TW409182B - Method to specify random vibration tests for product durability validation - Google Patents

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409182 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明係有關一汽車組成產品之操作耐久性確認的一 方法，它以基於應用物理失敗（physics-of-failure)和損害 相關性的原則於加速的實驗室隨機振動試驗》 在汽車工業中，由於低設備值和方便，經常採用正弦 曲線的振動試驗》然而，更需要的是隨機振動試驗，因為 在真正操作情況中，施加於汽車組成之振動負載包括對應 於數種不同的現場駕駛路線有數種隨機過程之組合。因此 ，在實驗室中進行一隨機振動試驗更能模擬現場負載的條 件。現在已可能用隨機振動試驗作產品確認方法，由於已 有可用之隨機振動試驗儀器和設備。 然而，也希望藉在某些狀況中提升隨機振動輪廓來加 速試驗時間。最新的加速試驗方法是基衿一負載分析研究 ，它能估算輸入負載，但不考慮小振^'負柬，不管頻率為 何。此研究可能導致顯著的誤差，因為產品之失敗在於應 力驅使現象而非負載驅使。小振幅負載可能誘發大應力。 更正確的加速試驗方法論必須包括產品的應力回應和材料 損壞性能之考量。用物理失敗的研究最能實現此結合。 經濟部中央搮準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之一目標是發展一試驗方法論來測定隨機振動 試驗方法論，它基於物理失敗和損壞相當的技術，使得在 實驗室試驗中產生的振動損壞能相當於在現場中因隨機振 動而誘發的損壞。基於現場隨機攝動輪廓和所希望的產品 壽命目標，可以界定在實驗室/聰境f，包括振動程度和試 驗時間的一相當的隨機振動試驗。若一產品能通過此實驗 室試驗輪廓，在所預期的壽命時間内也能通過現場試驗。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )厶4说格（210Χ297公釐） 409182 A7 B7 五、發明説明（2 本發明的敘述一方法，用來測定一產品對加速的實驗 室正弦曲線振動試驗的試驗輪廓，包括步驟為： (i) 選擇用於加速實驗室試驗中之頻率範圍， (ϋ) 發展一簡化的組成物能量譜密度函數PSDj⑴， 包括分級係數，在預期的現場振動程度中隨機振動負載之 PSD的代表， (iii) 藉使用分級係數發展適宜的PSDT(f)之輪廓，在 產品上產生對應於PSDj(f)函數之試驗加速力， (iv) 對從輸入加速力至局部振動應力的傳導函數之 產品代表，計算應力回應曲線H(f)， (v) 基於試驗儀器的能力和可用的試驗時間來選擇 試驗持續時間T，然後從下式計算增幅率： Μ /v vas^PSD If) H lf)<¥ 1 1 f 〇，*

AF r2/m msKpSD ,·(/) H2(f)^f I, .—^------裝一------訂------泉 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 (vi)基於所選擇的試驗持績時間和增幅率，再計算 試驗的加速PSD輪廓，PSDT(f)的試驗： \axAFPSDP 5Hz<f<2QHz PSDT(f) = \ ^ pSD 2〇(y - \)Hz </< 20(J)Hz y = 2,3,.. .10 (vii)用所選擇的PSD函數來試驗產品，在所有試驗 的T小時間沒有觀察到產品試驗失敗來確認所需的操作壽 本紙浪尺度適用中國國家標準{ CNS ) A4規格（210X297公釐） -6- 409182 經濟部中央揉準局負工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（3 ) 命。 (viii)若被試驗的產品包含數種不同類型的材料，在 預期的材料中（具材料性能in)，在T小時前一旦發生失敗 ，就需要改變設計或改良其製造。若在非預料的材料中（ 具不同的材料性能m’），在試驗持續時間T小時前若發生 失敗，用舆失敗相關的材料之新性能m’來重新計算所需 要的試驗持讀時間Τ’。然後以新計算的加速持續時間Τ’來 試驗產品。 從對所記述的和附圖之研究，本發明的其它目的、特 點和優點將更為清楚，其中： 第1圖闡照從現場測量的數據作PSD曲線之一例； 第2圖闡照從現場測量的數據作PSD曲線推衍的組成 物PSD曲線之一例； 第3圖闡照PSD形狀或輪廓的一例，用來測定加速的 實驗室試驗； 第4圖闡照應力-頻率對應曲線之一例，在臨界點有單 位加速度； 第5圖是測量電子組成物引線的材料損壞性能之作圖 第6圏闡照對選擇的試驗持續時間τ的實驗室隨機振 動程度之一例； 第7圖闞照一電腦和執行依照本發明試驗方法的試驗 想系的一示意框圖； 第8圖是依照本發明的電腦程式之一流程圖β 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 409182 A7 B7 五、發明説明（4 ) 在現場中損害之估糞 根據Miner’s規則：

