，及一般资料中提供的脆值数据都指的是Ｇ值。但损性中包含了脆值的内涵。只有正确界定易损性中各因素的是，用Ｇ值反映产品本身抗冲击能力有其局限性，它未能特征与关系，才能客观、合理的评价产品承受损坏的能力。全面的反映出产品抗冲击能力，因为产品耐冲击能力，不脆值的含义及其影响因素仅体现在峰值加速度，也体现在波形、持续时间、频率等１．１脆值的含义多种因素有关。在某些应用范围，需从多方面考虑，作出脆值是指产品耐冲击的能力。因此，可以将其定义 全面、精确评价。采用产品冲击破损边界曲线来判别产品为：脆值是指产品不产生物理损伤或功能失效所能承受的耐冲击能力，一定程度上弥补了＿Ｌ述缺陷。的冲击极限。脆值研究的对象是产品，它是产品的固有破损边界曲线。冲击破损边界曲线是以加速度峰值为 特性；该特性是产品承受冲击能力的综合反映；产品最纵坐标，以速度增量一△Ｖ为横坐标的一条平面曲线（如初破损往往发生在产品最薄弱环节，并且有方向性。因图１）。这条曲线是破损区和非破损区（安全区）的分界线。此定义中的冲击极限指的是脆弱零部件损坏时，在特定从图１中可看出：当【ＡＶ一＜一△Ｖｃ一或Ａ．＜Ａｃ 方向、特定部位（最易发生损坏部位）的值。时为安全区（其中：Ａｍ为产品脆弱部件的加速度响应定义中没有规定冲击极限的具体表述方法。因随着 峰值；Ａｃ为产品脆弱部件的临界加速度响应值）。即，科学技术与测量技术的发展，冲击极限的表述方法将得在该区域内即使产品最大加速度很大，大到超过它所能以不断完善。使用者可根据脆值应用场合及具备的条件承受的最大加速度，也不会出现破损。选择相应的冲击极限表述方法。 当！ＡＶＭ）｛ＡＶｃ！和Ａｍ ３Ａｃ时为破损区。等号表示位于冲击破损耗边界曲线上，属临界点。《机电产品开发与创所》２００３年第２翔３３万方数据开＞发＞与匈料进行试验（缓冲材料法）”两种方法进行。弋２．１冲击试验机法 该试验方法需专用冲击试验机，能产生各种波形，１５适用范围广，自动化程度高，操作方便，可操作性好１设备具有脉冲程序器，可以产生矩形波、半正弦波等多一尹砂．、、一尹种波形，并且可以控制冲击速度变化，根据需要设定冲０５击强度，试验的模拟性（与计算值相比较）较好。将产品固定在冲击试验机台面上，从一定的高度落下， ０ｆ＂ （ＡＶ）０． ．５１ｉｓ ２Ａ． 使冲击台面与脉冲程序器相撞，产生一定的速度变化和加速度不同形式脉冲的破损边界曲线值。通过改变脉冲程序器来达到产生不同的冲击彼形，改变跌落高上达到改变冲，＊ｔｏ速度，连续试验直至产品发目损坏。Ａ－矩形波由于试验时产品固定在冲击台面上，并与台面一起冲 ，止、半正弦波击，较好的保证了冲击方向和状态，干扰因素少，精度较高，离散度小。我们利用半正弦脉冲，在同一高度重复跌拱夕之睡任三二，、老—二－有线上升阶跃波落５次时，测得的数据分布状态。在速度变化值平均相差后峰据齿波与缓冲材料法相同（６．３５ｃｍ／ｓ）情况下，峰值加速度平均相差０．４２８，最大相差１．３ｇ，最大离散率为１．１％０ ｆｃＴｓ２．２缓冲材料试验法图２不同形式脉冲的冲击谱曲线 该试验方法可采用常用的各类跌落试验机，利用缓 当速度增量＞ＡＶｅ时，则也可以倪作为产品脆值的评 冲材料来控制冲击脉冲，其只能产生近似半正弦波，并价指标。破损边界曲线可用试验法方法或计算方法绘制。且由于缓冲材料的质量、密度等稍有变化，就会影响试，．３影响脆值的主要因家验结果，故其模拟性及再现性都较差。