汽车零部件检测实验室

GJB150-1986与GJB150A-2009的差异与试验应用分析

 

GJB150-1986GJB150A-2009差异试验应用分析

  • 军用装备的环境试验作为其设计的重要组成部分,主要依据GJB150。2009年推出的GJB150A作为替代标准,从性质和内容上都有所区别。主要对这两个标准进行较为详细的分析,重点研究对项目研制需要的温度、振动、加速度三种实验室环境方法的分析和应用。
  • 环境试验主要用于型号研制及产品的生产阶段。实验室环境试验是装备环境工程工作的重要组成部分,是装备研制生产过程中提高环境适应性和验证装备环境适应性是否满足规定要求不可缺少的手段。它与产品研制和生产过程的关系最为密切,目前国内普遍适用的环境试验方法的依据是gjb150和gjb150a。
  •  
  • 1     标准现状
  • 1986年发布的国军标gjb150《军用设备环境试验方法》是我国军用装备最常用、范围最广的环境试验标准,也是装备环境适应性设计与考核依据的重要标准。2009年我国发布了gjb150a《军用装备实验室环境试验方法》的标准,作为gjb150 的替代标准。许多工程环境中心和应用单位都逐渐开始研究gjb150a中的试验方法。但是,针对2009年之前已经开展目前尚未结束的装备研制,或是依据gjb150的试验方法定型的装备试验平台,还再继续沿用gjb150标准,因此,目前存在着不同装备研制开展环境试验的依据gjb150gjb150a 两种标准均使用的状态。
  • 例如:现阶段在研的某系统产品中由于总体单位的试验平台及其配套装备在2009年之前已经定型,其环境试验以GJB150 为依据。基于总体要求,其配套的分系统研制也采GJB150 作为环境试验的依据。但在2009 之后研制的新品,采用GJB150A取代GJB150作为环境试验依据是必然的,也是今后环境试验技术发展的趋势。因此这就对工程设计人员在选择合理的环境试验方法,编制相关环境应力的试验方案方面提出了更高的要求,需要详细了解比对这两个标准的内容,对军用设备典型的、常用的环境试验方法进行应用研究。同时,在GJB150和GJB150A 共存的阶段,二者在环境试验方法和应用上的区别,这是军方重点关注并需要承制方解决的问题,也是我所某系统工程研制阶段需要设计师回答的关键问题之一。
  • 2     引用标准与裁剪标准定义及目的
  • 从两个标准的编制来看,GJB150与GJB150A都是从美国军标准参照或等效而来的。GJB150主要以美军标MIL-STD-810C为基础,GJB150A是基本等效MIL-STD-810F中相应部分。美国军标MIL-STD-810C是一个单纯的环境试验标准,内容包括环境试验条件、对试验设备的要求和具体的试验方法等。从美军标MIL-STD-810D版开始,美军提出了标准的剪裁原理,这就使得环境试验技术发生了质的飞跃,有效提高了环境适应性和可靠性。从标准的性质上看,GJB150是一个菜单式的标准,属于引用(选用)标准,而GJB150A是一个剪裁标准。通过MIL-STD-810的更新可以看出,美军的军用标准已经从引用性质的标准向剪裁标准的趋势发展。两者最大的区别或者说是剪裁标准的优势在于什么?这也是比较研究上述两个标准首先需要从形式上明确回答的内容。
  • 根据GJB/Z69-1994军用标准的选用和剪裁导则中对选用的定义则是:“从现行有效的标准中选择适用于特定产品研制、生产的标准,并在有关文件中加以规定的过程。”这里的选用实际上就是引用的意思。对剪裁的定义描述:“对选用的标准的每一项要求进行分析、评估和权衡,确定其对特定产品的适用程度,必要时对其进行删除、修改和补充,并通过有关文件,提出适合特定产品最低要求的过程。”由定义可以理解:作为剪裁标准,GJB150A具有很大的灵活性,使用得当,可以避免简单套用GJB150菜单式标准所带来的过设计、过试验或欠设计、欠试验问题,可以最大限度地保持标准的灵活性,降低研制的费用和研制周期。这也是剪裁标准的目的。而相对GJB150来说,实际上可以看成是半成品套用性质,对部分主要的环境试验方法规定了详细的试验条件和试验程序,如果按照GJB150来开展相关的环境试验就应该按照引用的试验条件范围选用合适的条件来进行。为了兼顾大部分军用设备的环境试验要求,存在试验条件范围定义较宽、强度较大,因此易产生过试验的问题。同时,也存在着对某种特殊产品,未将其全部的应力范围都包括,造成欠试验问题。GJB150A作为一种剪裁标准,不再规定环境试验的详细试验条件和具体量值,而是提供剪裁指南供设计人员根据产品的实际环境情况进行剪裁设计。例如:在 GJB150.2A低气压(高度)试验的内容编排中,直接将GJB150.2中的“试验条件”项去掉,替换为“剪裁指南”。具体内容也由贮存试验、工作试验、快速减压试验等具体的“气压/高度”试验量值改为“选择试验方法”。
  • 3     主要内容分析
  • 从主要内容对比GJB150和GJB150A两个标准,GJB150有制定了19项试验目,GJB15A删除了2项,并增加了酸性大气试验等试验项目,达到了27项试验项目。GJB150A与GJB150 在试验项目的具体比较见表1。
  • 1试验项目比较

