1 Scope
This part of GB/T 2423 provides the test methods for specimens to resist dynamic loads without unacceptable degradation of its functional and/or structural integrity when subjected to the specified random vibration test requirements.
Broadband random vibration may be used to identify accumulated stress effects and the resulting mechanical weakness and degradation in the specified performance. This information, in conjunction with the relevant specification, may be used to assess the acceptability of specimens.
This standard is applicable to specimens which may be subjected to vibration of a stochastic nature resulting from transportation or operational environments, for example in aircraft, space vehicles and land vehicles. It is primarily intended for unpackaged specimens, and for items in their transportation container when the latter may be considered as part of the specimen itself. However, if the item is packaged, then the item itself is referred to as a product. This standard may be used in conjunction with IEC 60068-2-47:2005, for testing packaged products
If the specimens are subjected to vibration of a combination of random and deterministic nature resulting from transportation or real life environments, for example in aircraft, space vehicles and for items in their transportation container, testing with pure random may not be sufficient. See GB/T 2424.26—2008 for estimating the dynamic vibration environment of the specimen and based on that, selecting the appropriate test method.
Although primarily intended for electro technical specimens, this standard is not restricted to them and may be used in other fields where desired (see Annex A).
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
GB/T 2423.43—2008 Environmental testing for electric and electronic products - Part 2: Test methods - Mounting of specimens for vibration impact and similar dynamic tests (IEC 60068-2-47: 2005, IDT)
GB/T 2424.26—2008 Environmental testing - Supporting documentation and guidance - Selecting amongst vibration tests (IEC 60068-3-8: 2003, IDT)
IEC 60050-300 International electrotechnical vocabulary- Electrical and electronic measurements and measuring instruments - Part 311: General terms relating to measurements-Part 312: General terms relating to electrical measurements- Part 313: Types of electrical measuring instruments - Part 314: Specific terms according to the type of instrument)
IEC 60068-1 Environmental testing—Part 1: General and guidance
IEC 60068-2-6 Environmental testing—Part 2-6: Tests—Test Fc: Vibration (sinusoidal)
IEC 60068-5-2 Environmental testing—Part 5-2: Guide to drafting of test methods—Terms and definitions Guide to drafting of test methods—Terms and definitions)
IEC 60721-3 (all parts) Classification of environmental conditions—Part 3: Classification of groups of environmental parameters and their severities
IEC Guide 104 The preparation of safety publications and the use of basic safety publications and group safety publications
ISO 2041 Vibration and shock—Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
Note: the terms used are generally defined in IEC 60050-300, IEC 60068-1, IEC 60068-2-6, and IEC 60068-5-2 and ISO 2041. If a definition from one of those sources is included here, the derivation is indicated and departures from the definitions in those sources are also indicated.
3.1
cross-axis motion
motion not in the direction of the stimulus; generally specified in the two axes orthogonal to the direction of the stimulus
Note: the cross-axis motion shall be measured close to the fixing points.
3.2
actual motion
motion represented by the wide band signal returned from the reference point transducer
3.3
fixing point
part of the specimen in contact with the fixture or vibration table at a point where the specimen is normally fastened in service
Note: if a part of the real mounting structure is used as the fixture, the fixing points are taken as those of the mounting structure and not of the specimen.
3.4
control methods
3.4.1
single point control
control method using the signal from the transducer at the reference point in order to maintain this point at the specified vibration level
3.4.2
multipoint control
control method using the signals from each of the transducers at the checkpoints
Note: the signals are either continuously averaged arithmetically or processed by using comparison techniques, depending upon the relevant specification. See 3.13.
3.5
gn
standard acceleration due to the earth's gravity, which itself varies with altitude and geographical latitude
Note: for the purposes of this standard, the value of g n is rounded up to the nearest whole number, that is 10m/s2.
3.6
measuring points
Specific points at which data are gathered conducting the test
Note: these points are of three types, as defined in 3.7 to 3.9.
