运动振动试验
振动测试多少小时等于运输多少英里？简单的问题，但不幸的是：答案既不简单也不直截了当。本文试图探讨这个等价关系所涉及的相关因素，解释已被接受和证明的方法背后的方法论，并详细讨论加速模拟振动的相关问题。
运输和测试：
为了开始充分解决振动测试等价问题，我们需要细化振动测试方法、以及运输条件和方法。
振动测试：
在包装运输领域有三种常用的振动测试方法。*种是定位移测试，也称作为重复性冲击或者碰撞测试，可参照ASTM D999 方法A1 或者A2或类似文献。在这种测试中，被测物放置在设备的台面上，台面以25mm的定位移做线性或圆周运动。这种测试经常在某一频率（4.5Hz附近）进行，在此频率下，被测物可以间歇性离开振动台，可通过在被测物下面插入铁片进行验证。技术上说，这根本不是振动，每当包装件重新接触台面时，就引发了一个小的冲击或者碰撞。这种测试不是实况运输的模拟，虽然在运输车辆中可能是包装件的反弹，但根本不是定位移和定振幅。
第二种是正弦测试，参照ASTM D999方法B和C或类似文献。这儿，台面以平滑的正弦方式运动，并且振动频率和加速度都是独立可变的和可控的。这种测试包括扫频（频率缓慢变化）和定频（定振幅、定加速度）测试。在一些规范中，整个振动需求可以被一个或几个正弦扫频满足。但，在传统运输包装领域，扫频振动用于寻找产品或产品包装系统的共振点（自然频率），然后定频测试就被用于评估共振点的潜在风险。这些测试也不是实况运输的模拟，真正的车辆不以平滑的正弦运动振动。
第三种振动测试方法是随机振动，参照 ASTM D4728 或类似文献。这时，振动平台以一种持续变化的频率和加速度的复杂组合运动，与运输车辆运动方式相似。结果，这些测试能更接近的模拟实际运输条件。通常，在频率范围内，随机振动由平均加速度强度的功率谱密度图表表示（PSD是频率的函数），不同的运输车辆和运输条件与不同的PSD形状和幅值有关。
通过给出的三种基本的测试方法可知，这个问题不能简单的以“多长时间的测试……”开始，必须知道哪种测试的测试时间，以及测试参数。
运输方式和运输条件：
下面有四种基本的运输方式：公路、铁路、水运、空运。每种运输方式都有一些差异：交通工具的类别及子类别、货物的数量、配置方式，运输条件（公路、轨道、水流、海况）等。结果是无限中可能的组合。认为单一的、简单的测试能满足所有不同的组合是不实际的。行驶在崎岖道路上的汽车可以产生高水平的振动，但这只覆盖一段时间里的几英里路段。相同的时间，平稳气流中飞行喷气式飞机可以产生低水平的振动，并行驶很长的距离。任何与实验室测试时间相关的运输距离，必须考虑这些变量以及他们之间的组合。
因此这个问题不能简单的以“运输多少公里”结束，必须指定运输方式和运输条件。
试验室测试和运输的等价关系
一旦我们能充分的描述被进行的测试和运输模拟振动方式，我们就可以开始解决等价问题。
重复性冲击（“反弹”）测试
过去，有声称已经完成实际运输与测试的等价关系。偶尔听到一个旧的说法：1小时的测试等于1000英里的实际运输,这简直是胡说八道，没有任何研究证实这具有一般意义。有实例显示，重复冲击测试可以产生于实际运输同样的损坏。当然，这是已发生在特定的包装产品，特定的测试时间，和特定的运输方式和距离的实例。但，狭窄的相关性不能作为一般的等价解释。用户应该谨慎的延伸这样的具体结果至通用的包装件和运输形式。
现今理论认为，重复冲击测试不模拟现实环境，不能也不应该与具体的运输方式和运输距离有关。这并不是说测试是无用的，只是不打算作为模拟，因此不能充分代表实际的运输。
正弦振动测试
正弦振动测试也不是环境模拟，因此他们不能也不应该与具体的运输方式和运输距离有关。ASTM D4199和ASTM D999不认为定频时间与实际运输有关。另外，确定是否只有一个共振点（可导致损坏）是关键。
如同重复性冲击测试，可能的例子是：在具体的产品/包装系统、具体的运输模式/条件情况下，现场性能是已知的。如果正弦停留振动Xmin可以产生运输y公里的损坏，可以被视为这种情况下等价。但，像前面所说，使用者应谨慎的延伸这个结论到其他包装产品和运输形式。
随机振动
随机振动的目的是环境模拟。这是*通用，并与实况运输的振动测试相关的测试种类。假设使用的PSD频谱和强度能合理的反映运输模式和条件，那么一小时的测试将等价于一小时的典型的运输运动。注意这不是时间VS英里的关系，而是时间VS时间的关系。但由于运输时间是实际的运动持续时间（不是经过总行程的时间），因此，一个与距离的等价关系可以被建立。例如，如果车辆以60英里/小时的速度移动，并且产生相应的用于实验室的PSD频谱和强度，1小时的测试可以等价于60英里。
加速振动测试
因此一个合理配置的实验室，随机振动测试可以相关于实况运输。但测试1h模拟60公里的想法是不现实的。这是加速振动测试概念的可用之处。
在一个1971年的文献中，柯蒂斯，廷林，以及休斯阿斯坦飞机公司假设了一个振动测试时间压缩方法。1993年，丹尼斯在他的著作中引用“聚焦模拟”，在这个著作中，他提出一个公式：加速度的增加对应测试时间的减少。这个公式是：