D

ra: f,( ^ a),,, Jfl A y(

n,(SJ N,(SJ ⑴ 能估算在隨機振動下的疲勞損壞，其中n(SA)應力振幅程 度為SAK施加的週期數，在N(SA)是在所施加的應力為SA 時失敗的平均周期數。通常，SA和N(SA)之間的關係是稱 為S-N曲線，由下式表之： N =- C S7 (2) 其中C和m是對給定溫度、平均應力、和表面狀況的一材 料性能。 假設在對應於一靜止的Gaussian過程或分佈的一模擬 路試輪廓_各路表面所產生的隨機振動，對所有現場路線 的總累計損壞能由下列等式來計算： H*. ΐ ^^^1 n n^i 1*^in m· ^^^1 ^^^1 ^^^1 In “ .¾ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

Of ~ Σ, Dt 經濟？央標準局貝工消費合作社印製 3600 M, f0t (41 )m Γ(^-^Ι) Σ,-JTTTC-'—~ (^Ζρ^(ί)Η2φά/}ΐ (3) 其中PSDgj(f)是現場輸入加速度的能量譜密度（PSD)函數 ’ Μ;是對第i個路表面的操作哩數；vi是對測量能量譜密 度(PSD)的駕駛速度(MPH) ; Γ(.)是迦瑪函數，1;是帶寬的 修正因子；而f〇ii是平均頻率。H(f)是應力回應函數，它是 從輸入加速度到局部應力的傳播率’它可藉使用電腦輔助 的工程（CAE)工具從動態應力分析而得；和fmin*fmax是施 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Dt 409182 A7 B7 五、發明説明（ 加頻率之下界和上界。界限之決定是使在界限外的PSDg⑺ 值小於峰值之0,00卜第1圖顯示在真正現場試驗對測得的 PSD曲線之一例。 在實驗至中正弦曲線試驗所引發的損壞之估箅 在實驗室試驗中，可用以下式子來估算總累計損壞： 3600 1/^ φ)η

Λ, C 其中Τ是總試驗時間，單位為小時；ρ (·)是迦瑪函數，h 是對帶寬的修正因子，而f0i在等式5(?)中，是平均頻率， 而fmin和fmax是施加頻率之下界和上界。pSDT(f)是當實驗 室試驗時加於產品的能量譜密度（PSD)函數e H(f)是應力 回應函數，它是從輸入加速度至局部應力的傳導率，可藉 使用CAE工具’從動態應力分析而得。 損壞的相當拮術 以前解釋的近似法使發展出一實驗室試驗方法論，它 有一定規的試驗持續時間，使得在實驗室試驗中以一定規 的持續試驗時間所產生的損壞與在現場以產品的預期壽命 之期間所產生的損壞相同。即 DF(壽命)=Df(試驗持續時間） （5) 因此，從等式（3)和（4)，若已特定一適當的試驗持績時間 ，就能計算所需的實驗室試驗程度，或可計算所需的試驗 持續時間若特定了適當的試驗程度。在一級近似法中，忽 略對帶寬li的修正因子之效應和中央頻率i之效應，實驗 ^^1. 11-- m ί ί - - - --J 1 i mi ^^^1 n - ^ 、T (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 f 一 一 409182 A7 B7 五、發明説明（6 ) 室試驗持續時間和施加的PSD程度之間的關係就成為： τ - Σ M' v' H2Wdffi -;--- ⑹ {\\:PSDT(f) H:(M p 等式（6)顯示所需的試驗時間T決定於材料的疲勞性能 和應力回應函數（能以有限之分析來測定）。對產品壽命之 要求反映在車輛在各路線上行駛的距離（哩數），Mi。 測定實驗室試驗之要求 為了將實驗室試驗和在現場中所觀察的隨機振動連繫 起來，耐久性試驗特性的特定方法可基於損壞相當技術， 它使用相場負載測量、應力回應和材料損壞性能作為輸入 變數。對應於典型現場環境和壽命目標的實驗室試驗要求 之測定包括測定涵蓋在試驗中的頻率範圍、實驗室試驗輪 廓的輪廓/形狀（或分級因素）、試驗持續時間、和實驗室 試驗PSD輪廓之程度。為測定這些參數，可以簡化在現場 中測量的典型PSD，並可計算產品的應力回應曲線。 理想的加速試驗方法之敘述 經濟部中央標準局男工消費合作社印裝 基於以上討論的假設和理論，對加速度產品耐久性確 認之測定振動試驗要求的方法能以下列步驟表之： (i) 選擇函篕在實驗窒試驗中的頻率範圚 合宜地選擇用於實驗室試驗中的PSD頻率範圍"對非 引擎裝架的組份要經受低頻率的環境.，頻率範圍在5Hz至 200Hz是一好選擇》對要經受高頻率環境，諸如那些裝架 在引擎上的，可能需要的頻率範圍為5Hz至2,000Hz« -10- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 409182 A7 B7 五、發明説明（7 )

