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摘要：为避免脆值技术在SSD固态硬盘缓冲包装出现过保护的现象，本文引入基于产品抗冲击临界值的实验方法，结合缓冲包装设计原理来确定其包装方案，实施跌落试验验证此方法对该SSD产品在实际缓冲包装中的有效性。并与传统的包装脆值技术进行比较，指出此方法避免了缓冲包装过保护和高成本的问题。
关键词：SSD固态硬盘；缓冲包装设计；产品抗冲击临界值；脆值技术
中图分类号：TU8；TU758.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-576-02
引言：本文针对一款SSD固态硬盘产品缓冲包装设计，为避免脆值技术保守应用的问题，研究其产品抗冲击特性，引入产品临界抗冲击特征值的实验方法，对产品施加激励获取相应的冲击响应波形，分析并定义实际临界响应加速度值（Grc），临界速度变化值（△Vrc）和共振频率等数据，据此结合包装缓冲设计原理，通过实际的SSD缓冲包装设计和跌落测试实施，验证其符合实际产品的跌落测试要求，达到保护产品的目的；同时与脆值技术结果相比较，指出此方法给设计工程师提供了更多的材料选择空间，可以有效的避免产品过包装设计的问题。此产品临界抗冲击特征值的实验方法首先通过设计SSD冲击试验，运用加速度测量技术和TP3 软件分析技术，获取产品的临界响应加速度值（Grc），临界速度变化值（△Vrc），共振频率以及脆值设计参数。然后根据包装缓冲原理完成设计及跌落试验验证，得出此临界抗冲击特征值的实验方法针对此SSD产品的缓冲包装设计可以满足实际工程需要。最后通过与脆值技术进行比较，指出可以有效地避免过设计，达到节省测试成本和时间的目的。
1 SSD产品冲击试验
1.1冲击试验系统组成
本试验装置包括SSD样品固定装置，加速度测量系统和冲击试验设备等组成。考虑到模拟实际包装测试的固定，使用夹具将产品固定在冲击试验台上。考虑信号放大，传输，多通道输出和滤波等条件，选用Lansmont 公司的TP3 测量系统及分析软件进行采集和分析。加速度传感器选择PCB公司356A24型号压电传感器。冲击试验平台选择 Lansmont Model 95/115D 型号设备，可以实现半正弦和方波的波形冲击试验。整个测试平台搭建如图1所示。
1.2冲击试验计划和步骤。
为实现目标冲击响应波形，经过多次反复试验，调整试验台跌落高度和脉冲响应时间达到目标值。其中输入半正弦波形的g值按照100g步进。如果失效发生，再输入的加速度起始值将二次差分。测试采集样品为3个，分别编制位#1，#2， #3；按照顺序法递进，先从样品#1开始，每一个测试点冲击2次，然后递进到下一个测试点，直至测试失效发生，此时记录测试失效时的加速度g值；然后从样品#2开始，起始g值将2次差分，并以此差分g值起测。
2 冲击试验结果分析
2.1样品冲击试验后结果。
样品在100g和150g的试验中没有发生任何损坏。第一次出现失效发生在200g/2msec的激励上；然后将第二个样品进行插值输入175g/2msec激励，此时样品同样发生失效；对第三个样品从200g/2msec 输入，失效发生。测量数据记录如表1：
2.2样品冲击试验数据分析。
获得的冲击试验数据可以从控制和响应的加速度幅值和速度变化值两个要素进行描述。通过比较和对比，可以提取产品脆值和临界响应值，同时提供包装设计的参数。
2.2.1冲击激励下临界脆值加速度Gc和速度变化△Vc：
从表1中我们看出，当给与不同半正弦冲击的激励，当输入加速度值为Gin = 150g的时候，产品不会发生失效，此时对应的速度变化值△V = 77.65ips ；当输入加速度值到175g的时候，产品失效，此时对应的速度变化值△V = 87.25ips。按照脆值技术，此时的临界脆值加速度和临界速度变化分别为：Gc = 167.5；Vc = 82。
2.2.2冲击激励下临界产品加速度Grc和速度变化响应△Vrc：
从表1中我们看出，当给与不同半正弦冲击的激励时，产品的响应有很大的不同。当响应加速度值为G = 293.68g的时候，产品不会发生失效，此时对应产品响应速度变为△V = 116.74 ips，当响应加速度值到350g的时候，产品失效，此时对应的速度变化值△V = 123ips。通过此拟合，得出：Grc= 293；△Vrc= 116 ips。