Foreword I
Introduction V
1 Scope
2 Normative references
3 Terms and definitions
4 Requirements for test apparatus
4.1 General
4.2 Basic motion
4.3 Cross-axis motion
4.4 Mounting
4.5 Measuring systems
4.6 Vibration tolerances
4.7 Control strategy
4.8 Vibration response inspection
5 Severities
5.1 Test frequency range
5.2 RMS value of acceleration
5.3 Shape of acceleration spectral density curve
5.4 Test duration
6 Preconditioning
7 Initial measurements and functional performance test
8 Testing
8.1 General
8.2 Initial vibration response investigation
8.3 Low-level excitation for equalization prior to testing
8.4 Random testing
8.5 Final vibration response investigation
9 Recovery
10 Final measurements and functional performance
11 Information to be given in the relevant specification
Annex A (Informative) Standardized test spectra
Annex B (Informative) Guidance
Bibliography
環境試驗第2部分：試驗方法
試驗Fh：寬帶隨機振動和導則
1范圍
GB/T 2423的本部分提供了隨機振動標準的試驗方法，用以確定樣品在承受規定的隨機振動試驗下未出現不可接受的功能退化和(或)整體結構的符合性的前提下抵抗動態載荷的能力。
寬帶隨機振動可以用來識別應力累積效應和特定功能的退化。這些信息和相關規范相結合，可以用來評定樣品是否可接收。
本部分適用于在運輸或工作環境中可能遭受隨機振動的樣品，如在飛機、太空飛船和陸地交通工具中，它主要用于沒有包裝的樣品，以及在運輸過程中其包裝作為樣品本身一部分的樣品。但是，對于已包裝的樣品，則將樣品連同其包裝視作樣品。對于帶包裝樣品的試驗，本部分可以和GB/T 2423.43—2008共同使用。
若樣品在運輸或實際生存周期環境中承受隨機和確定性的混合振動，如在飛機、航天器和集裝箱運輸中，僅以單純的隨機情況來檢驗該樣品是不夠的。參照GB/T 2424.26—2008估計樣品動態振動環境，并在此基礎上選擇合適的試驗方法。
本部分主要適用于電工電子產品，也適用于其他領域的產品(參見附錄A)。
2規范性引用文件
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T 2423.43—2008電工電子產品環境試驗第2部分：試驗方法振動、沖擊和類似動力學試驗樣品的安裝(IEC 60068-2-47：2005，IDT)
GB/T 2424.26—2008電工電子產品環境試驗第3部分：支持文件和導則振動試驗選擇(IEC 60068-3-8：2003，IDT)
IEC 60050-300國際電工技術術語(IEV)電子測量和電子測量儀器第311部分：測量總則第312部分：電子測量總則第313部分：電子測量儀器分類第314部分：關于儀器種類的專業術語( International electrotechnical vocabulary- Electrical and electronic measurements and measuring instruments-Part 311: General terms relating to measurements- -Part 312:General terms relating to electrical measurements- Part 313: Types of electrical measuring instruments- Part 314: Specific terms according to the type of instrument)
IEC 60068-1環境試驗第1部分：概述和指南( Environmental testing—Part 1: General and guidance)
IEC 60068-2-6環境試驗第2-6部分：試驗方法試驗Fc:振動(正弦) [ Environmental testing—Part 2-6: Tests—Test Fc: Vibration (sinusoidal) ]
IEC 60068-5-2環境試驗第5-2部分:試驗方法編寫導則術語和定義( Environmental testing—Part 5-2: Guide to drafting of test methods—Terms and definitions)
IEC 60721-3(所有部分)環境條件分類第3部分：環境參數組及其嚴酷程度的分類分級(Classification of environmental conditions—Part 3: Classification of groups of environmental parameters and their severities)
IEC Guide 104安全出版物的編寫及基礎安全出版物和多專業共用安全出版物的應用導則( The preparation of safety publications and the use of basic safety publications and group safety publications)