IT=测试强度（PSD谱的整体强度）
I0=初始强度（初始谱的整体强度）
T0=初始谱的持续时间
TT=测试时间
不大于5：1的时间压缩比率可以保持其有效性。基于T0/Tt比率的选择，一个新的测试强度可以由公式得出。频谱的形状仍然未改变，只是向上平移了PSD曲线，以增加它的强度。
因此在上面“1h=60”例子中，如果将测试强度乘以√ 5 ，我们使测试（压缩时间）时间压缩5倍，使“1h=300公里”。
ASTM D4169 卡车，二级保证水平
ASTM D4169卡车，二级保证随机频谱是世界上zui广泛使用的通用模拟振动测试。它出现在书里已经好几年了，曾经被成百上千个组织应用于上万个测试，致力于解决和避免无限个运输问题。现在，它已经过时了，应该有更的频谱可用。虽然如此，它仍然在多种情况下充分发挥作用。它有0.52G的加速度均方根，并被指定运行3小时。难道使用一个理由等价于几英里是有道理的、并能解释它的有效性？ASTM 没有提及任何形式的等价关系，下面的一些东西是严格遵循的作者的经验和意见。但，那好像有合理的价值，基于下面两则关键信息：
1、过去的六年，我们参与相当多的车辆实况振动测量，并从中取得了一些数据。当然任何两个频谱的形状和强度是不同的，但对于螺旋弹簧悬架拖车，整体G（加速度均方根值）下降到0.2-0.3G，平均好像在0.25G左右。
2、ISTA 96 年会议，主题演讲人是美国运输协会的Donald Bowman。在他演讲间，提及美国汽车平均运输里程为750英里。他没有提及平均速度，但如果平均速度是60英里/小时，那么运输时长为12.5小时。
如果我们将这个信息纳入上述“加速振动测试”公式，I0为0.25G。12.5h为T0，3h为Tt（取自 D 4169），可以得到：
与ASTM D4199 汽车频谱、二级保证水平相似！这能得出这样的结论：这是模拟平均12.5h的汽车行程，或者说750英里的汽车行程。当然这基于多项假设，这个数据是合理的并且达到了他们想要的目的。
一些注意事项：首先，如果这是有效的，它可能只适用于美国、西欧，以及类似的公路和车辆。大家知道世界上很多地区的大陆和车辆存在着差异，这对任何等价关系有很大影响。其次，那仅聚焦于G（加速度均方根值）水平，忽略了频谱形状，频谱形状对测试结果有很大影响。D 4169中的频谱需要升级，并且，更现实的频谱可以使用。
我们觉得ASTM D4169卡车、二级保证水平合理模拟一750英里钢板弹簧悬架卡车行驶在美国的道路上。更现代的频谱的使用可以提升模拟水平。但，在这点上，我们没有类似的支持的理由形成关于D4169的频谱或水平的意见。
怎么实现振动测试等价
上面的讨论说明了一个反向计算方法：我们以测试开始，然后计算与运输距离的等价关系。通常，根据已知的运输状况和距离，创建一个实际可行的实验室测试方案。这种情况应遵循以下步骤：
1、选择或确定的PSD频谱和强度，是被模拟运输模式和条件的合理、确定的代表。这是一个琐碎的事情，行业标准建议代表性加速测试，但不给出加速因素。甚至当运行基本数据时，也应该详细检查数据来源，以及任何给出的模拟测试/形式的适用性。常用的方法是测量一些适用于你特殊情况的运输（可使用运输环境测量记录仪），然后汇编这些数据成PSD配置文件。意识到运输可能包括不同的路况和其他的参数。若有，为了维持适当的关系，PSD和频谱应当改变。很显然，对于zui高的准确性和等价性，整体测试应该匹配实际野外条件。如果降低一致性，那将是等价的。
2、评估或确定模拟运输时间（或运输区间/条件的时间）。如果实际测量已完成，这个信息可以来自实际测量数据，并把他作为整体运动时间。评估或等价时间为距离。
3、使用“加速振动测试公式”压缩时间并计算增加的测试强度。建议时间压缩不超过5：1。如果多个不同参数的运输区域和状况被模拟，必须为每个区域和状况配置独立的测试。
4、在已增加的测试强度和压缩时间情况下，由此产生的实验等价于步骤2的距离。
例如：假设我们有一个0.15G（加速度均方根）的PSD频谱，那是一个特殊运输行程的准确表现。我们愿意在试验室中模拟这种状况5个小时（我们认为那代表250英里）。使用zui大建议压缩时间5:1, ,0.15G乘以2.24给出一个0.336G的测试强度。因此0.336G测试等价于给出运输状况的250英里。
尽管前面已经讲述，但确保更清晰的解释：等价于一些运输状况的实验室测试或测试系列是损坏或性能的一致性，这是做好的证明。如果一个合理的测试重复产生相似于实际运输的损坏或结果，那可能是一个好的测试-至少对那些特殊的形式。很多次，我们听到：“我不明白-我们通过了所有的实验室测试，但在我们仍然有现场一些问题”。那么，这测试是错误的！相反，这种情况也能发生，“我们在运输中没有任何损坏，但我们不能通过实验室测试”。那么这测试也是错误的！
运输包装工程师的工作没这样做，只是因为产品和包装已设计和实验室测试已完成。现场性能数据应该被收集并为适当的修正进行仔细的研究，需要的情况下，应该进行调整。
