標(biāo)題：GB/T 2423.55：隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)——模擬真實(shí)世界的“顛簸”考驗(yàn)

引言

在產(chǎn)品的運(yùn)輸和使用環(huán)境中，振動(dòng)幾乎無處不在。但與實(shí)驗(yàn)室中單一頻率、可預(yù)測的正弦振動(dòng)不同，真實(shí)世界中的振動(dòng)——如卡車行駛在崎嶇路面、飛機(jī)穿越湍流、火箭發(fā)射——往往是無數(shù)不同頻率、不同幅值的振動(dòng)在同一時(shí)刻隨機(jī)疊加的結(jié)果，其特性是不可預(yù)測的。這種振動(dòng)被稱為隨機(jī)振動(dòng)，它對(duì)產(chǎn)品的破壞性更強(qiáng)，更能暴露產(chǎn)品的潛在缺陷。GB/T 2423.55-2006《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：環(huán)境測試 試驗(yàn)Eh：錘擊試驗(yàn)》 正是為了模擬和評(píng)估產(chǎn)品承受這種更真實(shí)、更嚴(yán)酷振動(dòng)環(huán)境能力的核心標(biāo)準(zhǔn)。

一、標(biāo)準(zhǔn)目的與原理

1. 核心目的

GB/T 2423.55旨在提供一種方法，用于評(píng)估樣品在承受隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力下的機(jī)械強(qiáng)度和性能穩(wěn)定性。其首要目標(biāo)是：

• ?

  激發(fā)潛在缺陷：發(fā)現(xiàn)并排除產(chǎn)品因制造工藝（如虛焊、冷焊）、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如諧振）和材料引發(fā)的潛在故障，這些缺陷在正弦振動(dòng)中可能難以暴露。

• ?

  模擬真實(shí)環(huán)境：更真實(shí)地復(fù)現(xiàn)產(chǎn)品在運(yùn)輸和實(shí)際使用中所經(jīng)歷的復(fù)雜振動(dòng)環(huán)境。

• ?

  評(píng)估疲勞壽命：考核產(chǎn)品在寬帶隨機(jī)應(yīng)力下的抗疲勞性能。

2. 基本原理

隨機(jī)振動(dòng)在頻域中通過功率譜密度（Power Spectral Density, PSD） 來描述。PSD曲線表示振動(dòng)能量在不同頻率上的分布情況，其縱軸單位為g2/Hz。試驗(yàn)通過在振動(dòng)臺(tái)上復(fù)現(xiàn)一個(gè)符合特定PSD曲線要求的隨機(jī)振動(dòng)，從而在實(shí)驗(yàn)室里模擬出真實(shí)、復(fù)雜的振動(dòng)環(huán)境。

二、適用范圍

該標(biāo)準(zhǔn)適用于需要評(píng)估其機(jī)械強(qiáng)度和在動(dòng)態(tài)壓力下性能穩(wěn)定性的電工電子產(chǎn)品、部件和設(shè)備，特別是：

• ?

  航空航天設(shè)備：機(jī)載電子設(shè)備、衛(wèi)星部件（經(jīng)歷發(fā)射和飛行中的劇烈振動(dòng)）。

• ?

  車載電子設(shè)備：汽車、坦克、裝甲車上的控制單元、傳感器（經(jīng)歷路面激勵(lì)）。

• ?

  運(yùn)輸包裝件：帶包裝的產(chǎn)品，模擬在卡車、火車運(yùn)輸中的振動(dòng)環(huán)境。

• ?

  精密儀器：對(duì)振動(dòng)敏感的設(shè)備，如高精度傳感器、光學(xué)儀器。

• ?

  通用電子設(shè)備：服務(wù)器、通信設(shè)備等。

三、試驗(yàn)參數(shù)與嚴(yán)酷等級(jí)

隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)的嚴(yán)酷程度主要由功率譜密度（PSD）曲線來定義，該曲線通過以下幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)描述：

1. 頻率范圍

振動(dòng)測試覆蓋的頻率帶寬，通常從20 Hz 到 2000 Hz。這個(gè)范圍涵蓋了大多數(shù)運(yùn)輸和使用環(huán)境中的主要振動(dòng)頻率。