ΠΠ簡化現埸測蓍的PSD 現場隨機振動負載是對通常會遇到的各路面所測量的 能量譜密度（PSD)曲線。一組合物PSD曲線蘭明於第3圓117 ，它代表在一典型的產品裝架位置的典型車輛振動的環境 。組合物PSD曲線推衍自在現場測得之PSD數據，然後簡 化成10級分級函數，如在第2圖中深色線20所闡述的。在 此方法中的第一理想模式是在各級的分級點之頻率特定為 f0=5，6=20，f2=40，f3=60，和 f4=80，f5=100 ’ f612〇，f7=l4〇 ’ fs=160，f9=180，和fI()=200Hz。此假設組可修改來模擬 一引擎裝架的組分之振動。組合物PSD之程度（PSDi，psd2 ，…至PSDlfl)之測定是用權重平均（能量當量），如下： Σι MlltL \^ psDgl(f)df _ Σ. V, 其中平均頻率fg,i之計算是按照下列等式： fPSD靡2(M. (8) (7) — -'l···! ί —'It -I I i - - - -- n^i (請先閎讀背面之注項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 等式7之組合物PSD也能寫成如下： PSDT(f) \axAFPSDr SH: < f < 20H: a, AF PSDr 20(./ - \)Hz < f < 20{j)Hz j = 2,3,,. ,i 〇 -11 - 409182 A7 B7 五、發明説明（8 ) 其中PSDP是依照等式7計算的PSD段之最高程度，而分級 係數a』是PSD』和PSD段的最高程度PSD』，依照等式7測定的 〇 (iii)測定實驗室試驗輪廓之开4狀和增幅率 為確保試驗和輸入能量分布（在頻率領域内）與在現場 中會遇到的相似，實驗室試驗PSD之形狀的決定是依照簡 化的组成物PSD曲線之形狀或輪廓。一簡年作法是將分級 函數之頂部連接起來（參第3圖）。實驗室試驗PSD之加速是 藉將此PSD曲線乘以一增幅率FA，如下： PSDT(f) = AF PSDj(f) (10) 在等式9中的增幅率之計算可基於材料損壞性能和應力回 應函數。 Πν)計算應力回應函數 經濟部中央標準局男工消费合作社印製 產品的應力回應函數H(f)可從使用CAE工具的動態應 力分析來獲得，CAE工具是諸如ABAQUS有限之分析軟體 工具’由 Hibbitt，Karlsson和 Sorensen, Inc.，1080 Main Street, Pawtucket，Rhode Island製造的。此應力回應曲線 H(f)是從輪入振動加速力至局部振動應力的傳導函數。 Η⑴的結果數據檔是列出在試驗中的產品對所選擇頻率的 Η之值’可以用來測定下一步驟中的試驗負載程度。 (ν)特定所雹要的試驗持婧時問 試驗持續時間之特定是基於試驗儀器的能力和可用的 試驗時間·當將一有效的試驗草案公式化時，短試驗時間 是比較理想的。然而，從精確的角度，當包括更長試驗時 -12- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙乐尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 409182 A7 B7 五、發明説明（9 ) 間，模擬現場加速的試驗就更正確。這是對的，因為縮短 試驗時間需要較高的加速力程度或高的增幅率，可能造成_ 產品失敗機構移動或試驗儀器寫法產生。 將在前一步驟計算的應力頻率回應曲線H(f)，如在第 4圖中所述的，取代入等式6中，與等式8和9_起，增幅率 AF和預期的試驗持續時間T(小時）之間的關係能以下式決 定：

