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模拟环境实验室

环境试验是人们进行科学研究和产品研制、生产及评价时应用的众多试验中的一种类型。环境试验区别于其他试验的根本之处在于对试验的环境条件有特定的要求,其目的是获取特定环

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  • 环境试验是人们进行科学研究和产品研制、生产及评价时应用的众多试验中的一种类型。环境试验区别于其他试验的根本之处在于对试验的环境条件有特定的要求,其目的是获取特定环境条件下产品的材料、结构、功能、性能的变化、产品对其经受环境应力的物理响应特性和耐环境能力极限方面的信息,以便为进行各种决策或采取适当措施提供依据。因此,环境试验一般不是在人们熟悉的生活和工作环境下进行,即所谓常温、常压和常遇到的湿度条件下进行。更科学地说,它是在环境试验标准中规定的标准大气条件(通常为15~35℃, 50~80%RH, 104~106kPa)以外的条件下进行的试验。

    模拟环境实验室
     
    环境试验的种类和用途
     
    一般人认为,环境试验可作为产品出厂前验收检验和考核批生产工艺稳定性、确定产品是否可以验收的手段,即通常所说的环境验收试验和环境例行试验,这是产品批生产中的一个把关手段。事实上,环境试验的用途远远超出此范围,它不仅是考核产品对环境适应性要求的符合性和评价产品环境适应性的手段,更是发现产品环境适应性设计缺陷、为改进设计提供信息的工具和获取产品各种信息、以更好地使用产品的有力工具,因此它也是一种使产品增值的试验。正因为如此,国内外对环境试验的重视程度越来越高,其应用也越来越广泛。按照MIL-STD-810F 《环境工程考虑和实验室试验方法》和GJB4239 《装备环境工程通用要求》中规定,环境试验可分为三大类,即: 自然环境试验、实验室环境试验和使用环境试验。
     
    下面我们就以实验室环境试验为例进行讲解:
     
    实验室环境试验是指在实验室内按规定的环境条件和负载条件进行的试验。按其目的可分为环境适应性研制试验、环境响应特性调查试验、飞行器安全性环境试验、环境鉴定试验、环境验收和环境例行试验,这些试验的目的和应用时机如表2所示。
     
    实验室环境试验种类和用途
     
    环境条件
     
    实验室的环境条件完全是用试验设备创造的人工环境条件,这种环境条件可以是模拟条件,也可以是加速条件,具体取决于试验的目的。例如环境适应性研制试验使用的是加速或加剧的环境条件,所谓加速或加剧是指环境条件严酷度高于寿命遇到的或规范、合同规定的环境条件严酷度;批生产验收检验用的环境试验条件则一般是低于规范或合同规定的环境条件;而设计和工艺定型用的环境鉴定试验的环境条件则与或规范规定的环境条件相同。除施加环境条件外,尚须加上负载条件。
     
    许多人往往把实验室环境试验说成是模拟环境试验,这个说法是不够准确。如上所述,实验室环境试验条件有些模拟实际环境,有些则不模拟实际环境,而是一种激发试验。即使是模拟环境试验,也不像可靠性试验那样,动态、真实模拟实际的环境应力种类、量值、施加时序和作用时间比例,而是模拟的产品寿命期中遇到的真实环境中极端值。从工程应用角度出发,这种极端值不应是最高值,而是取了一定风险的合理极值。因此,环境试验的环境模拟是对极值环境的模拟。可见,一定意义上也是一种加速(加剧)试验。因为实际使用中,并不象试验中那样每时每刻均经受这种极端环境应力量值作用,典型的例子是湿热试验,其环境条件是相对湿度95%、温度在30℃~60℃之间交变。很明显,按照温度-湿度一压力自然关系来看, 自然界中不会出现60℃和95%相对湿度并存的现象。
     
    试验对象
     
    实验室环境试验对象不是材料和工艺等初级制品,而是由其制成的元器件、组(部)件、设备、分系统、系统乃至整机。
     
    目前国内外元器件有单独的环境试验标准,如GJB 360《电子元器件环境试验方法》;而组部件、设备、分系统、系统则有一套环境试验标准,如GJB 150《军用设备环境试验方法》;大型系统和整机目前尚没有通用标准,一般都是自己编制试验大纲。因此,对国防科工委系统军工单位来说,实验室环境试验对象主要是有独立功能的组、部件、设备、分系统和系统,可见其试验对象重点不同于自然环境试验。
     
    试验用途
     
    实验室环境试验用途如下:
     
    a.环境适应性研制试验-发现设计、工艺缺陷和薄弱环节。
    b.环境响应特性调查试验-获取产品对温度、振动等应力响应特性和找出其耐环境应力的工作极限和破坏极限。
    c.飞行器安全性试验-确保首飞和试验安全。
    d.定型环境鉴定试验--验证环境适应是否满足合同要求,为定型转入批生产提供决策依据.
    e.批生产环境验收和环境例行试验-检验批生产质量控制过程的稳定性,为产品验收决策提供依据。
     
    应用阶段
     
    各种类型的实验室环境试验具体应用阶段如表2所示。从表2看出,实验室环境试验主要用于型号研制和生产过程。此外实验室环境试验也可以作为对产品的环境适应性的评价手段,用于评估产品适应性,为选用货架产品或产品竞标决策提供依据。
     
    试验设备(设施)
     
    实验室环境试验由于其环境条件要用人工的方法产生出来并加以有效控制,试验设备结构自然要比自然环境试验复杂得多,技术含量也高、购买成本也大,特别是要同时产生多个环境因素的综合试验设备,更为复杂。为适应产品的重量和体积分布范围,气候环境试验设备从最小的有0.1m³试验箱,大到的有几十立方米的步入式试验室,最大的有几千平方米的试验车间。此外,振动和冲击等力学试验更是复杂,设备的大小也已系统化。因此实验室环境试验设备的购置费用大。

    多种规格的模拟环境试验箱
    实验室环境试验有以下特点:
     
    a.试验环境条件由人工产生,可以控制和实时记录,试验条件具有重现性。
    b.试验可以将单一因素施加于产品,便于寻找故障原因和改进设计。
    c.试验环境条件是经对产品寿命期各种环境数据及其对产品影响综合分析确定的,基本上代表了其寿命期最严酷的环境或各种环境因素综合,不是自然环境条件。对某一或某些环境因素综合作用的试验只需进行一次。
    d.试验环境条件是合理极值环境或其综合,有一定的加速性,能很快发现问题,试验时间短
    e.试验过程可控制,试验结果有重现性。
    f.主要用于产品研制和生产阶段。既可以用于帮助提高产品的环境适应性,又可以验证产品的环境适应性是否符合要求,还可以获取各种信息,便于使用。
    g.主要用于确保对合同的符合性,试验结果与实际作用结果有差异。
    h.试验设备、试验技术比自然环境复杂,试验成本高。
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