由于缓冲材料的产品特性是影响产品脆值的本质因素，其包含了以下 塑性变形，冲击时冲击状态的偏差和二次冲击（回弹）几个方面：材质，即组成产品的材料特性，主要指材料的等原因，使其测试精度相对低，离散度大。机械性能；结构特性，即各零部件（元器件）的结构特将产品进行缓冲包装后，在跌落试验机上使其自由 征，如结构形状（细长件、薄片等）及其在产品（或系下落，与底面（地面）产生冲击。通过改变跌落高度或统）中的安装定位方式，如悬吊安装、刚性安装等；脆弱缓冲条件（缓冲材料厚度）达到改变冲击加速度，连续零部件的力学性能，如脆弱零部件的固有频率、强度等。跌落直至产品发生损坏脉冲形式。冲击过程中的速度增量随着脉冲的变化（ 波形、利用缓冲材料控制冲击脉冲，同一高度重复跌落５ 峰值加速度和持续作用时间）而变化。在相同的峰值加速度和次时侧得的数据分布状态。在速度变化值平均相差与冲脉冲待续作用时间条件Ｆ，冲击波形对其起着显著的影响。击试验机法相同（６．３５ｃｍ／ｓ）情况下，峰值加速度平均从图中可以看出矩形脉冲产生的冲击破损边界包围 相差２．５ｇ，最大相差９．３ｇ，最大离散率为７．７％，了其它各种脉冲产生的破损边界，其加速度边界最低，该试验方法，仅能产生半正弦波，此时随着ＡＶ的变 并呈一条水平直线。这也说明矩形脉冲最严酷，临界Ｇ。化，Ｇ不是一个常数。为取得较准确的Ｇ值，需预测流通最小。在缓冲包装设计时，为了安全，可以选择在矩形中可能遇到的△Ｖ，并使试验时的△Ｖ与此尽量一致，也脉冲情况下的Ｇｃ。当然这样的设计偏不保守。就是说要预测跌落高度与容器２缓冲材料的恢复系数（因如果以产品能随的最大加速度Ｇｃ来度量产品的抗 Ｖ＝ （１＋ｅ习】））。此项工作较复杂，而且耗时较多。冲击能力，除矩形脉冲外其它各类脉冲Ｇｃ均随ＡＶ的该方法较难得出破损边界曲线上的临界速度线（该 变化而变化〔不是一个常数）。实际流通过程中不可能线是在加速度值大于产品的Ｇ值，速度变化较小的情况有典型的矩形脉冲。因此将Ｇｃ作为一个常数，在某些下测得），仅能基本确定Ｇ值要求较高的应用场合，会带来误差。由于上述原因，缓冲材料法在适用范围上受到限制。 ２脆值的评价方法图３、图４分别给出了用冲击试验机测得的ＴＤＪ６光 根据冲击破损边界理论，产品的脆值可以通过试验 经经纬仪和白皮鸡蛋的破损边界曲线。手段进行测定。机械冲击脆值的测定通常采用“利用冲３结论击试验机进行试验（冲击试验机法）”和“使用缓冲材脆值是反映产品牢固程度的重要 （下转第３７页）３４《机电产品开发与创新》２００３年第２期万方数据开＞发）与）创圣断５结构总体设计的诸多优点早已为人们所接受，但设计时不要忽略方仓每一个装备的战术一技术要求中，也必然要包括机 本身的机动性问题，否则会使方仓成为部队的包袱。动性、可维修性及操作性等内容，这些要求都是通过结自从对装备的可靠性提出定量要求起，可维修性问题 构总休设计来达到的。对军用产品，这类问题尤为显得变得突出起来，在产品的结构总体设计中已作为重点。事重要，因为在实战中，有些间题会变得很突出。实上，对一个装备来说，可维修性怎么强调也不过分，因首先是机动性问题，其中包括运输性。对机动式装 为没有一个百分之百可靠的设备。一旦出现故障，就涉及备，实战要求快速转移、展开、架设与折收，并可以多到可维修性问题。在可维修性设计中，首要解决的是可接近种手段进行运输。要同时满足这些要求，首要的设计思性间题，只有迅速接近故障点才能谈得上维修。早些年，国想是实现小型化、轻便化，采用快速调平、快速连接技内盛行使用快速连接、快速拆卸，其目的是实现一个术，这对天线来说尤为重要。