T Σ H Vi付/ZPSDJ兒(树厂2 m{AFf^PSDjW ^Φ<ίΠ (11) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 此等式提供了 PSD(f)作為試驗持續時間τ之函數的解答β 然後基於有效的試驗時間、試驗機構能力可得—综合判斷 ’也關乎失敗機構轉移。通常認可的是6至14小時，但對 特定的試驗要求可短至4小時和可長至24小時。在本方法 的理想模式中，8小時被視為是理想的試驗持續時間， (vi)負載裎廑之轱定 在以上步驟（v)中，一旦決定了試驗持續時間，振動 試驗輸入之PSD程度就能按下式計算： PSDT{/) = SHz < f <7S)Hz 7 1«, AF PSDp 20(7 - \)Hz <f< 2Q{j)Hz j = 2,3 10 (12) 其中AF值之計算如下： * Σ Μ, (13) ^^^1· ^^^1 tt .1 —^^1 I - ί 1^— ^^^^1 ^^^1 ml ^^4 秀 i <請先閲讀背面之注_項再填寫本頁)

一崎樹國國家縣“）A齡（2|Gx297/JF -13. 409182 A7 B7 五、發明説明（10 ) 實驗室試驗儀器在指定的頻率範圍内按選擇的加速度程度 設定。 (vii)實驗室試驗之進行 然後用所選擇的試驗持續時間和計算的PSDT(f)來進 行實驗室加速試驗。在試驗期間T内，若沒有觀察到失敗 ，則所提議的產品設計在產品的預期壽命内，在現場操作 中應該也不會失敗。 在實驗室試驗期間T完成前，若產品失敗.，則必須延 長實驗室試驗，從延長試驗持續時間來測定另外的失敗， 或對一放大尺寸的試樣作試驗。 測定所需的附加試驗的一方法和實驗室試驗之成功或 失敗，揭露於本人申請中專利申請系列編號08/543,418中 ，申請日期為1995年10月16日，是為“減小試樣尺寸在加 速可靠性確認試驗中之方法”，在此編入以供參考。依照 此法，對一減小試樣尺寸的產品作一預定數目的試驗周期 之試驗或可以對一標準大小的試樣但減少試驗周期次數。 這些加速試驗中任一個的結果能成功地確認產品設計之可 靠性至超過對加速試驗所要求的一可信程度》 決定對加速試驗所要求的試樣大小W的方法可總結為 包括下列步驟： 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 (a) 選擇適合於產品的一可靠性目標R， (b) 選擇適合於從加速試驗結果所需的正確性之可信程度CL， (c) 選擇界定加速試驗時期的試驗周期數Nt， (d) 計算作加速試驗的試樣大小W，為 w = L〇g"-⑶

Log R(Nr) -14- 1— I ^^^1 ^^^1 I II i - I— n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（2丨0 297公釐） 經濟部中央橾準局WC工消费合作社印製 409182 A7 B7 ~ ~ 圓 1 ------ --- 五、發明説明（11) 其中R(Nt)是可靠性函數，和 (e)以以試驗周期來試驗W產品試樣，在^試驗周期 中並無觀察到試驗失敗來確認所需的可靠性β 測定加速試驗一產品所需的周期數^之一相似方法可 總結為包括以下步麻： (a) 選擇適合於產品的一可靠性目標r, (b) 選擇適合於從加速試驗結果所需的正確性之可信 程度CL， (c) 選擇試樣大小W的產品試樣之數目， (d) 計算加速試驗的周期數'，為 Μ : /?"' {'Vl-Tij 其中R·1是R(n)之倒函數，而 (e) 以試驗周期Nt來試驗W產品試樣，在\試驗周期 内無觀察到試驗失敗來择認所需之可靠性。 在上述方法中任一法，在队試驗周期中若觀察到任何失敗 ，那麼試驗周期數可延長至至少為2Nt，而一新的可信度 按下式計算： ^ un 其中NF是在2Nt周期中失敗產品的數目。對產品設計可靠 度R之確遇是倘若新可信度CLNEW是大於CLm;n值，它是對 加速試驗方法所需的最低可信度。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS) A4規格（210X297公釐） _ 15 - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂 4UU182 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 i、發明説明（12 ) 若產品包括數種不同失敗，且在T小時乏前在預期材 料中（具材料性能ni)發生失敗，就需要改變設計或改良其 製造》若在一非預料的材料中（具不同的材料性能ra’），在 試驗持續時間T小時以前發生失敗，則要用舆失敗相關的 材料之新性能m’來重新計算所需要的試驗持續時間T，。 必須重新開始試驗為測定產品是否能以新計算的持續時間 要求Τ’成功地操作。 儀器群之例 在本節内，使用一自動操作儀器群作為一例來闡明上 述之加速耐久性試驗方法之應用。儀器群包括一塑膠箱、 一印刷線路板（PWB)，和有插入引線的數個重型顯示組件 。相關的電位失敗機構是由於在組件插入引線的下方角落 振動之疲勞。