振動、衝擊測試分析與改善
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振動測試基本概論
在實驗室中模擬產品在製造、組裝、運輸及使用執行階段中所遭遇的各種不同的振動環境，用以鑑定產品是否忍受環境振動的能力。
Factory Handling
Transpo
rtation
Ground
Handling
Captive
Flight
Trajectory
Control
Loads Separation
Re-entry
Impact
(Gusts、Flutter)
常用的隨機振動試頻譜-軍規 隨機振動典型規範20~2000 Hz/4~6g RMS
20803502000
-3db/Octave -3db/Octave
0.04g 2/ Hz
P S D g 2/H z
環境應力分佈硬品強度分佈
為何要進行振動測試-1
設計、開發階段
1.測試分析試品在受到振動時的模態
2.測試產品的極限強度及疲勞強度與可靠
度間的關係，訂定相關的特性規格3.失效分析與改善
為何要進行振動測試-2
全面進行ESS測試，大量篩選出潛在的瑕疵。
1.剔除潛在的不良組件(含板材)
2.剔除潛在的不良銲點
3.消除加之熱應力及內應力
4.消除多層電路板間的雜散電容效應
為何要進行振動測試-3
⏹品質管制(QC-quality control)
*有效確保與管制產品的品質水準
⏹品質保證(QA-quality assurance)
*認證產品的使用功能、規格、可靠度與標示相同
⏹其它
為何要進行測試
⏹確認有無設計上之缺失
⏹確認有無加工機具或工藝技術上之瑕疵⏹確認有無瑕疵的零組件
⏹確認有無任何變異產生
⏹確認工程修改之完整性
⏹建立及查核整體的品質水質
振動測試可篩選出的瑕疵
⏹固定件鬆脫
⏹電子接點接續不良
⏹篩選出潛在的不良零件
⏹篩選出有瑕疵的銲點
⏹零組件之破裂、毀損
⏹調整件(VR)受振異位、準度失真
⏹電路斷短路異常
⏹電源線或訊號線之不正常磨損或斷裂鬆脫⏹試件產生振動噪音
⏹功能異常失效
運用振動測試提高產品可靠度⏹設計階段--------極限強度驗試驗
(定性、定量實驗/ 疲勞、破壞-ESS/HASS/HALT…..)
⏹生產階段--------全面進行-ESS應力篩選⏹品管、品保階段--------可靠度抽驗認證⏹接收階段--------一般驗證測試
(品質、規格與功能特性等工程驗證)
隨機振動測試(Random Vibratio)
⏹一般而言產品所存在的環境基本上，多數涵蓋
在隨機振動良範圍居多
⏹對試件振動相關之研究分析，投以研究規劃過
的隨機波振動測試，則將更接近實際環境所面臨之效果
⏹隨機測試的效率超過正弦掃描，且不易發生正
弦掃描時所產生的過應力及應力殘留等不良影響
⏹註:正弦振動與隨機振動測試並無等效性
共振搜尋-1
⏹試件以較低的振動能，自低頻到高以及自高頻到低頻往復掃瞄一次並以固定的振動強度、連續變化其頻率及適度的掃瞄速率進行振動搜尋
⏹主要目的用以激發試件的結構共振，找出結構或零組件的共振頻率及共振倍率與振動模態，作為共振駐留測試之重要依據
共振搜尋-2
通常進行共振搜尋時，必須將搜尋之頻率範圍適度的加寬(根號2)用以更確實掌握實際發生的環境變異及試件因疲勞或老化情形下，產生安全裕度萎縮的情況而損壞
f 2 f
共振駐留(Resonance Dwell)
⏹目的:測試的目的在測試試件是否忍受長期在共振環境下的能力
⏹步驟:首先針對共振搜尋時所找出的共振頻率及共振模式加以分析，選擇試件在特定的環境中可能長期出現或較易出現的頻率分布或振動環境中振動強度較高的頻率分佈，作為共振駐留的測試依據
機械振動之發生
通常機械振動大致分為“機構之振動”、“結構體之振動”，前者泛指可動之元件，後者乃指靜態之結構體
1.機構之振動—如轉動件之不平衡、偏心、齒
合或軸承的磨耗引起之振動
2.結構體之振動—泛指結構本身的自然頻率被
外力激發產生
此二者在實際環境下是經常同時存在且相互影響
機械振動之防治-1
⏹機械系統共振時，一般處理方式改變結構之自然頻率或改變外力之作動頻率⏹當兩者都無法滿足系統之改善程度時，則可加裝吸振器或避振器來改善振動環境
⏹處理方式，先找出振動源發生之原因，再依據特性投入改善對策
機械振動之防治-2
⏹改善可動元件之品質即改善動平衡，增加轉
動、滑動件之配合精度及潤滑度。
⏹設計隔振系統、減少振動量之傳遞
針對結構體之振動改善方法有:
⏹加裝隔離器(isolator)以阻絕振動來源
⏹加裝吸振器(absorber)或阻尼器(damper)⏹改變結構特性改變結構體之自然頻率，不使
結構之自然頻率與機構之自發振動頻率一致或相近，避免兩振動量發生建設性之干涉產生過大之振動量而破壞
常用的振動防治法
⏹找尋振動源，並設法降低振動源
⏹切斷振動源之路徑、運用振動隔離技術⏹提高設備抗振能力，增加結構之剛性⏹採購高阻尼材料或加裝振動緩衝器
⏹控制振動響應/主動振動控制系統
⏹限制各種零組件、儀器設備之受振容許值，作為防治之道
吸振、隔振裝置
⏹阻尼吸振器、磨擦減振器、振動減振器、衝
擊減振器、磁性減性器
⏹隔振器的材料選擇是否合理，結構儘可能緊
湊，並符合抗振結構設計規範
⏹提高減振效果的方法:
1.提高阻尼器之阻尼值
2.將阻尼器安裝在相對運動的最大之位置
3.阻尼器之結構及相關環境必須有足夠之散熱
能力
工作原理
⏹衝擊減振器之工作原理:
利用兩物體發生碰撞時，能量損失及轉移作用。
在物
件上裝置一個或多個自由質量塊，當系統振動或受衝
擊時所產生之相對振動碰接及摩擦，以達消耗能量之
目的
⏹動力減振器的工作原理:
主系統振動時，附加其上之動力減振也隨之起振，利
用減振器被激發出的動力，加諸在主系統上其被激發
之力的方向相反、大小相近，與主系統上之力或力距
相互抵消，以達到抑制主系統振動之目的
衝擊試驗
環境應力篩選
⏹ESS—產品在設計的強度極限下，運用加速技
巧，找出已存在於產品中的潛在瑕疵，將篩選出來或檢修、剔退
⏹ESS—泛指振動應力篩選及熱應力篩選
⏹ESS–Environmental Stress Screening
⏹振動應力篩選的速率遠高於熱應力篩選的數百、
千倍以上
⏹適度的ESS，並不會對正常壽命造成傷害，更
能因執行ESS而大幅提高MTBF
ESS在工程上的價值
Function * Reliability * Service * CIS ⏹Value=
cost
⏹產品的品質在設計RD階段就已決定，產品的品質是設計出來，故篩選試驗於開發階段就要導入執行
應力篩選技術介紹-1
SMART/邊際應力可靠度加速試驗(Stress Marginality Accelerated Reliability Tests)
1.將試件通電及功能監測
2.以預估設計強度的1/3應力進行測試若無失效發生則
以每次增加25%之應力為位準，重複執行之
3.持續進行到一個失效發生，並即進行改善及修復工
作，並將同一件，繼續直到下一個失效發生
4.若執行到過應力區域時而非產品設計及工藝疵病所
造成之失效，則在此區應力位停止試驗，並記錄此
應力強度為“極限應力”
應力篩選技術介紹-2
FAST/彈性應力加速試驗
(Flexible Accelerated Stress Screening)
將發掘出產品早期的大部份潛在疵病(1~2年-可靠度失效)唯有隨機振動篩選符合要求，正弦振動及正弦掃描都不符合要求，存在實際環境中之振動應力是多方向性的，潛在的疵病大多具有方向性，故篩選應包含3軸向振動，不會縮短產品的正常壽命，可依據產品不同特性修改篩選應力
應力篩選技術介紹-3 HALT/高加速壽命試驗(Highly Accelerated Life Testing)
1.促使產品設計及製程技術之成熟
2.以階梯應力試驗取得設計極限強度
3.為執行HASS篩選的先決條件
應力篩選技術介紹-4
HASS/高加速應力篩選
(Highly Accelerated Stress Screening)
HASS是運用高於一般使用環境應力，發掘潛在於產品中
之疵病，並於篩選後保留足夠的產品壽命
以隨機振動作為進行HASS的加速因子，由疲勞曲線得知，增加2倍應力，將減少1000倍之正常壽命，零件在正常使用下常因製程、零件之瑕疵而造成失效，並非達到老化期所致，瑕疵所造成應力集中的倍率為正常值的2~5倍，但對正常零件在執行篩選過程，無損於正常壽命; 振動頻譜強度加倍，將相對減少1000倍的篩選時間，設備使用率也相對提升1000倍
振動防制
⏹提高結構強度
--A.增加板材厚度或選用剛性高的材質--B.增加支撐數目及強度
--C.縮短跟距
⏹振動隔離
⏹提高阻尼
⏹吸收結構振構
衝擊防制
⏹加裝緩衝結構
⏹變更硬體固定位置
⏹改變固定位置及方向
⏹增加本體質量
⏹使用韌性較強的材料
⏹提高硬體結構剛性
A.減少跨距
B.增加厚度
C.增加支撐強度及數目
汽車撞擊模擬
Wait….。