王志偉　劉博　王立軍

摘要： 推導(dǎo)了運(yùn)輸包裝三軸隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)下產(chǎn)品上關(guān)注點(diǎn)的von Mises等效應(yīng)力與激勵(lì)加速度均方根值的關(guān)系，證明了關(guān)注點(diǎn)處材料應(yīng)力疲勞曲線（曲線）和運(yùn)輸包裝振動(dòng)疲勞曲線（曲線）的等價(jià)性;針對(duì)兩類(lèi)工程上常用的Basquin型（冪函數(shù)型）和指數(shù)函數(shù)型損傷和疲勞模型，給出了其曲線形式，得到了基于曲線的運(yùn)輸包裝加速隨機(jī)振動(dòng)時(shí)間壓縮比，并通過(guò)產(chǎn)品模型有限元算例驗(yàn)證了其正確性。由于加速度易于分析和測(cè)量，因此基于曲線的運(yùn)輸包裝加速隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)具有潛在的應(yīng)用價(jià)值和進(jìn)一步研究發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞： 隨機(jī)振動(dòng);?加速振動(dòng)試驗(yàn);?運(yùn)輸包裝;?振動(dòng)疲勞曲線

中圖分類(lèi)號(hào)： O324;?TH113.1 ???文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ???文章編號(hào)： 1004-4523（2022）02-0297-10

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2022.02.005

引??言

運(yùn)輸包裝的隨機(jī)振動(dòng)十分復(fù)雜，它與運(yùn)輸環(huán)境、運(yùn)輸工具及速度、產(chǎn)品和包裝以及裝載等情況有關(guān)。同時(shí)，由于產(chǎn)品及其組成部件和材料種類(lèi)繁多，運(yùn)輸包裝形式各異，振動(dòng)損傷規(guī)律表現(xiàn)各不相同，導(dǎo)致運(yùn)輸包裝在物流過(guò)程中呈現(xiàn)多種損傷和失效形式。為了評(píng)價(jià)產(chǎn)品運(yùn)輸包裝在物流振動(dòng)條件下的性能及其有效性與適度性，節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)和加速振動(dòng)試驗(yàn)成為實(shí)踐中必不可少的重要手段。

在結(jié)構(gòu)（產(chǎn)品）加速振動(dòng)試驗(yàn)方法研究方面，Allegri等采用von Mises等效應(yīng)力，得到了等效應(yīng)力功率譜與應(yīng)力功率譜的關(guān)系，研究了穩(wěn)態(tài)高斯隨機(jī)加速振動(dòng)試驗(yàn)，給出了試驗(yàn)時(shí)間壓縮的逆冪律模型，對(duì)指導(dǎo)加速振動(dòng)試驗(yàn)具有重要意義。程軍圣等、李奇志等對(duì)加速振動(dòng)試驗(yàn)和逆冪律模型進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。Jiang等利用帶切口的懸臂鋁梁試件，試驗(yàn)研究了不同參數(shù)高斯和非高斯隨機(jī)振動(dòng)輸入對(duì)試件壽命的影響，提出了在非高斯激勵(lì)下振動(dòng)疲勞的加速試驗(yàn)數(shù)學(xué)模型。張方等基于結(jié)構(gòu)疲勞壽命頻域分析的Bendat法和Dirlik法，建立了激勵(lì)譜量級(jí)、響應(yīng)應(yīng)力水平和疲勞壽命之間的關(guān)系，提出了基于頻域法的隨機(jī)振動(dòng)疲勞加速試驗(yàn)設(shè)計(jì)。Quang等采用共振追蹤法研究了電路板的加速振動(dòng)可靠性。需要指出的是：上述結(jié)構(gòu)（產(chǎn)品）的加速振動(dòng)試驗(yàn)研究工作均是在材料疲勞損傷符合Basquin冪函數(shù)模型的前提下進(jìn)行的。當(dāng)材料疲勞損傷不符合Basquin冪函數(shù)模型而符合其他疲勞損傷模型（如指數(shù)函數(shù)模型）時(shí)，用Allegri方法推出的試驗(yàn)時(shí)間壓縮表達(dá)式與von Mises等效應(yīng)力有關(guān)，難以指導(dǎo)加速振動(dòng)試驗(yàn)。

對(duì)于產(chǎn)品運(yùn)輸包裝，由于產(chǎn)品組成部件和包裝容器的多樣性，各組成材料和部件的疲勞損傷準(zhǔn)則會(huì)有很大不同，一般不再符合Basquin冪函數(shù)模型，整體上表現(xiàn)出：不同產(chǎn)品運(yùn)輸包裝具有不同的振動(dòng)損傷失效形式，同一產(chǎn)品運(yùn)輸包裝也呈現(xiàn)多種振動(dòng)損傷失效。所以，產(chǎn)品運(yùn)輸包裝的加速振動(dòng)試驗(yàn)研究顯得更為復(fù)雜，必須區(qū)分不同的振動(dòng)損傷失效形式。這里需要說(shuō)明：產(chǎn)品運(yùn)輸包裝振動(dòng)損傷失效是從產(chǎn)品的商品意義上講的，指產(chǎn)品達(dá)到一定程度的損傷累積或某一功能失效，與一般意義上的材料和結(jié)構(gòu)疲勞失效有所不同。

針對(duì)產(chǎn)品運(yùn)輸包裝的特點(diǎn)，采用有限元和實(shí)驗(yàn)方法，研究了各類(lèi)運(yùn)輸包裝的隨機(jī)振動(dòng)動(dòng)力行為，建立了運(yùn)輸包裝的隨機(jī)振動(dòng)分析模型，提出了基于產(chǎn)品部件加速度功率譜（而不是基于損傷關(guān)注點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)）的運(yùn)輸包裝加速振動(dòng)試驗(yàn)方法，研究了瓦楞紙板、負(fù)載瓦楞紙箱和產(chǎn)品表面印刷磨損的振動(dòng)失效模式和規(guī)律。本文是上述工作的研究延續(xù)，進(jìn)一步研究運(yùn)輸包裝三軸隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)下產(chǎn)品上關(guān)注點(diǎn)的von Mises等效應(yīng)力與激勵(lì)加速度均方根值之間的關(guān)系，研究關(guān)注點(diǎn)處材料應(yīng)力疲勞曲線（曲線）與運(yùn)輸包裝振動(dòng)疲勞曲線（曲線）的等價(jià)性，針對(duì)工程上常用的損傷和疲勞模型，研究基于曲線的運(yùn)輸包裝加速隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)，并通過(guò)產(chǎn)品模型有限元算例進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證。