2. 功率譜密度（PSD）

表示每單位頻率上的能量（加速度平方），是定義隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)量級(jí)的核心參數(shù)。單位是g2/Hz。PSD值越高，表示該頻率段的振動(dòng)能量越大，試驗(yàn)越嚴(yán)酷。

3. 總均方根加速度

通過對(duì)整個(gè)頻率范圍內(nèi)的PSD曲線進(jìn)行積分開方得到，單位是g。它代表了隨機(jī)振動(dòng)的總體能量水平，是一個(gè)非常重要的綜合指標(biāo)。

4. 試驗(yàn)時(shí)間

振動(dòng)施加的持續(xù)時(shí)間，通常根據(jù)產(chǎn)品預(yù)期壽命和環(huán)境嚴(yán)酷度來確定。

下圖展示了一個(gè)典型的隨機(jī)振動(dòng)PSD曲線示意圖，幫助理解其形狀與參數(shù)：

圖片代碼xychart-beta
    title "典型隨機(jī)振動(dòng)PSD曲線示意圖"    x-axis "頻率 (Hz)" [10, 100, 300, 2000]
    y-axis "PSD (g2/Hz)" [0, 0.05, 0.1, 0.05]
    line [0.01, 0.01, 0.1, 0.01]生成失敗，換個(gè)方式問問吧

四、試驗(yàn)流程概述

1. 1.

   試驗(yàn)準(zhǔn)備：

• ?

  制定試驗(yàn)方案：根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或預(yù)期環(huán)境，確定PSD曲線、總均方根加速度和試驗(yàn)時(shí)間。

• ?

  安裝夾具：設(shè)計(jì)并制作專用于固定樣品的夾具，確保能有效地將振動(dòng)傳遞到樣品上。

• ?

  初始檢測：對(duì)樣品進(jìn)行外觀、機(jī)械和電氣性能的全面檢查并記錄。

2. 2.

   安裝樣品：

• ?

  將樣品按正常安裝方式剛性固定在振動(dòng)臺(tái)面上。

• ?

  在樣品的關(guān)鍵部位（特別是PCB板或脆弱點(diǎn)）安裝加速度傳感器，以監(jiān)測其實(shí)際響應(yīng)。這一步對(duì)于發(fā)現(xiàn)共振點(diǎn)至關(guān)重要。

3. 3.

   執(zhí)行試驗(yàn)：

• ?

  在振動(dòng)控制系統(tǒng)中輸入設(shè)定的PSD曲線。

• ?

  啟動(dòng)設(shè)備，控制系統(tǒng)會(huì)通過閉環(huán)控制不斷調(diào)整輸出，確保振動(dòng)臺(tái)面的響應(yīng)譜與設(shè)定的PSD曲線一致（在容差范圍內(nèi)）。

• ?

  在試驗(yàn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測樣品的性能狀態(tài)。

4. 4.

   最終檢測與結(jié)果評(píng)定：

• ?

  緊固件松動(dòng)、結(jié)構(gòu)件開裂。

• ?

  電氣連接器脫落、線纜磨損。

• ?

  PCB上的元器件（如電阻、電容、BGA芯片）引腳斷裂、脫焊。

• ?

  產(chǎn)品功能中斷或性能參數(shù)超差。

• ?

  恢復(fù)：試驗(yàn)后，將樣品從臺(tái)面上取下。

• ?

  全面檢查：再次進(jìn)行外觀、機(jī)械和電氣性能檢查。

• ?

  結(jié)果判定：根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求，判定樣品是否合格。常見的失效模式包括：

五、與正弦振動(dòng)的區(qū)別

結(jié)論

GB/T 2423.55所規(guī)定的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，是比正弦振動(dòng)更真實(shí)、更嚴(yán)酷、更有效的可靠性驗(yàn)證手段。它通過模擬產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境中經(jīng)歷的寬帶隨機(jī)激勵(lì)，能夠更有效地激發(fā)那些在單一頻率振動(dòng)下難以發(fā)現(xiàn)的潛在缺陷和工藝弱點(diǎn)，如虛焊、結(jié)構(gòu)疲勞、元器件松動(dòng)等。對(duì)于預(yù)定在動(dòng)態(tài)環(huán)境中使用的產(chǎn)品，尤其是航空航天、車輛和運(yùn)輸領(lǐng)域的電子設(shè)備，通過隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)是其證明自身結(jié)構(gòu)完整性和性能可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不可或缺的一環(huán)。