應力幅度S和使引線材料失敗周期之間的關 係由示於第5圖的材料疲勞試驗來決定，試驗數據之迴歸 曲線示於下： N = 2.54Χ 1019SA·6 11 第1圖顯示七條PSD曲線’是一輛輕貨車在真正現場 試驗中，駕駛於七條路面上’在儀表板上測量的。平均駕 駛速度、所需駕駛的距離、和駕駛時間列於表1中。此證 明地面駕駛試驗可視為相等於顧客使用輕貨車15〇,〇〇〇哩 。基於七PSD曲線和列於表1中的資料，按照公式7來測定 組成物PSD曲線。第2圖中粗線20是用來測定試驗加速程 度之組成物PSD曲線。從組成物p sd曲線，決定實驗室試 驗輪廓之形狀的常數a』，是如第2囷中所示般計算。結果 本紙張·尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210Χ297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T -16 - 409182 Α7 Β7 五、發明説明（13 ) 的PSD曲線是由連接組成物PSD分級曲線而成，如第3圖 所示。 使用有限之方法來進行動態的振動應力分析。得到在 引線根部的應力回應曲線H(f)，並作圖於第4圊中。將應 力回應曲線和材料性能m=6.U(得自等式14)代入等式13 , 計算增幅率和試驗PSD曲線之間的關係，如第6囷所示， 若選擇T=8小時作為太短與太長的折衷，依照公式13計算 之增幅率為3.7，得到的PSD曲線如第6囷所示。因各軸的 試驗時間皆為8小時，對三轴試驗之總試驗時間為24小時 。若需要較短的試驗時間T=4小時，則依照公式13計算的 增幅率為4.7。因對各軸的試驗時間為4小時，對三軸試驗 之總試驗時間為12小時。 (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) -1衣- 一訂 經濟部中央橾準局負工消費合作杜印裝 表1 現場道路負載條件（相當於150,000哩） 道路條件 平均駕馼速度 (ΜΡΗ) 駕驶距離 (¾) 駕駛時間和百分率 (小時，％) 1·強力跳動山坡 27 173 6.4, 1.38 2.銀溪 20 2074 103.7,22.3 ' 3.坑洞路面 12 23 1.9,0.4 4.圓石子路(A.D.) 27 1008 37.3, 8.0 5.起伏不平之路(A.D.) 27 992 36.7, 7.9 &崎嶇不平之路(A.D.) 27 611 22.6, 4.9 7.*它 57 14559 255.4, 55 總和 19440 464,100 表2 計算的分級係數 f 範圍 5-20 20-40 40-60 60-80 80- 100 100- 120 120- 140 140- 160 160- 180 180- 200 a； I 0.7 0.5 0·2 0.08 0.05 0.01 0.05 0.002 5e-4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨〇x297公釐） 409182 A7 B7 五、發明説明（14 ) 總結而言，確保產品耐久性的實驗室試驗要求決定於 產品之幾何形狀和與預期的失敗模式相關連的材料《對一 給定的試驗時間所需之振動程度，或對一給定的振動程度 所需之試驗時間，對有已知幾何形狀之產品能精確地測定 ，條件是結構之傳導性能被計算和材料之性能為已知的。 能發展出一正確的振動特性，是基於依照車輛哩數/速度 和為顧客真正被用輪廓將產品裝架的車輛區所測得之PSD 曲線的損壞相當技術。若幾何形狀與材料性能為未知時， 可使用保守的工程假設來作加速試驗，通常是不決定於這 些函數的。使用此法，可能僅在24小時的加速三軸之實驗 室振動試驗中模擬150,000哩之駕駛。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 ^^1- : -III - I i I .^ϋ -I- ^- -m^i ^^FL— . {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 依據本發明之方法能在一特定目的之電腦/微控制器 或在一般目的之電腦通常如第7圖中100所示的，來實現。 電腦100包括輸入/輸出驅動電路102，它從輸入設備140 和感應器150接受數據。輸入設備140之一例是一電腦鍵盤 ，而感應器150之一例能包括電壓感應器、振動感應器、 應力表、加速計、負載電池、轉矩感應器、等。輸入/輸 出驅動器102偶合至一中央處理單位（CPU)llO，它依照本 文所述之方法來進行計算和其它步驟。用於本發明的CPU 之一例是一 PA-RISC 7200處理機，講自 Hewlett-Packard Company，Palo Alto, California。