2.2.3 冲击激励下产品共振频率Fn：
当产品的临界响应加速度值和临界速度变化值为Grc= 293；△Vrc= 116ips时，可以从图2的频谱图获知共有两个疑似共振频率点监测到，其中第一个为Fn1 = 205hz，第二个值为Fn2 = 414hz。
3 包装设计及跌落测试验证
包装跌落试验按照产品质量规范要求自40英寸高度水平跌落到水泥地面上，不能发生任何损害。已知该SSD产品重量：0.5 lbs（磅），尺寸大小：14x100x145mm；使用正弦波冲击获得其可以承受峰值为170g，响应时间为2.25毫秒，速度变化值82ips；此时产品的临界响应加速度值为293g，响应时间1.8毫秒，速度变化值116ips。产品一阶共振频率点Fn = 205hz。该产品使用线弹性缓冲材料包装，余留0.25in的动态位移，自40英寸的高度跌落。同时试验脆值参数和产品响应临界参数进行缓冲材料的选择。根据包装设计原理，实现方案如图3所示。缓冲材料厚度10mm，接触面积40平方厘米，对称4等份角分布。设计仿真如下表2 所示。
其中：A – 放大系数；K- 缓冲材料的弹性系数
从表2 我们看到，当包装盒从40英寸的高度跌落到水泥地面上时，当输入的加速度值为测量到的临界脆值170G的时候，可以选择的缓冲材料弹性系数为180lb/in， 此时产品响应值为198.9G，远远低于产品临界加速度点（292G），当输入达到240G的時候，产品响应值288g几乎到达其临界加速度点（292G），此时可以选择的缓冲材料的弹性系数为360lb/in. 使用实验室一款EPE材料（弹性比220lb/in）进行跌落试验，其采集波形如下图4所示。在时域为50ms的区间，一个峰值达到219g的波形被采集到，响应时间2.7ms，速度变化154in/sec，样品没有发生任何损害，符合包装测试要求。从表2中我们还可以看到，可以选择的缓冲材料区间从180lb/in 到360 lb/in. 留出的样品弹性系数有很大的范围可以供包装设计工程师选择，而脆值试验方法应用于此产品包装设计则过于保守，增加了设计和试验成本。
4 结论
（上接第576页）本文针对某一款SSD固态硬盘的抗冲击试验技术进行分析，引入产品临界抗冲击特征值的实验方法，通过冲击试验采集临界加速度值，临界速度变化值和响应频率等参数并完成包装设计及跌落试验，验证此方法在实际工程中的应用并得出如下结论：
（1）运用冲击试验技术和加速度测量技术，设计该产品冲击试验，可以同时获取SSD产品的冲击响应临界值和脆值参数，运用包装设计理论设计跌落试验，跌落测试验证应用产品临界抗冲击技术的正确性。
（2）比较脆值技术和产品临界响应值技术在试验中的应用，指出脆值试验方法应用于此产品包装设计将过于保守，可以选择的设计空间狭窄，增加了设计和试验成本，而采用产品临界响应值技术，针对此产品可以提供很广的设计思路和缓冲材料选择空间。
（3）此试验方法在不改变SSD产品外包装大小的条件下，基于产品冲击响应临界值进行缓冲包装设计优化并得到很好的验证，对于此方法是否可以推及其它电子类产品的缓冲包装设计，需要进一步研究其可行性。
参考文献
[1]. Newton R.E. Fragility assessment theory and practice. Monterey Research Laboratory， Inc. Monterey， California， 1968
[2]. ASTM D3332-99（2004） Test Method for Mechanical shock fragility of products.
[3]. Cheng-fu Chen， A New Methodology for Board-Level Harmonic Analysis of Multi-Level Packages， 2012， IEEE 62nd， ECTC， CA， USA.
[4]. Kuang Xianfeng，Wang Zhi-Wei，Determination of product fragility and environment parameters based on mathematical statistics in cushioning package design， RSETE， 2011 International Conference.
