ГОСТ 28213-89 (МЭК 68-2-27-87) Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Испытание Ea и руководство: Одиночный удар стр. 3

А2. Область применения испытания

Многие образцы в процессе эксплуатации при переносе с места на место, а также во время транспортирования могут быть подвержены воздействию удара. Эти удары сильно отличаются друг от друга по уровню и имеют сложную природу. Испытание на воздействие удара обеспечивает удобный метод определения способности образцов выдерживать воздействие одиночного удара. Для повторяющихся ударов испытание по МЭК 68-2-29 (ГОСТ 28215) является более приемлемым (см. приложение С).

Испытание на воздействие удара может быть также использовано для оценки конструктивной прочности образцов типа "элемент" с целью проведения их аттестации и (или) контроля качества. Обычно в этом случае применяют удары с высоким уровнем ускорения, при этом главной целью испытаний является воздействие определенной силы на внутреннюю структуру образцов, особенно в том случае, когда у образцов имеются внутренние полости (см. разд.2).

Разработчику, который намерен включить в НТД данное испытание, необходимо обратить внимание на разд.11 стандарта, чтобы гарантировать включение в НТД всей требуемой информации.

A3. Формы импульсов (разд.2)

В настоящем стандарте представлены три формы импульсов, которые находят широкое применение. Для целей испытания может быть использована любая форма импульсов (см. п.4.1.1 и табл.1).

Полусинусоидальный импульс применяется для воспроизведения удара, возникающего при соударении или резком торможении линейной подвижной системы, например удара, упругого по своей структуре.

Трапецеидальный импульс вызывает более высокий отклик в широком спектре частот по сравнению с полусинусоидальным. Трапецеидальный импульс применяется в том случае, когда целью испытания является воспроизведение ударных воздействий, таких, как во время запуска космического зонда или спутника при фазе "отстрел болтов".

Примечание. Полусинусоидальный импульс является наиболее распространенным. Трапецеидальный импульс, в основном, предназначен для аппаратуры.

Пилообразный импульс с пиком на конце имеет более равномерный спектр по сравнению с полусинусоидальным или трапецеидальным импульсом.

Информация относительно спектра удара для этих трех импульсов представлена в приложении В.

В случае, когда спектр удара в условиях эксплуатации или транспортирования известен, для выбора наиболее подходящей формы импульса следует воспользоваться рис.5, 6, 7 настоящего стандарта. В том случае, когда спектр удара в условиях транспортирования или эксплуатации не известен, следует сослаться на табл.2 настоящего стандарта, в которой перечислены степени жесткости и формы импульсов, применяемые для различных видов транспортирования и эксплуатации изделий.

Таблица 2. Примеры форм ударного импульса и степеней жесткости, используемых при испытаниях на воздействие удара для различного применения

Степень жесткости
Пиковое ускорение,  (м·с )	Длитель- ность, мс	Вид (форма) импульса	Элементы	Аппаратура
15 (150)	11	Пилообразный со спадом в конце. Полусинусоидальный. Трапецеидальный		Основное испытание для определения прочности при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировании. Стационарная аппаратура, транспортируемая только автомобильным, железнодорожным и авиационным транспортом в защитной противоударной упаковке
30 (300)	18	Пилообразный со спадом в конце. Полусинусоидальный. Трапецеидальный		Испытание на прочность конструкции крепления аппаратуры. Аппаратура, установленная или транспортируемая в закрепленном положении на железнодорожном, автомобильном или воздушном транспорте
50 (500)	11	Пилообразный с пиком на конце. Полусинусоидальный. Трапецеидальный*	Элементы в защитной упаковке, транспортируемые колесным транспортом (по автодорогам и железным дорогам), дозвуковыми и сверхзвуковыми самолетами, торговыми судами или легкими военными кораблями. Элементы, установленные в аппаратуру, транспортируемую или установленную на колесный транспорт, передвигающийся по автодорогам или железной дороге, на дозвуковые и сверхзвуковые транспортные самолеты, торговые суда и легкие военные корабли. Элементы, устанавливаемые в аппаратуру, предназначенную для тяжелой промышленности	Аппаратура, устанавливаемая или транспортируемая в закрепленном положении транспортными средствами повышенной проходимости. Аппаратура, перевозимая в незакрепленном положении по автодорогам и железным дорогам длительное время Аппаратура, используемая в промышленности и подвергаемая ударам при механизированных погрузочно-разгрузочных работах, например доковые краны, автопогрузчики
100 (1000)	6	Пилообразный с пиком на конце. Полусинусоидальный. Трапецеидальный*	Элементы в защитной упаковке, транспортируемые транспортными средствами повышенной проходимости	Отдельные удары при погрузочно-разгрузочных работах на автомобильном или железнодорожном транспорте
			Элементы, установленные в аппаратуру, транспортируемую или размещенную на транспортных средствах повышенной проходимости	Удары высокой интенсивности пуска, разделением частей ракет (космических кораблей), аэродинамического удара и при входе космического корабля в плотные слои атмосферы
			Элементы, установленные в аппаратуру, размещаемую на дозвуковых и сверхзвуковых транспортных самолетах Элементы, установленные в аппаратуру, перевозимую в незакрепленном состоянии автомобильным или железнодорожным транспортом в течение длительного времени	Портативная аппаратура
500 (5000)	1	Полусинусоидальный	Испытание прочности конструкции полупроводниковых приборов, интегральных схем, микросхем и микросборок	Удары, вызванные взрывом, произведенным на земле, в воде или в воздухе
1500 (15000)	0,5	Полусинусоидальный	Испытание прочности конструкции полупроводниковых приборов, интегральных схем, микросхем и микросборок