“快”，但这个“快”远补偿不了可接近性不良而引起的慢。结构总体设计要从系统设计和综合设计人手，运用新 有时，快速连接使用不当，反而引起设备不可靠，这就有的设计理论与设计概念，善于移植其它行业已成熟的设计点得不偿失了。提高可维修性的捷径是实现模块化，只有成果，采用新材料、新工艺，特别要贯穿机电一体化思想。实现模块化，且保证对每一模块的可接近，才能将修复故例如，为提高雷达测量精度，传统设计方法是提高天线系障时间缩至最短。当然，要提高可维修性，首先要做到故统刚度，这样必然引起重量加大，也带来机动性等问题。障快速定位，这主要是电路设计中要解决的问题。如采用强度设计代替刚度设计这样一种新的设计方法，即可操作性问题，实际上是人机工程学问题，由于同 保证了精度，又不至于增加过多重量。这种设计方法是采类产品间的竞争，这一问题越来越引起工程界的重视用倾斜传感器技术，实时测量出天线在风负荷下的变形，目前一些优秀的三维ＣＡＤ软件已提供人机工程的模块，输人计算机进行误差修正，从而保证了夭线的侧量精度。这使得在设备的设计过程中就可以已最优化的方式解决为解决可运输性，陆用设备普遍采用了方仓。方仓 操作性问题，极大提高产品的设计效率与设计质量。（上接第３４页）的一项基本参数。正确地评价产品脆值，是提高产品９（或包装）设计水平，增强经济效益的有利途径。 绷确定产品脆值是一项比较复杂的工作，一般应根据 枷损坏区产品特点及应用场合选择相应的评价方法，做到适用与３００简单易行相结合。在试验法中，用冲击试验机测定产品袱脆值是较可靠与精确的方法，尤其对一些精密及重要产１１５联ｌ品，在严酷条件下更应推广采用此方法。但鉴于国情，Ｉ非损坏区对常用产品，在一定范围内仅需提供Ｇ值的场合，也仍。七５０ ３００ ４５０ ６００ ７５０ ９００ ＡＶ （ｃｈｅｗ可使用“采用缓冲材料测定产品脆值”的方法进行Ｇ值图３ ＴＤＪ６光学经纬仪破损边界图的测定，降低试验费用，以拓宽脆值的使用场合。９剧脆值是衡量产品耐冲击能力的一个重要因素，它与产 品设计、制造、包装、流通和使用密切相关。随着科学技１２０术的发展，已逐步成为国内外科技人员关注的对象。当前，１００脆值研究工作正值方兴未艾。无论从理论上，还是实践上朋都需要作进一步的研究与发展，以使其尽快完善。６０参考文献：４０［１］ Ｒｏｂｅｎ Ｅ．Ｎｅｗｔｏｎ．脆值的评定。理论和试验方法ＭＴＳ系统有２０限公司出版，１９６８０［ｚ］ ＲＣＲｕｃａｅｅ目』ＦＢ３ｆｆ．１评定脆值的方法和标准》科沦译＆ １９８７２０ ４０ ６０ ８０ １００ １２０ １４０ １６０ ＡＶ （ｉＮ，［３］彭国勋．王瑞栋著．缓冲包装动力学．湖南大学出版社，１９８９图４ 白皮鸡蛋的破损边界曲线［４１ ＡＳＴＭ Ｄ３３３２－８８《利用冲击试验机测定产品机械冲击脆值》［５１ ＩＩＳ Ｚ０１１９－１９９４（包装设计用产品冲击强度试验方法》．物理特性，是指产品耐冲击的能力。产品耐冲击能力［６］徐自芬，郑百哲主编．Ｃ中国包装工程手册》机械工业出版社，，１９９７不仅与峰值加速度有关，也与波形、持续时间、频率等ｆ刀． ８１７１￥１《使用缓冲包装材利进行的产品机械冲击脆值试验方法》．多种因家有关。它是产品进行结构设计（或包装设计）［８１ ＧＢｉＴ１５０９９－９４《使用冲击试验机测定产品脆值的试验方法》［９１黄雪著．（产品脆值与级冲包装设计》‘出口商品包装１卯５，３《机电产品开发与创新》么刀３年第玄期３７