汽車零部件檢測實驗室

GJB150-1986與GJB150A-2009的差異與試驗應用分析

 

GJB150-1986GJB150A-2009差異試驗應用分析

  • 軍用裝備的環境試驗作為其設計的重要組成部分,主要依據GJB150。2009年推出的GJB150A作為替代標準,從性質和內容上都有所區別。主要對這兩個標準進行較為詳細的分析,重點研究對項目研制需要的溫度、振動、加速度三種實驗室環境方法的分析和應用。
  • 環境試驗主要用于型號研制及產品的生產階段。實驗室環境試驗是裝備環境工程工作的重要組成部分,是裝備研制生產過程中提高環境適應性和驗證裝備環境適應性是否滿足規定要求不可缺少的手段。它與產品研制和生產過程的關系最為密切,目前國內普遍適用的環境試驗方法的依據是gjb150和gjb150a。
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  • 1     標準現狀
  • 1986年發布的國軍標gjb150《軍用設備環境試驗方法》是我國軍用裝備最常用、范圍最廣的環境試驗標準,也是裝備環境適應性設計與考核依據的重要標準。2009年我國發布了gjb150a《軍用裝備實驗室環境試驗方法》的標準,作為gjb150 的替代標準。許多工程環境中心和應用單位都逐漸開始研究gjb150a中的試驗方法。但是,針對2009年之前已經開展目前尚未結束的裝備研制,或是依據gjb150的試驗方法定型的裝備試驗平臺,還再繼續沿用gjb150標準,因此,目前存在著不同裝備研制開展環境試驗的依據gjb150gjb150a 兩種標準均使用的狀態。
  • 例如:現階段在研的某系統產品中由于總體單位的試驗平臺及其配套裝備在2009年之前已經定型,其環境試驗以GJB150 為依據?;诳傮w要求,其配套的分系統研制也采GJB150 作為環境試驗的依據。但在2009 之后研制的新品,采用GJB150A取代GJB150作為環境試驗依據是必然的,也是今后環境試驗技術發展的趨勢。因此這就對工程設計人員在選擇合理的環境試驗方法,編制相關環境應力的試驗方案方面提出了更高的要求,需要詳細了解比對這兩個標準的內容,對軍用設備典型的、常用的環境試驗方法進行應用研究。同時,在GJB150和GJB150A 共存的階段,二者在環境試驗方法和應用上的區別,這是軍方重點關注并需要承制方解決的問題,也是我所某系統工程研制階段需要設計師回答的關鍵問題之一。
  • 2     引用標準與裁剪標準定義及目的
  • 從兩個標準的編制來看,GJB150與GJB150A都是從美國軍標準參照或等效而來的。GJB150主要以美軍標MIL-STD-810C為基礎,GJB150A是基本等效MIL-STD-810F中相應部分。美國軍標MIL-STD-810C是一個單純的環境試驗標準,內容包括環境試驗條件、對試驗設備的要求和具體的試驗方法等。從美軍標MIL-STD-810D版開始,美軍提出了標準的剪裁原理,這就使得環境試驗技術發生了質的飛躍,有效提高了環境適應性和可靠性。從標準的性質上看,GJB150是一個菜單式的標準,屬于引用(選用)標準,而GJB150A是一個剪裁標準。通過MIL-STD-810的更新可以看出,美軍的軍用標準已經從引用性質的標準向剪裁標準的趨勢發展。兩者最大的區別或者說是剪裁標準的優勢在于什么?這也是比較研究上述兩個標準首先需要從形式上明確回答的內容。
  • 根據GJB/Z69-1994軍用標準的選用和剪裁導則中對選用的定義則是:“從現行有效的標準中選擇適用于特定產品研制、生產的標準,并在有關文件中加以規定的過程?!边@里的選用實際上就是引用的意思。對剪裁的定義描述:“對選用的標準的每一項要求進行分析、評估和權衡,確定其對特定產品的適用程度,必要時對其進行刪除、修改和補充,并通過有關文件,提出適合特定產品最低要求的過程?!庇啥x可以理解:作為剪裁標準,GJB150A具有很大的靈活性,使用得當,可以避免簡單套用GJB150菜單式標準所帶來的過設計、過試驗或欠設計、欠試驗問題,可以最大限度地保持標準的靈活性,降低研制的費用和研制周期。這也是剪裁標準的目的。而相對GJB150來說,實際上可以看成是半成品套用性質,對部分主要的環境試驗方法規定了詳細的試驗條件和試驗程序,如果按照GJB150來開展相關的環境試驗就應該按照引用的試驗條件范圍選用合適的條件來進行。為了兼顧大部分軍用設備的環境試驗要求,存在試驗條件范圍定義較寬、強度較大,因此易產生過試驗的問題。同時,也存在著對某種特殊產品,未將其全部的應力范圍都包括,造成欠試驗問題。GJB150A作為一種剪裁標準,不再規定環境試驗的詳細試驗條件和具體量值,而是提供剪裁指南供設計人員根據產品的實際環境情況進行剪裁設計。例如:在 GJB150.2A低氣壓(高度)試驗的內容編排中,直接將GJB150.2中的“試驗條件”項去掉,替換為“剪裁指南”。具體內容也由貯存試驗、工作試驗、快速減壓試驗等具體的“氣壓/高度”試驗量值改為“選擇試驗方法”。
  • 3     主要內容分析
  • 從主要內容對比GJB150和GJB150A兩個標準,GJB150有制定了19項試驗目,GJB15A刪除了2項,并增加了酸性大氣試驗等試驗項目,達到了27項試驗項目。GJB150A與GJB150 在試驗項目的具體比較見表1。
  • 1試驗項目比較