  • 从每个试验项目的内容编排上分析,除了上述将具体的试验条件改为裁剪指南外,还增加了对数据处理的 “结果分析”章节,更注重了在环境试验数据基础上对产品环境适应性的理论分析和评价。对比具体的试验内容,例如:加速度试验在GJB150中主要考察性能试验和结构试验; 而在GJB150A中,除了性能、结构试验外,还增加了坠撞安全试验,用来验证装备在坠撞加速度作用下不会破裂或不从固定支架上脱落。从应用范围来看,加速度试验适用于安装在飞机、直升机、载人航天器、飞机外挂物和地面发射导弹上的装备,因此,增加坠撞环境试验项目是合理的。又以振动试验为例,振动对产品的影响,不仅与振动量级的大小,而且与振动的频谱密切相关。随着安装位置的结构动态特性不同,即使是空间距离很近的两部分所受到的振动量级和频谱都有可能大不相同。因此如完全按标准中的试验谱形和量值进行试验,有的结构部位可能会出现欠试验的现象,有的结构部位可能会出现过试验的现象,也有的试验条件与实际环境相差甚远。合理的试验方法是根据实测数据,根据产品的结构支撑连接特点,计算实际的传递函数,参考标准,确定真实的振动量级。在GJB150和GJB150A中有不同的环境分类,如:制造/维修、运输、工作等。在振动环境中,GJB150A中的环境分类由GJB150中的10类增加到25类,并在试验控制、试验方法、试验公式计算等方面都有较大的更改。
  • 4     基于不同标准的试验方法应用分析
  • GJB150和GJB150A 两种标准中规定的试验方法,尤其是对试验程序的规定有许多不同之处,本文以温度冲击试验为例说明。
  • 温度冲击试验是一项许多产品必须要求开展的重要环境试验,其目的在于确定产品(或装备)在经受周围大气温度急剧变化(即温度冲击)时,是否产生物理损坏或性能下降。对于电子产品,在选择电子元器件时就要求进行环境应力筛选,其中就包括对温度冲击应力的适应能力考核;对机械产品,多种温度膨胀系数差别较大的材料结合在一起,在温度冲击的应力环境下,材料结合部位变化剧烈甚至发生断裂等情况。以GJB150和GJB150A两种标准为依据,温度冲击试验程序的比较见表2。高温循环冲击过程曲线见图1、图2。
  • 2温度冲击试验程序比较
  • 通过试验程序的比较,可以看出采用GJB150.5-86在试验程序选择、极值温度的确定等存在一些不足:

  • 1)在试验程序的选择上,GJB150.5A 对规定的程序 I 和程序II 可以根据产品的实际情况选做,而不是必须要做。
  • 2)极值温度的确定:在GJB150.5中把恒定温度极值定在70℃和-55℃是否合理?如果产品的实际使用温度范围较小,对温度变化较为敏感的材料或设备是否存在过试验的问题。
  • 3)温度调节过程:在GJB150.5中对温度的改变方式采用的是将试件更换至温度已经事先调节好的试验箱,GJB150.5A要求以一定的速率将已放至试件的温度箱内空气温度调节至要求值。可以看出,后者的温度调节方法是更符合环境温度变化的实际情况。高温冲击循环过程的图1、图2表明,在两种标准下,冲击温度改变的过程情况。
  • 1  GJB150A 高温循环冲击过程
  • 2 GJB150  高温循环冲击过程
  • 4)温度保持时间:GJB150.5 对保持 1h 或温度稳定,以时间长者为准;但对于某些产品,在极值的气候条件下,需方更关注的是产品在被“冻透”或“热透”的情况下能否再次正常工作的情况,因此,恒定温度的保持时间应该根据产品的特点或需方的要求来设定,而不是简单的套用标准。
  • 此外,还存在温度冲击循环次数要求、循环按照日循环部分等的不同要求。综上,从标准性质的转变和内容的比对,可以看出GJB150A对工程设计人员的要求更高了,这也是因为使用剪裁标准需要有系统完整的基本数据,特别是平台环境的实测数据,更需要一批有经验的环境工程专家或专业人员去进行合理的环境剪裁工作。因此,相比JB150,GJB150A与产品的实际应用环境结合的更紧密,更科学,也更进一步要求工程设计人员充分地了解产品的材料、环境剖面应力等特点。
  • 5     结束语
  • 无论采用哪种标准作为环境试验方法的依据,都应以产品的实测数据为环境试验基础,对使用gjb150为依据的环境试验项目。不应只是简单地套用标准,而使用GJB150A为依据的环境试验项目则需要更多的裁剪技术,也需要进一步提高工程设计人员对产品设计评价能力,同时在GJB150A中试验数据的分析处理也作为试验方法的一个重点,要求设计人员在试验的基础上结合理论分析,才能更好地评价产品的环境适应能力,避免过试验和欠试验。