________________
* Применяется в основном для аппаратуры.

Примечание. Настоящая таблица не является обязательной, в ней перечислены только степени жесткости для различного применения. Необходимо иметь в виду, что в реальных условиях эксплуатации воздействующие нагрузки отличаются от указанных в табл.2.

Для изделий в упаковке удары, имеющие место при переноске и транспортировании, по существу являются простыми, что дает возможность при испытаниях применять полусинусоидальный импульс, параметры которого можно определять по наблюдению изменения скорости.

А4. Степени жесткости испытания (разд.2 и 5)

Там, где возможно, степени жесткости испытания и форма ударного импульса, воздействующие на образец, должны определяться внешними условиями, которым образец подвергается во время транспортирования или эксплуатации, либо они определяются требованием конструкции, если целью испытания является оценка конструктивной прочности.

Часто условия транспортирования могут оказаться более жесткими, чем эксплуатационные, в этом случае степень жесткости испытания должна соответствовать условиям транспортирования. Казалось бы, что в этом случае образец должен испытываться только по степени жесткости, соответствующей условиям транспортирования, но с другой стороны, может потребоваться проверка функционирования образца при воздействии внешних условий эксплуатации. В таком случае потребуется проведение испытаний на удар как на условия эксплуатации, так и транспортирования с измерением значений определенных параметров после проведения испытаний на условия транспортирования и контролем функционирования образца в процессе проведения испытаний на воздействие условий эксплуатации.

При назначении степени жесткости испытания следует обратить внимание на обеспечение достаточного запаса между степенью жесткости испытания и условиями реальной окружающей среды.

В том случае, когда реальные эксплуатационные или транспортные условия не известны, необходимую степень жесткости следует выбирать из табл.1. Кроме того, необходимо сделать ссылку на разд.В3.

А5. Допуски

Метод испытания, приведенный в настоящем стандарте, имеет высокую воспроизводимость, когда выполняются требования к допускам в отношении формы импульса, изменения скорости и поперечного движения.

Однако, имеются некоторые исключения в отношении требований к допускам; они, в основном, применимы к образцам с большой реактивной нагрузкой, масса и динамическая реакция которых могут повлиять на характеристики ударной установки таким образом, что требования к допускам выполнить невозможно. В этом случае в соответствующей НТД должны быть указаны большие значения допусков или должно быть указано, что полученные результаты должны быть зарегистрированы в протоколе испытаний (см. пп.4.1.1, 4.1.2 и 4.1.3).

При испытании образцов с большой реактивной нагрузкой может оказаться необходимым проведение предварительной выдержки для проверки характеристик нагруженной ударной установки. В случае сложных образцов, когда имеется в наличии один или ограниченное количество образцов для испытания, предварительные испытания могут привести к ужесточению испытания и возможному нехарактерному кумулятивному разрушению. В этих случаях, там где возможно, рекомендуется провести предварительную проверку, используя характерную модель (например образец, вышедший из строя) или, если такой образец отсутствует, может быть использована пространственная модель такой же массы и имеющая такое же расположение центра тяжести. Однако следует заметить, что пространственная модель может не иметь ту же динамическую реакцию, что и реальная модель.

Частотная характеристика всей измерительной системы, включая акселерометр, является важным фактором в получении требуемой формы импульса и степени жесткости; она должна находиться в пределах допусков, указанных на рис.4. В том случае когда необходимо использовать фильтр низких частот для уменьшения влияния наложенных колебаний, вызванных наличием в акселерометре высокочастотных резонансов, необходимо учесть амплитудные и фазовые характеристики измерительной системы для того, чтобы избежать искажения воспроизводимой формы (см. п.4.2).

Для ударов длительностью, равной или меньше 0,5 мс, значения частот   и  , указанные на рис.4, могут быть без необходимости слишком высокими. В этом случае в соответствующей НТД должны быть указаны другие приемлемые значения (см. п.4.2).