指導中央處理單位 110 的 程式可用“C”語言寫成。此程式儲存在一儲存設備120内 ，它可能包括一硬碟驅動機一軟碟驅動機不易變的記憶或 其它某個儲存媒體，它能記錄並按照本發明將數字和電腦 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2I0X297公釐） -18- 409182 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（15 ) 程式再現出。儲存系統12〇也可包括各種物理參數、分配 、材料資料庫、負載（環境或路面負載）資料庫、物理特徵 、等’那是在執行電腦程式時是必須的，而它們能在儲存 裝置120上最有效儲存和尋回’中央處理單位110也連合於 足夠的記憶114，來接收和儲存電腦程式的選擇部分和由 中央處理單位110所操作的數據。 輸入/輸出驅動機102的其它輸出也能連合於一系統 顯示器106 ’諸如一 CRT顧示器和試驗儀器170，它操作於 試驗中的產品180上。試驗儀器170可直接回應從電腦1〇〇 來的指令，用來特定頻率分佈、振幅、電壓、等，為控制 在產品180上的試驗。試驗儀器170之例包括負載增幅器、 搖動桌、激發器控制器、記錄儀、調節增幅器、測量增幅 器、和力轉送器。如前討論的，多重感應器15〇可^接連 合於產品U0(諸如電壓感應器、拉力計量器、加速計、負 載電池、轉矩感應器）或感應器150可直接或非直接連合於 試驗儀器170(諸如定位感應器拉力計量計或其它相似感應 器）’若這類感應器並未包括在試驗儀器本身中。 依照本發明的方法可以在一普通電腦上完全自動化， 諸如第7圖中所闈明的，或可以透過試驗儀器和感應器， 依照在顯示器160上所述之資料和指示的操作控制來部分 實現。各種字母數字的輸入可經輸入設備140或經各種儲 存媒艘122，最好是能輕便運輸的媒體送入。這些儲存媒 體122之例包括磁性軟碟片、磁帶和光碟，可透過在儲存 體系126中相容的驅動來讀取，它又再連於輸入/輸出驅 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐） -19- -….In - ^^1 ^^1 ^^1 I 1 - - _ I - - - 1-- 0 i 牙 、T (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 409182 經濟部中央樣準局負工消费合作社印$1 A7 B7 五、發明説明（16) 動器102或直接連於儲存設備12(^依照本發明的方法或程 式或運作程式所必需的各種數據，或二者皆是，可用磁性 儲存媒體122的方法來儲存和分配。 也可能將電腦輔助工程（CAE)工作站190之輸出連接 至輸入設備140,或直接連接到電腦1〇〇的輸入/輸出軀動 器102上。在此情況中，CAE工作站之設計不是真正典型 的試驗數據，而可直接送入電雎100中按照本發明的方法 來分析和試驗。在一相似情況中，它也可能將輸入/輪出 駆動器102直接連接到CAE工作站，使試驗和分析的結果 能直接連接至在CAE工作站申發展出來的產品設計，按照 試驗結果來調整適合的產品設計參數。 也可能用有限之分析和耐久性分析技術在CAE工作站 190上來模擬加速試驗方法論，而不是造一原型並在試驗 設備170和感應器150來進行試驗，如上所討論的。此模擬 試驗可在電膜100上完成或以依照本發明教導的電聪程式 結合在軟體中的一模組單元，用在CAE工作站中來設計並 分析產品。在這些情況中，依照本發明的電腦程式很可能 直接在CAE工作站190上執行。 實現依照本發明方法的一電腦推理流程圖述於第8圖 中。 雖然已詳述了方法的最佳模式，熟悉此技術的人士能 作許多變化、修改和採用而不致偏離本發明的精神和範_ 。必須明白本發明並不限於本文包含的方法、實體或例子 ，但僅受限於以下申請專利之範圍。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） -20- ^^—^1 ^^^^1 ^^^^1 ^^^^1 ^^^^1 ^Et I m^i n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

Claims (1)

1. 409182

