运输4

第四章脆值理论第一节包装件破损规律一、包装件破损1、破损破损指产品物理的或功能的损伤，如包装件变形、破裂、变质和失效等。产品因承受内外因素影响而产生破损的特性，称之为易损性。根据损坏性质和程度的不同，破损可分为三大类：（1）失效，严重破损，指产品已丧失使用功能且不可恢复（2）失灵，轻微破损，指产品使用功能虽已丧失，但可以恢复（3）商业性破损，主要指不影响产品使用功能而仅在外观上造成的破损。产品虽可使用，但也降低商品的价值。2、常见的破损形式（1）元器件失灵（2）装配松脱（3）因应力集中造成局部裂纹（4）产品表面局部塌陷（5）产品表面摩擦损伤（6）因衬垫、填料粘接造成剥落（7）长期堆码形成产品整体性变形（8）疲劳破损3、包装件破损的主要原因（1）流通环境条件严酷（2）产品性能，如抗冲击、抗振动、抗压性能较差；（3）包装方式与质量二、破损准则1、最大挠度准则（过大的相对位移准则）产品的某些部件振动时位移超过了它的最大允许值，导致破损。（1）元件安装板振动挠度过大，使得其上的电子元件或焊点在接触处产生短路现象，导致失灵。（2）易损件振动挠度过大，与相邻部件碰撞而损坏。2、最大时间准则相对位移超过规定值所占的时间（比例）大于允许值。例如，继电器簧片在振动条件下产生抖动，造成瞬时触点误动。若触点误动时间超过允许时间范围，电子设备将发生故障。3、最大应力准则因应力或应变超过允许值，部件破裂或永久变形，产品损坏。例如，一些电子产品的易损件，在谐振时内部应力逐渐增大，若易损件承受的应力过大，将造成电子产品损坏。4、疲劳破损准则包装件在振动循环交变应力的作用下，因疲劳而损坏。疲劳破损机理十分复杂，取决于材料、缺口灵敏度、应力级、载荷变化、晶格结构排列以及裂缝等条件。循环交变应力滑移裂纹微裂纹破损三、包装件破损分析方法1、破损特性因素图。定性分析包装件的破损原因。材质结构缓冲包装易损件固定方法车辆道路载重容器质量盗失周转销售温湿度周期工具物重技术堆码2、帕里特曲线定量描述破损原因及其程度，能够提供有效的减损措施。该图中，缓冲包装不当造成的包装件破损率55%；搬运操作不当造成破损率25%。若采取有效措施克服这两个因素的缺陷，则可减少80%的破损率。破损率（%）1020304060507010090800因素1234561缓冲设计不当2运输事故3容器质量差4野蛮装卸5堆码过高6其它因素第二节脆值理论一、脆值概念1、脆值易损度，冲击灵敏度，Fragility国标GB8166-87“缓冲包装设计方法”中定义“脆值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值”。脆值常以重力加速度的倍数来表示，无量纲。脆值是产品缓冲包装设计或改进设计中的一项重要的基本参数。脆值越大，表示产品对外力的承受能力愈强。缓冲包装设计要求产品承受的最大加速度幅值小于或等于产品脆值或许用脆值（）。cG][G2、许用脆值许用脆值指考虑产品的价值、强度及重要程度等因素而规定产品的许用加速度值，即是安全系数，与缓冲包装的运输可靠性及经济性有密切关系。3、两点注释•破损首先发生在产品的脆弱部件或部位，因而，产品脆值或许用脆值实质上是评价产品易损部件的动态强度极限。•缓冲包装设计要求1][nnGGc2~1nccmGnGGG][二、传统的脆值理论美国贝尔实验室明德林（R.D.Mindlin）于1945年在著名论文《DynamicsofPackageCushioning》中提出了冲击脆值理论。（1）基于产品的破坏性跌落试验（2）实质上是机械冲击脆值m2m2m2kxHmHx跌落冲击模型1、能量关系：包装件的势能全部转化为缓冲衬垫的变形能。