冲击、碰撞试验台的特性与夹具

1．冲击、碰撞台特性的说明

自从国内采用IEC 68-2-27，68-2-29出版物制定的冲击、碰撞试验方法国家标准以来，有不少例行试验室提出这样的问题：现有的冲击、碰撞试验设备的厂家，在其试验设备的技术条件上明确写上能满足IEC和GB标准要求，对此，应如何理解？

国家标准冲击、碰撞试验方法中的第三条“有关规定”中，对冲击试验机的特性有明确的要求，因此，可以一言概之，凡是符合“有关规定”要求的冲击、碰撞试验机是合格的，否则是不合格的。这种回答的不足之处是对“有关规定”中的歧义部分没有触及，无济于事。例如：试验时对冲击、碰撞试验设备进行性能检测的时候，用均匀质量的圆铁块做负载安装在冲击试验机的台面上，然后，按“有关规定”的要求进行检测，结果合格。那么，能不能说这台冲击、碰撞试验机做冲击试验是合格的呢？不一定。如果拿质量相同，但质量分布不均匀的试验样品安装在试验机的台面上，然后按“有关规定”的要求进行检测，结果不合格。那么，这台冲击、碰撞试验机究竞是合格还是不合格？推敲“有关规定”的条款可知，上述两种结论都是对的，是不矛盾的。因为“有关规定”上说的是冲击机装上试验样品（包括夹具）和必要的负载进行条件试验时，冲击、碰撞试验机所产生的冲击试验波形不合格。换句话说，如果按“有关规定”检测为合格的试验波形，只能说此种冲击机对该试验样品来说是合格的、反之，也只能说对该试验样品来说是不合格的。例如：能满足元、器件冲击试验的设备，不一定能满足大型整机的试验要求，等等。

所以，对冲击、碰撞试验设备写上了满足IEC和GB冲击、碰撞试验方法要求的说法应持分析的态度。对试验机的生产厂家来说，试验样品的重量、尺寸、结构、夹具等千差万别，不可能对所有试验样品都一一安装在冲击台面上进行检测后下结论。因此，选择“典型负载”是有一定理由的。重要的是用户要明白这一点，才不至于心中无数。

冲击、碰撞试验设备上挂上合格证的牌子，是试验室中比较普遍的做法。上面已经说过，所谓合格与不合格是有条件的。同一台冲击试验设备，对同一个试验样品来说，做IEC.GB冲击、碰撞试验可能是不合格的，但是，做其他冲击标准试验可能是合格的。任何一种冲击、碰撞试验机都不可能做到对所有的试验样品，对所有的冲击试验标准是合格的。所以，即使是在挂了合格证的冲击、碰撞试验机上做IEC和GB冲击、碰撞试验时，也必须按“有关规定”的条款进行检测，才能判定是否合格。

在选择冲击、碰撞试验设备的时候，要考虑到下列几点：

（1）冲击、碰撞试验设备的激励能力。必须考虑所选用的试验设备能否产生合乎试验要求的严酷等级和波形容差。

（2）冲击、碰撞试验设备的负载能力。冲击、碰撞试验设备的负载，通常由试验样品和必要的夹具（包括固定螺栓）所构成。负载能力大的试验设备做冲击、碰撞试验时比较灵活。例如，可以利用配重改善波形。特别是考虑到试验样品反作用较大时，可以减小波形的畸变。

（3）冲击激励的方向。大多数冲击、碰撞试验机只能产生一个方向的冲击激励。对于要求在6个正交方向都进行冲击、碰撞试验的样品，如果试验样品允许倒置，就要考虑安装台面是否能容许。如果试验样品不允许倒置，例如，对重力敏感的产品，就要求试验设备能产生3个方向的激励。

2．冲击、碰撞试验夹具

IEC和GB冲击、碰撞试验方法中，对夹具没有提出具体的要求，但不是没有要求，而是隐含了这种要求。GB冲击、碰撞试验方法中“检查点”这一款中有如下规定：“冲击、碰撞试验的检测点应尽可能靠近冲击机台面中心的固定点上”。一般情况下，试验样品固定在夹具上，然后把夹具固定在冲击机的台面上。即冲击台面产生的冲击激励是通过夹具传递给试验样品的。因此，冲击试验波形是否合格，除了冲击机本身的特性外，还与夹具的传递特性好坏有很大关系。好的夹具应是一个合格的机械滤波器。从理论分析知道，夹具具有谐振特性，谐振峰的高低取决于阻尼ξ的大小。对半正弦波来说，夹具具有最佳机械滤波作用时的阻尼ξ值固有频率∫n。的数值列于表4.5.12。

表4.5.12 对半正弦波起最佳滤波作用的夹具特性值

很多情况下，冲击试验波形不合格并不完全是由于冲击设备的原因。冲击、碰撞试验夹具设计是否合理也是一个重要的、不可忽视的因素。冲击、碰撞试验夹具的优劣，可用以下两种方法鉴别。

方法1：在振动台上实测冲击、碰撞试验夹具上“检测点”的频率特性曲线，求出因有须率∫n及阻尼ξ，利用表4.5.12即可分析其优劣的程度。

方法2：在做冲击、碰撞试验的实际试验设备上同时测量台面中心的激励波形和“检测点”的冲击、碰撞波形，可能得到下列4种情况：

（1）台面中心的冲击波形与“检测点”上的波形相同。这表明夹具是刚性的。

（2）台面中心的冲击波形合格．“检测点”上的波形不合格，说明夹具不符合要求。

（3）台面中心的冲击波形不合格，“检测点”上的波形合格，说明夹具是好的。所以有这样的结果，可能是夹具起到了机械滤波的作用，也可能是起系统频率特性的“补偿”作用。

（4）台面中心和“检测点”的冲击波形都不合格。首先应考虑改善冲击试验设备性能（或者改变冲击试验设备），然后再考虑夹具。

冲击试验夹具的设计是非常困难的，没有现成的公式和方法可套用，只有指导性的原理和原则。个好的夹具往往需要多次的反复设计和试验才能获得满意的效果。IEC和GB冲击、碰撞试验方法在考虑和处理夹具问题上是做得非常巧妙的。虽然在文字上没有具体要求，但是，若想得到满意的试验结果，必须仔细考虑夹具的设计，不然，就不能得到满意的冲击试验波形。

3、冲击、碰撞试验的目的和意义

如前所述，冲击试验的方法有3种：一是规定冲击脉冲波形的方法；二是规定冲击机的方法：三是规定冲击响应谱的方法。通常方法一称为冲击试验，方法二称为强碰撞冲击试验，而碰撞试验属于规定冲击脉冲波形的方法。

冲击试验主要用来确定电工电子元器件、设备及其他产品在使用和运输过程中承受非多次重复的机械冲击的能力，以评价其对冲击环境的适应性和结构完好性，其次是用于微电子器件的内强度试验。冲击试验还可作为产品满意设计和质量控制的手段。

强碰撞试验主要用于电工电子产品经受非接触性的空中爆炸以及舰船机械、设备和系统在作战中可能遇到的水下爆炸、近距离脱靶炮火等冲击环境影响的适应性和结构完好性，同时亦可用于高强度碰撞。

碰撞试验主要适用于那些在运输过程中和使用过程中可能经受到重复碰撞影响的元器件设备和其他产品，其目的是确定元器件、设备及其他产品在使用和运输过程中承受多次重复性机械碰撞的适应性及评定其结构完好性。同时，碰撞试验也可作为产品满意设计和质量控制的手段。

来源：《力学环境试验技术》