GJB150A振动试验改进介绍

浅谈GJB150A振动试验部分的几点改进朱耀航天科工防御技术研究试验中心（航天二院201所）一、引言从1986年GJB150（参考MIL-STD-810Ｃ）发布到2009年GJB150A（主要参考MIL-STD-810Ｆ，部分参考MIL-STD-810Ｇ）的发布，中间间隔了13年的时间（在这段时间里美军标MIL-STD-810更新了C、D、E、F、G共５个版本），由于时间跨度较大，两版国军标也存在较大区别，同时由于新军标推出时间较短，因此也有必要对GJB150A的改进做一个简单的介绍。二、GJB150A总结改进简述整体上GJB150A相对于GJB150最大的变化就是结构形式（或编排方式）发生了变化。刚开始制定GJB150时是参考美军标MIL-STD-810C进行的，因此GJB150最初也是一个单纯的环境试验标准，主要内容就是对环境试验条件、试验设备和具体的试验方法做出规定和限制。从810D开始，810标准便逐渐转变为裁减标准，由于GJB150A主要是参考810F制定的，因此与150相比，150A不再对具体试验方法进行规定，而是给出一个总的裁减标准，把不同的环境条件都放进了附录。具体表现就是不再提供具体的试验条件和试验项目顺序，而是提供一个如何进行试验的技术指导同时利用附录提供了一些基本数据和参考方法，与150标准相比，150A不能直接引用，试验的开展具有更大的灵活性，因而对相关人员提出了更高的要求。关于GJB150A的总体改动在此不作详述，想深入了解的可以参考祝耀昌等人的文章[1]。在此，主要对GJB150.16A（振动试验）的改进进行说明，由于标准中振动试验部分本身内容过多，在此仅对GJB150.16A中改动较大的两个地方进行说明。三、振动试验控制振动试验一般是指在实验室条件下产生一个可以人为控制的振动环境以模拟被试产品在实际使用过程中所经历的振动环境。显然，振动试验的有效性取决于实验室条件下产生的振动环境与实际振动环境的相似程度，因此就必须对振动试验进行一定的控制以保证其有效性。振动试验中对试验造成影响的人为控制主要有以下三个方面：试验条件设置、试件的安装、控制方案。（1）试验条件设置GJB150.16中专门有设置实验条件这一节，对各种环境下的试验条件都做出了明确的规定；而在150.16A中改成了裁减指南一节，列出了环境造成的各种效应，使用者可以根据产品的特性，分析该环境对其可能造成的影响，进而选择试验程序。同时在该节中还对各个试验程序的特点和适用对象作了说明，并提供了选择试验顺序考虑因素，为裁减提供指导。另外，在150.16A中特别指出了应根据产品寿命周期环境剖面和实测数据自行确定试验条件，对于原来150.16标准正文中给出的规定试验条件则被作为基本参考数据和技术指导放在了附录里面。（2）试件的安装在GJB150.16里面，关于试件的安装是作为试验实施过程中的一个步骤，而且说的过于简单，仅仅提到要按照产品实际使用状态安装，由于实验室条件限制，这样的要求基本无法实现，在实际试验操作过程中往往就对产品的安装要求忽略了。在实验室振动试验时，试件一般通过适当的试验夹具安装在振动台上，通过振动台与夹具的组合来模拟实际使用过程中试件安装平台的振动环境[2]。因此要保证振动试验模拟的准确性，试件的安装就必须满足一定的要求。在GJB150.16A中就明确的提出夹具的选择和试件的安装必须考虑到结构之间的动态耦合效应和阻抗匹配问题（3.3.2节）；并且在5.1中还提出了要对夹具和装备进行模态测试；另外还把试件的安装和调试单独列作6.4节，说明在150.16A里面更加重视安装对试验结果的影响。另外，在GJB150.16A中试件的安装是属于试验准备的一部分，而在GJB.16中试件的安装是在初始检测后进行，属于试验过程的一部分，从试验精确性和严谨性来说，16A的方法显然更科学。（3）控制方案控制方法主要指控制点选择（即控制传感器粘贴位置）和量级控制方法，由于夹具以及夹具与试件连接并不是理想刚性的，因此不同的控制方法会导致振动试验时试件上承受的振动量级相差很大。然而在GJB150.16基本没有提及控制方法，这就导致试验时试验结果与试验人员操作密切相关，无法保证振动试验的有效性。在GJB150.16A中6.2节专门列出了试验控制的要求，并且给出了几种通用的控制方法以供参考和裁减。一般情况下，振动控制点都是选择在试件与试验夹具连接的界面上，理想状态下夹具和试件都可以当做刚体处理，此时试件上的振动响应与控制点的输入响应一致；然而当试件尺寸和重量较大，或者夹具的刚性不够好时，由于试件与夹具、振动台之间的动态耦合作用，使得振动控制点上的响应与试件上的响应不一致，特别是在系统的共振和反共振频率附近，往往会造成试件的过试验或欠试验。因此，为了在振动试验中使试件承受的量级尽量接近要求量级，需要采取适当的控制方案进行试验。四、试验记录与结果分析GJB150中未提及试验报告，也没有规定试验后的结果分析，导致长期以来我国的环境试验报告编写极不规范，内容十分简单，仅仅只是提供一个试验结论，缺乏有效的信息和数据，不仅可追溯性差，而且也无法评价试验的有效性。在GJB150.16A中设置了信息要求一节（第5节），信息要求包括了试验前、试验中和试验后的信息，除了GJB150.1A中要求的一般信息外，还给出了若干特殊信息供参考和裁减。相对于GJB150而言，信息记录包括了试验的各个环节，包括试验夹具、模态、安装方式、控制方案、加载情况、试件的动力响应等。结果分析是GJB150A的一大进步，对规范环境试验工作、提高环境试验水平和试验报告的质量具有重要作用。在GJB150.16A中，对结果分析提供了较为明确的指导。首先必须分析失效机理，除了通常的材料特性、失效形式以及裂纹初始位置外，再一次强调了共振频率、模态、阻尼以及动态应变分布；另外对于鉴定试验，也给出了明确的失效或试验通过的判据。五、结言以上只是对GJB150.16A中的两点重要改进作了一个粗略的介绍，总的来说，GJB150A作为剪裁标准，给技术人员提供了极大的灵活性，使用得当的话可以避免GJB150中简单套用标准所带来的过设计、过试验或欠设计、欠试验的问题，同时也对技术人员提出了更高的要求。相对于GJB150.16，GJB150.16A通篇强调的两点核心问题就是：1、以实测数据优先作为试验依据；2、必须考虑结构的动态耦合以及模态。另外，150A对试验操作（试件安装、传感器粘贴等）、试验信息记录和试验报告编写提出了更高的要求，对于试验人员而言也要求他们的操作更加准确、精细。因此，必须加强相关人员的培训，以更好的贯彻GJB150A，从而提高我国环境试验的整体水平。参考文献[1]祝耀昌，王建刚，张建军；GJB150A与GJB150内容对比与分析”；航天器环境工程，第28卷第1期、第2期，2011年2月、4月[2]施荣明；国军标150A力学试验方法；2012年3月