電子產(chǎn)品包裝振動測試條件研究

合肥京東方顯示技術(shù)有限公司 聶保勇

電子產(chǎn)品包裝振動測試條件研究

合肥京東方顯示技術(shù)有限公司 聶保勇

電子產(chǎn)品包裝行業(yè)有很多振動測試標準，每個國家，或一個地區(qū)都有一套測試標準，本文從振動原理及不同運輸方式分析，在實際操作中怎么設(shè)置一個合理的測試標準。從而節(jié)省測試時間，節(jié)約包裝設(shè)計成本，做到有的放矢。

隨機振動；包裝測試；振動頻譜

隨著電子行業(yè)發(fā)展，產(chǎn)品包裝越來越受重視，不僅要保護好產(chǎn)品的運輸安全，包裝的成本也追逐最低化。減少包裝運輸?shù)某杀荆瑏碓黾赢a(chǎn)品的竟爭力。怎么才能做到洽好包裝，即不浪費包裝成本，又能保證產(chǎn)品安全送到客戶手中。選擇合適的包裝測試標準是非常關(guān)鍵的，標準過嚴，會造成包裝成本浪費，但過松又達不到模擬運輸要求。在實際運輸中，搬運失誤跌落損失只占很少一部分，而絕大部分都是由振動帶來的損壞。包裝振動可以說是伴隨整個產(chǎn)品運輸過程的，由于包裝振動相對于跌落的隱蔽性，不易覺查性，常被忽略。

1.振動原理分析

如何選擇包裝振動測試條件，目前常用的有ASTM D4728-1995，ISTA，ISO及國標，這幾種標準內(nèi)提供的振動條件各不相同。從振動原理來分，機械振動可分為正弦振動與隨機振動。

1.1 正弦振動，使用固定或變化的頻率和振幅的正弦信號，在任意一瞬間只包含一種頻率的振動。正弦振動實驗有三種程序：共振搜索、正弦掃描、與共振駐留。其中共振搜索與共振駐留用來測試產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在振動環(huán)境有共振頻率時的強度，正弦掃描則是測試共振頻率以外的振動環(huán)境能量對產(chǎn)品的影響。

正弦振動的測試在于找出產(chǎn)品設(shè)計或包裝設(shè)計的脆弱點，看在哪一個具體的頻率點響應(yīng)最大，就是所謂的共振點。找到共振點后在該共振點作駐留測試.(10 min.)，確定產(chǎn)品能否承受共振帶來的影響。在做包裝設(shè)計的時候, 要使包裝系統(tǒng)共振點盡量避開產(chǎn)品共振頻率點。

正弦振動數(shù)學(xué)表達式如下：

對上式進行二次微分就得到加速度表達式：

Xp是振幅，振動加速度最大峰值是G(p)=Xpω2，通常以重力加速度g為單位。一般設(shè)置振動條件時不是用振動加速度的峰值，而是用加速度的平均值。平均值表達式如下：

均方根值G正弦rms或有效值。

根據(jù)以上可得：

1.2 隨機振動是使用一種無規(guī)則的隨機輸入信號，該信號在所有時間內(nèi)包括規(guī)定頻率范圍內(nèi)的所有頻率分量。其瞬間值服從正態(tài)分布。在頻率范圍內(nèi)用功率頻譜密度曲線來表示。與正弦振動不同，盡管達不到最大值，在隨機振動過程中始終在激勵共振。隨機振動是比較接近實際運輸?shù)恼駝忧闆r，

是考驗包裝結(jié)構(gòu)整體耐振能力。一般只有在隨機振動時才會有激發(fā)出多個共振頻率的可能性。隨機振動的能量用Grms來表示，以重力加速度g為單位。給出功率頻譜密度曲線，就可以通過公式來計算總加速度均方根值。由隨機振動理論，我們可以知道加速度總均方根值等于各功率頻譜密度曲線下的面積和的平方根。公式如下：

