多轴电动振动可靠性试验精要.docx

多轴电动振动可靠性试验 Ed Habtour and Gary S. Drake, US AMSAA Abhijit Dasgupta，Moustafa Al-Bassyiouni和Cholmin Choi，CALCE，机械工程系，马里兰大学，College Park 关键词：设计的可靠性、失效、失效机理、疲劳、振动、轴、加速试验。 摘要与结论 下一代DoD平台（例如小型无人地面车辆（SUGV）和小型无人驾驶车辆（SUAV））的功能是强烈的电子学，图1.因此，这些系统的可靠性将强烈依赖于可靠性电子。这些电子系统及其中的关键部件经历极其恶劣的环境，例如振动和热疲劳。因此，必须通过实验和模拟失效评估来确定这些部件的失效机理。在实验室的设计和资格测试期间重建生命周期振动条件的关键挑战之一是产品在现场经历的同时多轴激发的再创造。相反，通常的做法是在不同轴上使用顺序单轴激励或在重复冲击振动器上使用不受控制的多轴振动。因此，在现场的主要失效模式有时在实验室试验中很难复制。美国陆军装备系统分析活动（AMSAA）目前正与马里兰大学高级生命周期工程中心（CALCE）合作，开发测试方法，更好地捕获未预见的设计缺陷在合格阶段，通过更好地复制生命周期振动条件。这种努力已经导致利用新的六自由度（DOF）电动振动器来加固由于随机的疲劳损伤的设计振动。 图1- SUGV，来自iRobot Inc. 本文讨论了振动测试方法与六自由度振动台的优点，以及与这种方法相关的成本节约。 六个DoF振动器可以在开发周期中较早使用现有振动筛技术检测关键故障; 因此为我们的战士生产更具成本效益和可靠的系统。 1引言 电子设备越来越复杂，特别是在低体积和高度复杂和密集的电子系统，例如军事，航空和汽车应用中，已经导致越来越需要了解由于动态负载引起的故障机制。通常，电子系统在其寿命周期期间经受各种复杂负载，包括振动。通过电子产品的加速振动试验，可以实现动态负载引起的故障机理的理解。这提高了可靠性寿命测试的可能性，同时减少测试时间和成本。不幸的是，在加速寿命测试中遇到的困难限制了其应用和接受。这些困难中的一些可以部分地由于缺乏对加速测试中的实际故障机制和位置的理解而被追踪。为了通过测试理解特定的故障机理，重要的是模拟实际的振动条件，这可以利用使用多轴振动器的失效物理（PoF）方法来实现。 假设在这一领域将进行大量的研究，因为大多数机械和电子产品普遍受到所有自由度的加速度。已经认识到，对使用单顺序单轴激励的振动测试已经进行了大量的研究。然而，由于与多轴振动测试相关的成本约束，使用电动振动器的多轴振动测试中进行的研究非常有限（French等人，2007）。 发布的需要多轴振动测试的标准几乎不存在。军用设备振动测试的最常见标准发表在MIL-STD-810F和NAVMAT P-9492，其包含单次和顺序测试，但没有提及同时多轴激发。因此，在过去几十年中，电动振动器是用于对电子和机械系统（包括航空航天，汽车，通信和军事应用）进行随机振动测试的主要载体。然而，重要的是指出，顺序单轴测试不提供测试设备的实际操作环境的真实表现（Whiteman和Berman，2002）。 2当前挑战 虽然几种不同的方案被广泛地用于在各个轴上顺序地测试设备，但是应当理解，它们是同时多轴测试的理想的粗略近似。即使大多数机械应用数据显示设备经受诸如航天器发射，军用地面车辆部署或操作汽车发动机的计算机的多方向环境，单轴激励也被应用于测试对象。因此，在实验设计中必须进行严重的折衷，以在单个DoF电动振动器上进行有意义的测试（Hobbs，2001）。例如，为了在军事应用中模拟多DoF振动，MIL-STD-810F建议通过沿三个正交轴（X，Y和Z）顺序地将单轴激励施加到测试对象来执行振动测试。这通过垂直激励测试对象，然后在每次旋转制品90之后重复该过程两次以上来实现。图2是根据MILSTD-810F的复合双轮拖车振动的顺序多轴加速度功率密度（ASD）曲线的示例。 图2 - 复合双轮拖车振动剖面 在航空航天应用中，大多数振动，声学和冲击源自多轴发射载荷。航天器设计中最关键和持续的设计问题之一是发射高精度，灵敏和昂贵的电子系统。Johnson等人（2001）指出，输入到航天器的加速度水平在从大约30Hz到2000Hz或更高的宽频率范围上。数十亿美元的丢失的卫星或精密有效载荷的性能下降归因于由于发射载荷的振动引起的故障（Sater等，2000）。 多轴振动问题在微卫星中也呈现严重和复杂的设计挑战。 为了控制或减轻振动影响的风险，采用复杂的系统和策略。 一些典型的解决方案涉及具有复杂的隔离器和多个传感器的六轴振动系统（Thayer，2002）。 然而，这种复杂的解决方案可能是昂贵的并且有时是不必要的。 如果在多轴振荡器下