2、对于线弹性衬垫（满足虎克定律）有：产品所承受的最大冲击加速度为：mxmdxxpxHmg0)()(()pxkx212()mmmgHkxxHmxmgHxp2)(gamxHmxp2)(max3、跌落冲击过程中，产品承受的冲击力的大小等于产品重量与因子的乘积。当冲击力超过产品所允许的结构强度极限时，产品将发生破损。三、破损边界理论传统的脆值理论是一种理想情况，如忽略缓冲衬垫的阻尼耗能，且近似为线性弹性体，以单自由度系统问题代替多自由度冲击问题。1968年美国学者R.E.Newton依据冲击谱理论，提出破损边界概念、破损边界理论。该理论比较全面地反映了加速度峰值、速度变化量、冲击波形和产品破损之间的关系。mG)(xpmxHmG2()mmaGgpxGW1、最大冲击响应谱产品破损不仅依赖于产品的最大加速度值，还依赖于冲击持续时间（或冲击速度增量、速度变化量）。最大冲击响应谱是系统在给定激励下的最大响应值与系统或激励的某一参数之间的关系曲线图。最大响应值可以是系统的最大位移、最大加速度、最大应力或出现最大值的时刻等。参数可以选择系统的固有频率或激励的作用时间等。（1）几种脉冲矩形脉冲：半正弦脉冲：后峰锯齿波：)/0(0)0(hhmTttTtUUhTmU)/0(0)0(sin2hhTtmTttTtUUhhTmU)/0(0)0(hhTtmTttTtUUhhTmU（2）几种典型脉冲波形的最大冲击响应谱0mmUx12213hnTf矩形波半正弦波正弦波锯齿波•不同波形的最大冲击响应谱分别在，其中矩形波冲击谱极限最高，对包装件造成的危害最大、最严酷。因此，在评价产品脆值时，通常进行矩形波冲击试验，增强缓冲包装设计的可靠性。•对于正弦波等冲击波形，包装件承受的最大加速度取决于产品的固有频率。当，产品本身相当于一个减振器。当，需要采取防振措施。61hnff61hnff0.2~9.0mA2、破损边界曲线（DBC）非破损区的条件：破损区的条件：mGV破损区非破损区ABCcmcGGVVcmcGGVV3、破损边界曲线的绘制采用冲击试验机进行试验，半正弦脉冲的冲击时间约为2ms，通过改变跌落高度以增加冲击能量。（1）确定临界速度增量选用一系列跌落高度对产品进行跌落。跌落高度从小到大，逐次提高，直到产品破损。记录破损前一次的跌落高度，计算速度增量，并过作垂线。cVcVgheVc2)1(cVVmG),()(imiGV（2）确定临界加速度•首先选择一个合适的跌落高度，保证速度增量离开破损边界曲线的弯曲部分，一般要求跌落高度满足：恒定的速度增量是通过调节冲击试验机的冲击脉冲持续时间获得的，如调节组成冲击砧的弹簧和胶垫等弹性体的尺寸、种类，可获得不同的冲击波形。•保持速度增量恒定，逐次增大，直到产品破损。记录破损前一次的加速度峰值，并将其作为临界加速度，并过作水平线。调节的方法：冲击试验机汽缸内先用较低压力的气体，冲击时间较长，较小；然后逐次增加汽缸内气体的压力，减小冲击持续时间，增大加速度峰值。cVV57.1cGmGcGmGmGmGcGcVV（3）用光滑曲线连接前两步得到的垂直线和水平线。光滑曲线的范围是：一般情况下，产品在不同方向有不同的冲击灵敏度，因此，对产品的每个面都应进行冲击试验，分别绘制破损边界曲线。),(~)2,(2cccGVGVmGcGcVVcG2cV57.1破损区非破损区非破损区四、典型产品的脆值表1英国综合防护手册脆值产品举例40~60雷达及其控制系统，自动控制仪表，真空管，陀螺仪40以下精密仪器，马赫表，制动陀螺量油计，压力计，一般电器阴极射线管，电冰箱，牢固的真空管60~8080~100100~120热交换器，油冷却器，取暖电炉，记忆装置，散热器瞄准器表2日本防卫厅规格脆值产品举例10以下大型电子计算机10-25导弹跟踪装置，高级电子仪器，晶体振荡器彩色电视机，一般测量装置精密测量仪器