  • 從每個試驗項目的內容編排上分析,除了上述將具體的試驗條件改為裁剪指南外,還增加了對數據處理的 “結果分析”章節,更注重了在環境試驗數據基礎上對產品環境適應性的理論分析和評價。對比具體的試驗內容,例如:加速度試驗在GJB150中主要考察性能試驗和結構試驗; 而在GJB150A中,除了性能、結構試驗外,還增加了墜撞安全試驗,用來驗證裝備在墜撞加速度作用下不會破裂或不從固定支架上脫落。從應用范圍來看,加速度試驗適用于安裝在飛機、直升機、載人航天器、飛機外掛物和地面發射導彈上的裝備,因此,增加墜撞環境試驗項目是合理的。又以振動試驗為例,振動對產品的影響,不僅與振動量級的大小,而且與振動的頻譜密切相關。隨著安裝位置的結構動態特性不同,即使是空間距離很近的兩部分所受到的振動量級和頻譜都有可能大不相同。因此如完全按標準中的試驗譜形和量值進行試驗,有的結構部位可能會出現欠試驗的現象,有的結構部位可能會出現過試驗的現象,也有的試驗條件與實際環境相差甚遠。合理的試驗方法是根據實測數據,根據產品的結構支撐連接特點,計算實際的傳遞函數,參考標準,確定真實的振動量級。在GJB150和GJB150A中有不同的環境分類,如:制造/維修、運輸、工作等。在振動環境中,GJB150A中的環境分類由GJB150中的10類增加到25類,并在試驗控制、試驗方法、試驗公式計算等方面都有較大的更改。
  • 4     基于不同標準的試驗方法應用分析
  • GJB150和GJB150A 兩種標準中規定的試驗方法,尤其是對試驗程序的規定有許多不同之處,本文以溫度沖擊試驗為例說明。
  • 溫度沖擊試驗是一項許多產品必須要求開展的重要環境試驗,其目的在于確定產品(或裝備)在經受周圍大氣溫度急劇變化(即溫度沖擊)時,是否產生物理損壞或性能下降。對于電子產品,在選擇電子元器件時就要求進行環境應力篩選,其中就包括對溫度沖擊應力的適應能力考核;對機械產品,多種溫度膨脹系數差別較大的材料結合在一起,在溫度沖擊的應力環境下,材料結合部位變化劇烈甚至發生斷裂等情況。以GJB150和GJB150A兩種標準為依據,溫度沖擊試驗程序的比較見表2。高溫循環沖擊過程曲線見圖1、圖2。
  • 2溫度沖擊試驗程序比較
  • 通過試驗程序的比較,可以看出采用GJB150.5-86在試驗程序選擇、極值溫度的確定等存在一些不足:

  • 1)在試驗程序的選擇上,GJB150.5A 對規定的程序 I 和程序II 可以根據產品的實際情況選做,而不是必須要做。
  • 2)極值溫度的確定:在GJB150.5中把恒定溫度極值定在70℃和-55℃是否合理?如果產品的實際使用溫度范圍較小,對溫度變化較為敏感的材料或設備是否存在過試驗的問題。
  • 3)溫度調節過程:在GJB150.5中對溫度的改變方式采用的是將試件更換至溫度已經事先調節好的試驗箱,GJB150.5A要求以一定的速率將已放至試件的溫度箱內空氣溫度調節至要求值??梢钥闯?,后者的溫度調節方法是更符合環境溫度變化的實際情況。高溫沖擊循環過程的圖1、圖2表明,在兩種標準下,沖擊溫度改變的過程情況。
  • 1  GJB150A 高溫循環沖擊過程
  • 2 GJB150  高溫循環沖擊過程
  • 4)溫度保持時間:GJB150.5 對保持 1h 或溫度穩定,以時間長者為準;但對于某些產品,在極值的氣候條件下,需方更關注的是產品在被“凍透”或“熱透”的情況下能否再次正常工作的情況,因此,恒定溫度的保持時間應該根據產品的特點或需方的要求來設定,而不是簡單的套用標準。
  • 此外,還存在溫度沖擊循環次數要求、循環按照日循環部分等的不同要求。綜上,從標準性質的轉變和內容的比對,可以看出GJB150A對工程設計人員的要求更高了,這也是因為使用剪裁標準需要有系統完整的基本數據,特別是平臺環境的實測數據,更需要一批有經驗的環境工程專家或專業人員去進行合理的環境剪裁工作。因此,相比JB150,GJB150A與產品的實際應用環境結合的更緊密,更科學,也更進一步要求工程設計人員充分地了解產品的材料、環境剖面應力等特點。
  • 5     結束語
  • 無論采用哪種標準作為環境試驗方法的依據,都應以產品的實測數據為環境試驗基礎,對使用gjb150為依據的環境試驗項目。不應只是簡單地套用標準,而使用GJB150A為依據的環境試驗項目則需要更多的裁剪技術,也需要進一步提高工程設計人員對產品設計評價能力,同時在GJB150A中試驗數據的分析處理也作為試驗方法的一個重點,要求設計人員在試驗的基礎上結合理論分析,才能更好地評價產品的環境適應能力,避免過試驗和欠試驗。