等价振动测试

振动测试多少小时等于运输多少英里？

发表于ISTA 2000年年度会议，2008年12月进行重大修改与升级

摘要：

振动测试多少小时等于运输多少英里？简单的问题，但不幸的是：答案既不简单也不直截了当。本文试图探讨这个等价关系所涉及的相关因素，解释已被接受和证明的方法背后的方法论，并详细讨论加速模拟振动的相关问题。

运输和测试：

为了开始充分解决振动测试等价问题，我们需要细化振动测试方法、以及运输条件和方法。

振动测试：

    在包装运输领域有三种常用的振动测试方法。种是定位移测试，也称作为重复性冲击或者碰撞测试，可参照ASTM D999 方法A1 或者A2或类似文献。在这种测试中，被测物放置在设备的台面上，台面以25mm的定位移做线性或圆周运动。这种测试经常在某一频率（4.5Hz附近）进行，在此频率下，被测物可以间歇性离开振动台，可通过在被测物下面插入铁片进行验证。技术上说，这根本不是振动，每当包装件重新接触台面时，就引发了一个小的冲击或者碰撞。这种测试不是实况运输的模拟，虽然在运输车辆中可能是包装件的反弹，但根本不是定位移和定振幅。

第二种是正弦测试，参照ASTM D999方法B和C或类似文献。这儿，台面以平滑的正弦方式运动，并且振动频率和加速度都是独立可变的和可控的。这种测试包括扫频（频率缓慢变化）和定频（定振幅、定加速度）测试。在一些规范中，整个振动需求可以被一个或几个正弦扫频满足。但，在传统运输包装领域，扫频振动用于寻找产品或产品包装系统的共振点（自然频率），然后定频测试就被用于评估共振点的潜在风险。这些测试也不是实况运输的模拟，真正的车辆不以平滑的正弦运动振动。

第三种振动测试方法是随机振动，参照 ASTM D4728 或类似文献。这时，振动平台以一种持续变化的频率和加速度的复杂组合运动，与运输车辆运动方式相似。结果，这些测试能更接近的模拟实际运输条件。通常，在频率范围内，随机振动由平均加速度强度的功率谱密度图表表示（PSD是频率的函数），不同的运输车辆和运输条件与不同的PSD形状和幅值有关。

通过给出的三种基本的测试方法可知，这个问题不能简单的以“多长时间的测试……”开始，必须知道哪种测试的测试时间，以及测试参数。

运输方式和运输条件：

下面有四种基本的运输方式：公路、铁路、水运、空运。每种运输方式都有一些差异：交通工具的类别及子类别、货物的数量、配置方式，运输条件（公路、轨道、水流、海况）等。结果是无限中可能的组合。认为单一的、简单的测试能满足所有不同的组合是不实际的。行驶在崎岖道路上的汽车可以产生高水平的振动，但这只覆盖一段时间里的几英里路段。相同的时间，平稳气流中飞行喷气式飞机可以产生低水平的振动，并行驶很长的距离。任何与实验室测试时间相关的运输距离，必须考虑这些变量以及他们之间的组合。

因此这个问题不能简单的以“运输多少公里”结束，必须指定运输方式和运输条件。

试验室测试和运输的等价关系

一旦我们能充分的描述被进行的测试和运输模拟振动方式，我们就可以开始解决等价问题。

重复性冲击（“反弹”）测试

过去，有声称已经完成实际运输与测试的等价关系。偶尔听到一个旧的说法：1小时的测试等于1000英里的实际运输,这简直是胡说八道，没有任何研究证实这具有一般意义。有实例显示，重复冲击测试可以产生于实际运输同样的损坏。当然，这是已发生在特定的包装产品，特定的测试时间，和特定的运输方式和距离的实例。但，狭窄的相关性不能作为一般的等价解释。用户应该谨慎的延伸这样的具体结果至通用的包装件和运输形式。

现今理论认为，重复冲击测试不模拟现实环境，不能也不应该与具体的运输方式和运输距离有关。这并不是说测试是无用的，只是不打算作为模拟，因此不能充分代表实际的运输。

正弦振动测试

正弦振动测试也不是环境模拟，因此他们不能也不应该与具体的运输方式和运输距离有关。ASTM D4199和ASTM D999不认为定频时间与实际运输有关。另外，确定是否只有一个共振点（可导致损坏）是关键。
    如同重复性冲击测试，可能的例子是：在具体的产品/包装系统、具体的运输模式/条件情况下，现场性能是已知的。如果正弦停留振动Xmin可以产生运输y公里的损坏，可以被视为这种情况下等价。但，像前面所说，使用者应谨慎的延伸这个结论到其他包装产品和运输形式。

随机振动

随机振动的目的是环境模拟。这是通用，并与实况运输的振动测试相关的测试种类。假设使用的PSD频谱和强度能合理精确的反映运输模式和条件，那么一小时的测试将等价于一小时的典型的运输运动。注意这不是时间VS英里的关系，而是时间VS时间的关系。但由于运输时间是实际的运动持续时间（不是经过总行程的时间），因此，一个与距离的等价关系可以被建立。例如，如果车辆以60英里/小时的速度移动，并且产生相应的用于实验室的PSD频谱和强度，1小时的测试可以等价于60英里。
加速振动测试

因此一个合理配置的实验室，随机振动测试可以相关于实况运输。但测试1h模拟60公里的想法是不现实的。这是加速振动测试概念的可用之处。