圖1

如圖1總均方根值就是三個面積之和的平方根，對于A2直線譜均方根值，計算公式如下：

W是功率頻譜密度值。

對于A1上升線譜，均方根值公式如下：

其中m是上升譜的斜率，單位;dB/Oct

對于A3下降線譜，均方根值公式如下：

當m為3時，分母為0，不能使用上式，此時下降譜的均方根值公式應(yīng)如下：

2.正弦振動與隨機振動的關(guān)系

在嚴格意義上來講，正弦振動與隨機振動的嚴酷等級是不能作比較的，因為他們的作用機理不同，所使的目的也不一樣。對于正弦振動，振動加速度的峰值是有效值的1.414倍，對于隨機振動峰值是有效值的3倍。所以對于有相同的均方根值時，根據(jù)測試經(jīng)驗，達到相同產(chǎn)品失效，正弦振動所需時間要比隨機振動時間要長，我們粗略認為隨機振動會比正弦振動更嚴格一些，從大多數(shù)實驗結(jié)果來看也附合這一推論。但兩種振動之間不能作等級轉(zhuǎn)換。

3.隨機振動功率頻譜密度的選擇

下面是幾種常用標準的功率頻譜密度曲線，不同的頻譜對應(yīng)不同的運輸環(huán)境。對于包裝產(chǎn)品怎樣選擇一個合理的標準，才不會導(dǎo)入過嚴，洽好又能滿足需求。首先要確認產(chǎn)品的運輸環(huán)境，空運、海運還是卡車運輸。以下表1、表2、表3是ASTM D4169針對不同運輸方式定義的隨機試驗標準。

表1 公路運輸功率頻譜曲線

表2 鐵路運輸功率頻譜曲線

表3 空運功率頻譜曲線

從上述三個表可以看出，空運隨機振動加速度均方根值要比公路、鐵路要大，也就是說空運的包裝隨機振動更嚴酷。如下表4是ISTA 2A中隨機振動的標準。表5是ISO 13355中隨機振動的標準。

表4 ISTA 2A隨機振動的標準

表5 ISO 13355隨機振動的標準

隨機振動一般在低頻對產(chǎn)品的作用力比高頻的作用力大，200Hz以上可以認為產(chǎn)品還沒有移動，受到的作用力可以忽略不計。所以一般測試只要求1Hz到200Hz.對Grms選擇，如果包裝運輸方式單一，可以從ASTM D4169標準中選擇合適的條件。如果對運輸方式不確定，或者運輸方式多樣化。ISTA 2A中的測試條件基本可以滿足大多數(shù)要求。

4.測試時間的選擇

對于振動測試時間選擇，目前有多種方式，正弦振動，普遍用的是三軸各30min，掃頻10min.隨機振動通常用的有三軸向各60min，有三軸向各30min，也有正Z軸60min，其余2軸30min。主要看產(chǎn)品運輸環(huán)境狀況來設(shè)定時間，比如路面的嚴酷與平坦，運輸時間長短。另外也要考慮包裝是否能傾倒。根據(jù)實際需要，靈活設(shè)定符合自己的測試標準。下面是一個簡易的公式，來計算測試需要持續(xù)多少時間。

式中Tt是測試需求的時間，單位：min;T是實際運輸需要的時間，單位：h; Grms是實際運輸時測試的加速度均方根值，Grms是實驗設(shè)定隨機振動的加速度均方根值。通過此式可以發(fā)現(xiàn)Grms設(shè)定的大，所需求時間就短，反之測試時間就長。

5.結(jié)論

現(xiàn)在電子產(chǎn)品發(fā)展訊速，在電子商業(yè)的推動下，包裝方式的結(jié)構(gòu)多樣化，便利化，包裝運輸方式也呈現(xiàn)多樣化。包裝振動測試需求也不盡相同，常規(guī)的振動測試條件已逐漸滿足不了需求。這也促使包裝測試標準不斷更新發(fā)展。總之選擇洽當?shù)陌b振動測試條件要與測試的目的，包裝的成本，包裝運輸環(huán)境相接合。

[1]中華人民共和國國家標準GB/T 2424．26-2008．

[2]戴詩亮 隨機振動實驗技術(shù)[M]．清華大學(xué)出版社 1984．

[3]ASTM D4169-08運輸容器和系統(tǒng)的性能實驗的標準．

[4]ISTA 2A-2006包裝運輸測試標準．

[5]ISO 13355-2001包裝．滿裝的運輸包裝和單元貨物．隨機垂直振動試驗．

[6]吳德壁 隨機振動加速度值及其功率譜密度的計量研究中國學(xué)術(shù)期刊電子雜志社,1994-2008．

[7]常研 隨機振動試驗的幾個工程問題[J]．電子機械工程,2002,18．

[8]凌福根譯 隨機數(shù)據(jù)分析方法[M]．國防工業(yè)出版社,1976．

[9]洪寶林 隨機振動試驗譜形參數(shù)計算方法[J]．航空計量技, 1995,10．