   經濟部中央標牟局負工消費合作社印製 中請專利範圍 I 一種測定一產品的加速的實驗室隨機振動試驗之試驗 輪廓的方法，該方法包括的步驟為： U)選擇涵蓋在實驗室加速試驗中的頻率範圍， (ii)發展一簡化的組成物動力譜密度函數PSDj(f)，包 括分級係數，代表在預期的現場振動程度中隨機 振動負載之PSD， (出）發展PSTT之形狀，藉使用分級係數在產品上產生 對應於PSD』函數之試驗加速力， (iv) 計算產品代表從輸入加速力至局部振動應力的傳 導函數的應力回應曲線H(f)， (v) 選擇試驗持續時間，基於試驗儀器的能力和可用 的試驗時間，然後從下列關係式計算增幅率 Σ Μ,/v, ifrm3XPSDgJ0 , AF = --.~ — rm \} ^PSD}(f) H2(f)df mm (vi) 再計算加速的PSD輪廓，PSDT(f)，是基於選擇的 試驗持讀時間和增幅率作試驗的： rr\ _ [〇\AFPSDp 5Hz < f < 20Hz ' \axAFPSDP 20〇-l)//z</<2〇U)//r j = 2,3,...10 然後 (vii) 用所選擇的PSD函數試驗產品，在T小時内沒有觀 察到試驗失敗，來確認對產品所要求的操作壽命 〇 2.依據申請專利範圍第1項所述如法，進— Γ;.·. : ^ '；： ^ 表紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4说格（210X297公釐) .21- "' ^^1 1^—» —1 I ^^1 ^^1 III 1 农 ^^1 ^^1 t- II * - (請先Μ讀背面之注^•項再填寫本頁) «09182 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部中央標率局貝工消费合作社印製 步包括步驟： (viii) 再設計產品來消除在試驗的T小時内所觀察到的 失敗之根本原因。 依據申請專利範圍第1項之，進一步包 括步驟為： (ix) 在第一產品試驗失敗後，試驗一放大試樣尺寸的 產品試樣來決定失敗毛否為統計上顯著的。 4.依據申請專利範圍第1項^^^方i法，其中步驟⑴ 包括子步驟： (Π)再設計產品，或相關的製造過程，來消除在一產 品材料的T小時試驗中所觀察到的失敗之根本原因 ’產品材料有材料性能m，在其中發生預期的失敗 模式。 f-r 5_依據申請專利範圍第1項^^^^法，其中步驟⑴ 包括子步驟： (i2)在具材料性能in’的一未預期的材料中發生失敗後 ’在試驗的Τ’小時完成前’用材料性能m，來再計 算需要的試驗持續時間T，和 U3)再試驗產品Τ’小時。 6.依據申請專利範圍第1項各Ac造驾灌法，其中步驟(⑴ *_ι .、 .·一.. . 1 1 包括子步驟為構造包括多重譜帶寬的一 PSD使得 Σ, \f/ PSD^Wdf 3 PSD, j = 1,2”...ΙΟ ^!»· - —I—- — -I ^14 I L 衣 i^i ^^1 - I . - (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逍用中鬮國家揉率（CNS ) A4洗格（210X297公釐） -22- A8 B8 C8 D8 申請專利範囷 它再簡化成 ， (a^AFPSDp 5Hz<f< 20Hz pSDT{f) = ^a^AFPSDp 20〇'-l)/iz<:/<2〇〇')^ j = 2,3, -10 其中a』是分級係數。 7.依據申請專利範圍第1項之，其中步驟(ii) 包括的子步驟是選擇在各程度的分級點所對應之頻率 ;f〇 約為 5Hz，f| 約為 20Hz，f2 約為 40Hz，f3 約為 60Hz ，G約為 80Hz，f5約為 100Hz，f6約為 I20Hz，f7约為 140Hz ’ f*約為 160Hz，f9約為 180Hz，和^。約為 200Hz » 8·依據申請專利範圍第l項本i法，其中步驟 (iii)包括子步驟是發展組成物的PSD，PSDj(f)與頻率 範圍$至卜1〇 = 1，2，...10)的相互關係和分級係數$〇 = 1，2 ，…10)的關係，並内插入組成物PSD，PSDj(f)的點之 間來發展出一平滑曲線作為PSDT(f)之形狀。 9_依據申請專利範圍第1項方法，其中步驟 (Hi)包括子步驟是定義PSDT(f)為， 趣濟部中央標率局貝工消費合作社印製 FSD^^ = [ciyAFPSDr SHz<f<2QHz T ' 1«, AFPSDn 20(/ - \)Hz <f< 20{j)Hz j = 2,3,--10 10.依據申請專利範圍第1項其中步驟(v) 包括子步驟是選擇試驗持續時間τ範圍從約4小時至24 小時。 ...* 11·依據申請專利範圍第10項麵g故衅繁^法，其中步驟 -23- H-..... ...... - ^1 - I ^1 I !