機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)歸并問題的研究

張浩

摘 要：當(dāng)進(jìn)行機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，倘若產(chǎn)品通過了嚴(yán)格的試驗(yàn)檢驗(yàn)，那么可以免除其他響應(yīng)比較小的試驗(yàn)或者類似的試驗(yàn)，僅需適度提升應(yīng)力作用試驗(yàn)次數(shù)，即可將這些試驗(yàn)合并，如此一來，就能夠大大簡化試驗(yàn)工作量，提升產(chǎn)品檢驗(yàn)效率。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；環(huán)境試驗(yàn)；歸并問題

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.198

1 機(jī)械環(huán)境條件及試驗(yàn)方法現(xiàn)狀

在產(chǎn)品維修、運(yùn)輸和使用的過程中，很容易出現(xiàn)很多意外情況，即產(chǎn)生各種機(jī)械環(huán)境，如振動(dòng)、碰撞、地震、跌落、運(yùn)輸、沖擊、彈跳、搖擺等。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)中，環(huán)境條件比較復(fù)雜，加之難以弄清楚各種機(jī)械環(huán)境的作用機(jī)理，因此僅靠一種設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M是不可能的，所以必須針對(duì)不同情況有針對(duì)性地設(shè)定多種不同的機(jī)械環(huán)境條件，進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備好所需的試驗(yàn)設(shè)備與方法，以充分地考核各產(chǎn)品在不同條件下的反應(yīng)，所以產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)工作不但耗時(shí)，更加耗費(fèi)人力和財(cái)力，十分繁瑣。

2 環(huán)境應(yīng)力效應(yīng)及作用機(jī)理

2.1 環(huán)境應(yīng)力效應(yīng)

機(jī)械環(huán)境的應(yīng)力效應(yīng)可從兩個(gè)方面來闡述。一方面，因?yàn)閼?yīng)力作用會(huì)讓產(chǎn)品失去其自身功能，也就是說當(dāng)受到應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)品的各方面的機(jī)能與幾何關(guān)系會(huì)產(chǎn)生改變，即物理特性會(huì)改變，這使得產(chǎn)品變成無用的物品，或者產(chǎn)品性能指標(biāo)顯著改變而導(dǎo)致產(chǎn)品失去其本身的功能。另一方面，因?yàn)榄h(huán)境應(yīng)力太強(qiáng)，導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)出現(xiàn)永久性的損壞或者形變。

2.2 環(huán)境應(yīng)力使產(chǎn)品失效的機(jī)理

上述兩種產(chǎn)品失效的表現(xiàn)都是因?yàn)槭艿江h(huán)境應(yīng)力的作用而導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)損壞或者形變的，假若此形變未超出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的特定彈性范圍，則當(dāng)移除或降低環(huán)境應(yīng)力之后，產(chǎn)品即能夠恢復(fù)原貌，即第一種失效。假如環(huán)境應(yīng)力所導(dǎo)致德產(chǎn)品形變程度大于其結(jié)構(gòu)彈性范圍，則這種變形就會(huì)成為永久性的。若應(yīng)力高于強(qiáng)度的極限，那么產(chǎn)品結(jié)構(gòu)便會(huì)產(chǎn)生裂紋等損害，從而導(dǎo)致部件脫落，此為第二種產(chǎn)品失效。前一種產(chǎn)品失效多是環(huán)境應(yīng)力最高值（最低值）所決定的，而后一種產(chǎn)品失效不但和最大應(yīng)力息息相關(guān)，也跟應(yīng)力交變的實(shí)際次數(shù)與狀況有很大的關(guān)系。當(dāng)環(huán)境應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生作用的時(shí)候，這種應(yīng)力是以應(yīng)力作用點(diǎn)傳遞至產(chǎn)品自身的，材料則是用聲速變形向產(chǎn)品內(nèi)部傳遞的。若作用力的改變速度比聲速都大，則產(chǎn)品結(jié)構(gòu)會(huì)用自身宏觀位移與變形向產(chǎn)品的縱深傳遞一部分能量。剩余的能量則會(huì)被材料的本身塑性形變所吸收。傳遞至產(chǎn)品縱深處的能量會(huì)被產(chǎn)品響應(yīng)所吸收，產(chǎn)品響應(yīng)狀況則跟其機(jī)械特性息息相關(guān)。由作用原理不難發(fā)現(xiàn)，就算激勵(lì)波形不一樣，在接受應(yīng)力作用后產(chǎn)品只要具備相同的反映，則產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力所產(chǎn)生的結(jié)果也會(huì)一樣。鑒于此結(jié)論，我們就能夠用多種激勵(lì)方法來進(jìn)行產(chǎn)品應(yīng)力實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行應(yīng)力環(huán)境試驗(yàn)的過程中，在相同頻率范圍當(dāng)中，假如通過了響應(yīng)比較大的應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，那么響應(yīng)小的考核試驗(yàn)就可忽略不做，假如響應(yīng)相似，則可適度多做幾次相同的應(yīng)力試驗(yàn)就可。

3 碰撞試驗(yàn)與振動(dòng)試驗(yàn)響應(yīng)分析及其歸并探討

如果是在危險(xiǎn)頻率上作定頻振動(dòng)，振動(dòng)響應(yīng)等于碰撞響應(yīng)時(shí)的Q位更小。

若想讓振動(dòng)響應(yīng)不比碰撞響應(yīng)小，則進(jìn)行碰撞試驗(yàn)的時(shí)候，振動(dòng)共振應(yīng)當(dāng)被賦予最大的放大系數(shù)。假如碰撞共振的過程中可以符合相應(yīng)相等的需求，它的各個(gè)頻率都必須確保碰撞響應(yīng)比振動(dòng)效應(yīng)小。在很多時(shí)候，振動(dòng)響應(yīng)均不會(huì)小于碰撞響應(yīng)。同時(shí)，振動(dòng)激勵(lì)響應(yīng)具備雙邊性特性，它的應(yīng)力同樣具備雙邊性特性。雙邊性應(yīng)力能夠縮減試驗(yàn)次數(shù)，還能減少碰撞損失。按照上文的論述，在根據(jù)既定要求進(jìn)行產(chǎn)品應(yīng)力試驗(yàn)的時(shí)候，必須做出響應(yīng)分析，假如碰撞響應(yīng)與振動(dòng)響應(yīng)相差無幾，則將振動(dòng)次數(shù)適度增加就能夠代替碰撞，假如碰撞響應(yīng)比振動(dòng)響應(yīng)顯著要小，那么就可以不進(jìn)行碰撞試驗(yàn)。如此便規(guī)避了產(chǎn)品的重復(fù)試驗(yàn)。在其他環(huán)境條件之下，假如具備同樣的作用原理，同時(shí)環(huán)境應(yīng)力所產(chǎn)生的響應(yīng)亦相同，則可進(jìn)行同樣的試驗(yàn)?？珊喕瘑我蛩貦C(jī)械環(huán)境應(yīng)力，而強(qiáng)化多因素機(jī)械環(huán)境應(yīng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]Song，G.，Zhou，X.，Binienda，W.Thermal deformation compensation of a composite beam using piezoelectric actuators.Smart Materials and Structures .2004.