，航空导航装置大型电子管，变频装置，精密指示仪，电子仪器大型精密机器小型电子计算机，现金出纳机，大型磁带录音机，25-4040-6060-9090-120黑白电视机，磁带录音机，照相机，真空管，光学仪器洗衣机，电冰箱，钟表无线电装置，热水瓶，鸡蛋机械类产品，一般器材120以上表3美国军用标准（MILHDBK304)脆值产品举例10-24导弹导航系统，精密校验仪器，陀螺仪，惯性导航平台机械振动测量仪表，真空管，电子仪表，雷达精密机械零件，航空附属仪表，电子记录装置，示波器大多数固体电器装置电视机，航空仪表，某些固体电路40-5960-8485-110电冰箱，机电设备机器，飞机零件，控制台，液压传动装置110以上25-39第三节确定产品脆值的方法•试验法冲击机试验法。理论严密，技术要求高，测量精度高。包括矩形波试验法，半正弦波试验法，临界速度试验法。缓冲材料试验法。理论简单，操作方便，测量精度低。包括高度记录法，加速度记录法。•经验法简易计算法，经验估算法，查表类比法一、试验法基于破坏性试验。•使用冲击试验机测定产品脆值的试验方法。GB/T15099•使用缓冲材料测定冲击脆值的试验方法。GB/T8171（一）冲击机试验法1、分类（1）矩形波试验法。适用于流通环境参数不确定的情况，如缓冲材料没有确定，缓冲衬垫或元件特性参数未知，等效跌落高度不明确等。（2）半正弦波试验法。适用于设计参数确定的情况，如已知等效跌落高度，已知半正弦波冲击，已知跌落冲击的概率。（3）临界速度试验法。适用于笨重、结构强度和刚度都较大的产品，即产品的破损相对于峰值加速度不敏感，而相对于速度增量敏感。临界速度试验可采用矩形波或半正弦波。示波器电荷放大器产品冲击砧2、基本试验程序参考破损边界曲线的绘制过程，应注意：（1）加速度误差应在±10%以内。（2）固定高度的选择应参考设计跌落高度。设计跌落高度参考值W(kg)装卸方式H(cm))/(scmV10以下一人手提10791.510-25一人肩扛9284.825-100二人抬7677.2100-225小型机械作业6169.1225-450小型机械作业46600450以上大型机械作业31488（二）缓冲材料法1、高度记录法（ASTMD3331）原理：基于产品的破坏性跌落试验特点：重现性差，精度低，脆值偏小•线性缓冲衬垫应经过标定，刚度为常数且已测定。•产品没有进行包装。WkHmG2衬垫产品H2、加速度记录法（1）简易测量法•加速度计应由加速度校准仪进行标定。加速度校准仪产生幅值为1的正弦激励，加速度计产生的峰值加速度作为一个G值•每次试验后应检查产品是否破损•应把破损前一次试验的加速度峰值作为产品脆值示波器电荷放大器简易包装件H（2）改变厚度测量法简易测量法的缺点：•缓冲衬垫产生塑性变形，缓冲材料阻尼变化。•对于异形产品，不能保证面跌落，误差较大。改进措施：采用改变厚度测量法，即用一组材质和结构相同，厚度不同的缓冲衬垫。在试验过程中，等效跌落高度不变，每次试验所用的衬垫厚度不同，衬垫厚度的选择应从厚到薄。（三）两种试验方法的对比项目冲击机试验法缓冲材料法模拟性模拟性、再现性好。脉冲程序器产生矩形波、半正弦波脉冲，还能控制冲击速度变化。利用缓冲材料来控制脉冲，只能产生近似半正弦波脉冲。模拟性、再现性差。测试精度准确，较高精度差，不稳定适用性DBC，脆值脆值试验成本及操作性成本高可操作性好成本低操作麻烦二、经验法1、简易计算法线性包装系统（P90：图4-14）非线性包装系统（半正弦波作用时间评估法，P90：图4-15）20128.0HtGcHGnngHnccfHffG53.3283.022包装类型脉冲上升时间/s金属容器0.0020.0040.006纸板/瓦楞纸箱木箱2、经验估算法3、查表类比法