__ i n _订 _ 1 (請先W讀背而之注意事項再壤寫本頁) 本紙银尺度適用辛國國家輮準（匸灿）八4規格（210><25»7公|) ABCD 409182 六、申請專利範固 (V)包括子步驟是選擇試驗持續時間T範圍為8小時》 12. —種測定一產品的加速的實驗室隨機振動試驗之試驗 輪廓的方法，該方法包括的步驟為： ⑴選擇頻率範圍為5Hz至200Hz， (i〇發展一簡化的組成物動力譜密度函數PSDj(f)，包 括分級係數，代表在預期的現場振動程度中隨機 振動負載之PSD， (iii) 發展PSTT之形狀，藉使用約1〇個分級係數，在產 品上產生對應於PSDj函數之試驗加速力， (iv) 計算產品代表從輸入加速力至局部振動應力的傳 導函數的應力回應曲線H(f)， (v) 選擇試驗持續時間’基於試驗儀器的能力和可用 的試驗時間，然後從下列關係式計算增幅率 AF = Σ Μ,/ν, lyZPSD^W H2〇)df , . I^psdjW H2m n (vi) 再計算加速的PSr)輪廓，PSDt⑴，是基於選擇的 試驗持續時間和增幅率作試驗的： PSDT(f) ^ \a\AFPSDP SHz</<20Hz T [a.AFPSDp 20(j-\)Hz<f <20(j)Hz j = 2,3,...10 然後 (vii)用所選擇的PSD函數試驗產品，在T小時内没有觀 察到試驗失敗，來確認對產品所要求的操作壽命 —J-lj i - I ϋ i ^ I I— I——訂 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本1) 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印褽 中國 210X297公釐） 24 409182 A8 B8 C8 D8 經濟部中央揉率局属工消費合作社印装 PSD, 申請專利範国 13_依據申請專利範圍第12項所述之方鈸，進一 步包括步驟： 一 (viii) 再設計產品來消除在試驗的τ小時内所觀察到的 失敗之根本原因* 14. 依據申請專利範圍第12項^^^方|法，進一 括步驟為： ~ (ix) 在第一產品試驗失敗後，試驗一放大試樣尺寸的 產品試樣來決定失敗是否為統計上顯著的。 15. 依據申請專利範圍第12項之，其中步驟 (i)包括子步驟： (i 1)再設計產品，或相關的製造過程，來消除在一產 品材料的T小時試驗中所觀察到的失敗之根本原因 ，產品材料有材料性能m，在其中發生預期的失敗 模式。 · — 16_依據申請專利範圍第12項，其中步驟 (i) 包括子步驟： (i2)在具材料性能m’的一未預期的材料中發生失敗後 ’在試驗的Τ’小時完成前，用材料性能m’來再計 算需要的試驗持績時間T，和 (Π)再試驗產品Τ’小時。 -- λ — ' . -η··-. 17·依據申請專利範圍第12項护法，其中步驟 (ii) 包括子步驟為構造包括多重譜帶寬的一PSD使得 Σ, iJ/PSDs,m M,人, V, 木紙涑尺度遑用中國國家橾率（CNS > Α4规格{ 210x297公釐） -25- 14,- - - H# - ^^1 - ϋ· n I 衣 ^^1 1^1 I .^n ^^1 (請先《讀背面之注f項再填寫本頁) 409182 &、申請專利範固 ABCD 經濟部中央揉牟局貝工消費合作社印裝 它再簡化成 PSDT(f) = i^AFPSDp SHz </< 2ΌΗζ \a^AFPSDρ 20〇' - \)Hz <f< 20(j)Hz j = 2,3,--10 其中气是分級係數。 .ί，Ί 18_依據申請專利範圍第12項之味方法，其中步驟 (ϋ)包括的子步驟是選擇在各程度的分級點所對應之頻 率；f〇約為5Hz, q約為20Hz，f2約為40Hz，f3約為όΟΗζ ’ G約為 80Hz，f5 約為 100Hz，f6約為 120Hz，f7約為 140Hz ’ 約為 160Hz，f9約為 180%，和 fl0約為 200Hz » ' r ......... 依據申請專利範圍第12項法，其中步驟 (iii)包括子步驟是發展組成物的PSD，PSD/f)與頻率 範圍fj至fj+1(j=l，2，...l〇)的相互關係和分級係數\(』=1，2 ，…10)的關係，並内插入組成物PSD，PSD/f)的點之 間來發展出一平滑曲線作為^DT(f)之歩狀。 20·依據申請專利範圍第12項淨ί法，其中步驟 (iii)包括子步驟是定義PSDT(f)為，它是 PSD (/) = \a\^ 5//r < / < 20Hz ^ 1 [axAFPSDp 2〇G - l)/fe < / < 20⑺/fc j = 2,3,...10 I _..........I - ^^1 ^^1 In -I! I^n - - - I ^^1 In :: - (請先»讀背面之注^^項再填寫本1) 衣紙張尺度適用中困國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -26 -