А6. Изменение скорости (п.4.1.2)

Для всех форм импульса необходимо указать действительное изменение скорости. Определение изменения скорости можно произвести одним из нижеследующих способов:

измерение скорости соударения для ударных импульсов, не включая отскок;

измерением высоты падения и отскока, когда используется установка со свободным падением;

путем интегрирования кривой ускорение-время.

Если рекомендуется способ интегрирования кривой, то реальное изменение скорости импульса, если не оговорено особо, определяется посредством интегрирования ударного импульса от 0,4  до начала импульса до 0,1  после окончания воздействия импульса, где   - длительность номинального импульса. Определение изменения скорости импульса с помощью метода электронного интегрирования может быть достаточно трудным и может потребовать применения сложной установки. Поэтому необходимо оценить стоимость используемого оборудования, прежде чем выбрать этот метод.

Одна из целей задания изменения скорости и связанной с ней зоной допусков - это стремление лабораторий по испытаниям генерировать импульс, эквивалентный номинальному импульсу, т.е. основному импульсу в пределах допусков, указанных на рис.1, 2, 3 настоящего стандарта. Таким образом поддерживается воспроизводимость испытания.

Другая цель задания изменения скорости связана со спектрами ударов (см. разд.В3).

А7. Выдержка (п.8.1)

Одним из основных требований испытания является воздействие трех ударов в каждом из шести направлений. Когда нет необходимости проводить испытание в шести направлениях, например, вследствие симметрии образца, или когда точно известно, что направление воздействия ударов меньше, в соответствующей НТД может быть указано другое количество направлений воздействия, но количество ударов в каждом направлении не должно быть изменено. При этом необходимо учесть такие факторы, как количество имеющихся образцов для испытания, их сложность, стоимость и ориентацию изделия при эксплуатации.

Так как целью испытания не является разрушение образцов, то в том случае когда имеется в наличии достаточное количество образцов, они могут быть ориентированы таким образом, чтобы требования соответствующей НТД в отношении направлений воздействия ударов по осям образца могли быть выполнены посредством воздействия трех ударов только в одном направлении.

В зависимости от количества однотипных образцов и средств крепления (особенно типа "элемент") образцы могут быть ориентированы таким образом, что требования соответствующей НТД будут выполнены при минимальном количестве воздействующих ударов. Например, если имеется 6 образцов, то при креплении они могут быть сориентированы по 6 различным направлениям, так чтобы требования соответствующей НТД были выполнены воздействием ударов только в одном направлении. Если же имеются от 3 до 5 образцов, то удары необходимо приложить к закрепленным образцам в двух направлениях. Подобным образом для двух образцов потребуется 3 направления воздействия удара, а для единичного образца - все 6 направлений воздействия.

В случае, когда имеется только один образец, должно быть приложено 18 ударов, однако испытание при этом примет несколько непредставительный характер. Важно, чтобы разработчик соответствующей НТД тщательно продумал это положение.

ПРИЛОЖЕНИЕ В Рекомендуемое. УДАРНЫЙ СПЕКТР И ДРУГИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОРМ ИМПУЛЬСА

Введение

Для использования современных технических средств при испытании на удар и обеспечения возможности дальнейшего усовершенствования ударных установок испытание Еа устанавливает одну из трех возможных форм ударного импульса (с установленной степенью жесткости), который воздействует на образец через его точки крепления и не связывает испытание с конкретными типами ударных установок. Выбор формы импульса и степени жесткости должен осуществляться с учетом конструкции образца.

Все методы можно считать приемлемыми с точки зрения воспроизводимости определенных условий испытания и для имитации реальных ударных воздействий. Для обеспечения испытаний на воздействие удара, которые будут воспроизводимы и практически достоверны, необходимо при создании методики испытания на воздействие удара принять во внимание основные понятия, которые приводятся ниже.

В1. Понятие об ударном спектре

Ударные спектры ускорения различных форм ударных импульсов рассматриваются при разработке методики испытания на удар, так как они дают во многих практических случаях полную информацию о потенциальном повреждении, которое может возникнуть при испытании на удар.

Ударный спектр ускорения можно рассматривать как максимальный отклик ускорения на данное ударное возбуждение упругих недемпфированных систем со сосредоточенными массами в виде функции собственных частот этих систем. Максимальное ускорение колебательных систем определяет в большинстве случаев максимальное механическое напряжение в точках крепления и максимальное относительное смещение их упругих элементов.

Допустим, что корпус, изображенный на рис.8, подвергается ударному воздействию с определенной формой импульса, т.е. зависимостью ускорения от времени  , где   - смещение относительно фиксированной системы координат. Откликом системы является колебание с различным нарастанием ускорения во времени для масс   в зависимости от их резонансных частот (  и т.д.).

На рис.9а в качестве примера воздействующего импульса представлен импульс с величиной пикового ускорения   и длительностью  , а на рис.9б представлены соответствующие отклики по ускорению   и т.д. для резонансных частот.