ISO 2041 振動和沖擊詞匯(Vibration and shock—Vocabulary)
3術語和定義
下列術語和定義適用于本文件。
注：所使用的術語通常在IEC 60050-300、IEC 60068-1、IEC 60068-2-6、IEC 60068-5-2和ISO2041中定義。如果這里包含其中一個來源的定義，則就會指出其推導過程，并指出這些來源中定義的偏離。
3.1
橫向運動cross-axis motion
沿著非激勵方向的運動，一般沿著與激勵方向正交的兩個軸進行。
注：橫向運動需靠近固定點測量。
3.2
實際運動actual motion
由基準點傳感器返回的寬頻信號所代表的運動。
3.3
固定點fixing point
試驗樣品與夾具或振動臺接觸的部分，在使用中通常是固定試驗樣品的地方。
注：如果實際安裝結構的一部分作為夾具使用，則固定點指的是安裝結構的固定點而不是試驗樣品的固定點。
3.4
控制方法control methods
3.4.1
單點控制single point control
采用來自基準點上傳感器的信號，使該信號保持在規定的振動量級上實現的控制方法。
3.4.2
多點控制multipoint control
采用來自各個檢查點上傳感器信號進行控制的方法。
注：信號是采用連續的算術平均還是采用比較技術來處理，需根據有關規范來決定。見3.13。
3.5
gn
由于地球引力引起的標準加速度，隨海拔高度和地理緯度而變化。
注：為了便于使用，在本部分將gn圓整為10m/s2。
3.6
測量點measuring points
試驗中采集數據的某些特定點。
注：這些點分為三類，具體定義見3.7~3.9。
3.7
檢查點check-point
位于夾具、振動臺面或試驗樣品上的點，盡可能靠近試驗樣品的固定點，而且在任何情況下都要和固定點剛性連接。
注1：采用多個檢查點是保證滿足試驗要求的一種措施。
注2：如果固定點少于或等于4個，則全部用作檢查點。對于帶包裝的產品，此時固定點就是振動臺接觸的包裝表面，如果在試驗的頻率范圍內沒有振動臺或安裝結構的共振效應，可以用一個檢查點。否則就需要采用多點控制，但同時參考注3。如果固定點多于4個，則有關規范需規定出4個具有代表性的固定點作檢查點用。
注3：在特殊情況下，例如對大型或復雜的試驗樣品，如果不要求檢查點緊靠固定點，則需在有關規范中規定。
注4：當大量的小試驗樣品安裝在一個夾具上時，或當一個小試驗樣品具有許多固定點時，可選用單個檢查點(即基準點)來導出控制信號。該信號反映的是夾具的特性而不是試驗樣品固定點的。這僅當夾具裝上試驗樣品等負載后的最低共振頻率比試驗頻率的上限高很多時才是可行的。
3.8
基準點(單點控制)reference point(single-point control)
從檢查點中選出的點，其信號用于試驗控制，以滿足本部分要求。
3.9
虛擬基準點(多點控制)fictitious reference point(multipoint control)
從多個檢查點中用手動或自動方式導出的點，用于試驗控制，以滿足本部分要求。
3.10
響應點response points
位于試驗樣品上的特定部位的點，從這些點上獲得數據進行振動響應分析。
注：這些點不同于檢查點或基準點。
3.11
優先試驗軸preferred testing axes
按實際情況選擇相應于試驗樣品最薄弱的3個正交軸。
3.12
采樣頻率sampling frequency
每秒采集離散幅值的數量，用于以數字方式記錄或表示一個時間歷程。
3.13
多點控制策略multipoint control strategies
采用多點控制時計算參考控制信號的方法。
注：不同頻率區域控制方法的討論見4.7.1。
3.14
平均averaging
確定由多個檢查點對應譜線上的加速度譜密度經算術平均形成的控制加速度譜密度的過程。
3.15
極值(極大值或極小值)extremal(maximum or minimum)
確定由多個檢查點對應譜線上的加速度譜密度的極大值或極小值形成的控制加速度譜密度的過程。
3.16
峰值因子crest factor
峰值和時間歷程的均方根值之比。
[ISO 2041]
3.17
-3dB帶寬-3dB bandwidth
在頻率響應函數中對應于單一共振峰值最大響應0.707倍的兩點之間的頻率寬度。
3.18
加速度譜密度acceleration spectral density；ASD
當在帶寬趨于零和平均時間趨于無窮的極限狀態下，各單位帶寬上通過中心頻率窄帶濾波器的加速度信號方均值。
3.19
控制加速度譜密度control acceleration spectral density
在基準點或虛擬基準點上測量到的加速度譜密度。
3.20
控制系統回路control system loop
包括下列操作：
——基準點或虛擬基準點上模擬隨機信號的數字化；
——進行必要的數據處理；
——為振動系統功率放大器產生一個更新的模擬驅動信號(參見B.1)。
3.21
驅動信號的削波drive signal clipping
驅動信號最大值的限制，用峰值因子表達(見圖1)。
3.22
有效頻率范圍.Effective frequency range
0.5倍f1到2.0倍f2的頻率范圍(見圖1)。
注：由于存在初始斜率和下降斜率，有效頻率范圍大于f1與f2之間的試驗頻率范圍。
3.23
加速度譜密度誤差error acceleration spectral density
規定的加速度譜密度值和控制實現的加速度譜密度值之差。
3.24
均衡equalization
使加速度譜密度誤差最小化的過程。
3.25
最終斜譜final slope
加速度譜密度大于f2的部分(見圖1)。
3.26
頻率分辨率frequency resolution
Be
加速度譜密度中頻率間隔的寬度，以赫茲為單位。
注：在數字分析中為了計算指定的加速度譜密度，將采樣記錄劃分為若干部分，每個部分采樣長度(T)的倒數為分辨率。在頻率范圍內，頻率線數等于頻率間隔數。.
3.27
加速度譜密度示值indicated acceleration spectral density
從分析儀讀出的真實加速度譜密度，受儀器誤差、隨機誤差和系統偏差的影響。
3.28
初始斜譜initial slope
加速度譜密度小于f1的部分(見圖1)。
3.29
儀器誤差instrument error
由控制系統及其輸入的每一個模擬環節引起的誤差。
3.30
隨機誤差random error
由于不同的實際平均時間與濾波器帶寬的限制導致加速度譜密度估計誤差。
3.31
記錄record
用于快速傅立葉變換計算的時域的等間隔數據點的集合。
3.32
可再現性reproducibility
按下列不同條件下對相同參量相同數值進行測量的結果之間的一致性程度：
——不同的測試方法；
——不同的測量儀器；
——不同的觀察人員；
——不同的實驗室；
——相對于單次測量的持續時間較長的時間間隔后；
——不同的儀器使用習慣。
注：術語“可再現性”也可應用于滿足上述部分條件的情況。
[IEC 60050-300，修正]
3.33
均方根值root-mean-square value
在f1與f2區間內單值函數的所有頻率的均方根值，是在該區間內的函數值的平方的平均值的平方根值(見圖2)。
3.34
標準差standard deviation
σ
根據振動理論，當振動幅值的平均值等于0時，對于隨機時間歷程，振動的標準差等于均方根值(見圖2)。
3.35
統計精度statistical accuracy
加速度譜密度真值與加速度譜密度示值之比。
3.36
統計自由度statistical degrees of freedom
DOF
用時間平均方法來估算隨機數據的加速度譜密度時，統計自由度取決于頻率分辨率和有效平均時間(見圖3)。
3.37
試驗頻率范圍test frequency range
在f1與f2(見圖1)之間的頻率范圍，有關規范需規定ASD是平直譜或其他譜形。
3.38
真實加速度譜密度true acceleration spectral density
作用于試驗樣品上的隨機信號的加速度譜密度。
4試驗要求
4.1一般要求
進行試驗時，整個振動系統包括功率放大器、振動發生器、試驗夾具、試驗樣品和控制系統等都應滿足必要的性能要求。
標準的試驗方法一般由以下試驗順序組成，這些順序應用于試驗樣品中各相互垂直的軸向：、
1)用低量值的正弦激勵或隨機激勵進行初始振動響應檢查(見8.2)；
2)用隨機激勵進行機械載荷或應力試驗；
3)最終響應檢查，與初始響應檢查的結果比較，可以根據動態特性的變化找出導致可能出現的機械失效(見8.2和8.5)。
當動態響應是已知且無關，或者在滿量級試驗的情況下可收集到足夠的數據時，有關規范規定可以不需要在試驗前后進行振動響應檢查。
4.2基本運動
有關規范應規定試驗樣品各固定點的基本運動。這些固定點應在相位和幅值上具有大體相同的運動，且相對于激勵方向應是線性運動。若各點的運動很難達到完全相同時，則應采用多點控制。
注：對于大型結構和高的頻率范圍，如20Hz~2000Hz，試驗樣品的動態特性可能要求采用多點控制。
4.3橫向運動
如果有關規范有要求，則應在試驗前通過施加有關規范規定的正弦或隨機振動來檢查橫向運動，或在試驗時利用兩正交軸的附加監測通道來檢查橫向運動。
在兩個相互垂直軸向的任一軸上測得檢查點的各頻率點的加速度譜密度在500Hz以上時不應超出規定值，在500Hz以下時不應超出規定值的-3dB。垂直于指定軸向的任一軸的總加速度均方根值不應超過指定軸向的均方根值的50%。例如在小試驗樣品情況下，有關規范可以限制橫向運動的加速度譜密度以保證其不超過基本運動的-3dB。
在某些頻率上或者對于尺寸大或質心高的試驗樣品，達到這些值可能是困難的。同樣，在此情況下，有關規范用大的動態范圍規定嚴格等級時，要達到這些值也可能是困難的。在此情況下，有關規范應規定采用下列其中的一條：
a)超出上述給定值的任何橫向運動都應記錄在試驗報告中；
b)已知不會對試驗樣品造成損傷的橫向運動不需監測。
4.4安裝
試驗樣品應按IEC 60068-2-47的要求安裝。所有情況下，在IEC 60068-2-47中選擇曲線時需先平方后乘以加速度譜密度(ASD)或直接乘以正弦振幅。
4.5測量系統
測量系統的特性應能使從基準點給定軸向測得振動的實際值在試驗所要求的容差范圍內。
整個測量系統包括傳感器、信號調節器和數據采集器及數據處理器，其頻率響應對測量精度有顯著影響。測量系統的頻率范圍應從試驗最低頻率(f1)的0.5倍延伸到最高頻率(f2)的2.0倍(見圖1)。測量系統在該頻率范圍內的頻率響應應該平坦，并在±5%以內。該范圍以外的任何進一步的偏差應記錄于報告中。