[5].李晓刚，基于Matlab/Simulink的缓冲包装系统动态响应及影响因素分析[J]，包裝工程，2011-01， pp65-67
[6].使用缓冲包装材料进行的产品机械冲击脆值（Fragility）试验方法，GB/T 8171-2008， 2009-1-1，中国标准出版社
[7].王长智，陈文革，基于ANSYS软件的产品跌落分析与耐跌结构设计[J]，包装工程，2013-01，pp44-46。
[8].陈满儒，张波涛，基于ANSYS软件的产品缓冲包装设计[J]，包装工程，2006，V27， p12-14
[9].王蕾，陈安军， 悬挂式弹簧包装系统的冲击特性研究[J]， 包装工程， 2012-10， pp33-35。
[10]. 徐惠艳，鄂玉萍， 电子产品整体包装设计[J]，包装工程，2012-22， PP56-59。
关键词：SSD固态硬盘；缓冲包装设计；产品抗冲击临界值；脆值技术
中图分类号：TU8；TU758.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-576-02
引言：本文针对一款SSD固态硬盘产品缓冲包装设计，为避免脆值技术保守应用的问题，研究其产品抗冲击特性，引入产品临界抗冲击特征值的实验方法，对产品施加激励获取相应的冲击响应波形，分析并定义实际临界响应加速度值（Grc），临界速度变化值（△Vrc）和共振频率等数据，据此结合包装缓冲设计原理，通过实际的SSD缓冲包装设计和跌落测试实施，验证其符合实际产品的跌落测试要求，达到保护产品的目的；同时与脆值技术结果相比较，指出此方法给设计工程师提供了更多的材料选择空间，可以有效的避免产品过包装设计的问题。此产品临界抗冲击特征值的实验方法首先通过设计SSD冲击试验，运用加速度测量技术和TP3 软件分析技术，获取产品的临界响应加速度值（Grc），临界速度变化值（△Vrc），共振频率以及脆值设计参数。然后根据包装缓冲原理完成设计及跌落试验验证，得出此临界抗冲击特征值的实验方法针对此SSD产品的缓冲包装设计可以满足实际工程需要。最后通过与脆值技术进行比较，指出可以有效地避免过设计，达到节省测试成本和时间的目的。
1 SSD产品冲击试验
1.1冲击试验系统组成
本试验装置包括SSD样品固定装置，加速度测量系统和冲击试验设备等组成。考虑到模拟实际包装测试的固定，使用夹具将产品固定在冲击试验台上。考虑信号放大，传输，多通道输出和滤波等条件，选用Lansmont 公司的TP3 测量系统及分析软件进行采集和分析。加速度传感器选择PCB公司356A24型号压电传感器。冲击试验平台选择 Lansmont Model 95/115D 型号设备，可以实现半正弦和方波的波形冲击试验。整个测试平台搭建如图1所示。
1.2冲击试验计划和步骤。
为实现目标冲击响应波形，经过多次反复试验，调整试验台跌落高度和脉冲响应时间达到目标值。其中输入半正弦波形的g值按照100g步进。如果失效发生，再输入的加速度起始值将二次差分。测试采集样品为3个，分别编制位#1，#2， #3；按照顺序法递进，先从样品#1开始，每一个测试点冲击2次，然后递进到下一个测试点，直至测试失效发生，此时记录测试失效时的加速度g值；然后从样品#2开始，起始g值将2次差分，并以此差分g值起测。
2 冲击试验结果分析
2.1样品冲击试验后结果。
样品在100g和150g的试验中没有发生任何损坏。第一次出现失效发生在200g/2msec的激励上；然后将第二个样品进行插值输入175g/2msec激励，此时样品同样发生失效；对第三个样品从200g/2msec 输入，失效发生。测量数据记录如表1：
2.2样品冲击试验数据分析。
获得的冲击试验数据可以从控制和响应的加速度幅值和速度变化值两个要素进行描述。通过比较和对比，可以提取产品脆值和临界响应值，同时提供包装设计的参数。
2.2.1冲击激励下临界脆值加速度Gc和速度变化△Vc：
从表1中我们看出，当给与不同半正弦冲击的激励，当输入加速度值为Gin = 150g的时候，产品不会发生失效，此时对应的速度变化值△V = 77.65ips ；当输入加速度值到175g的时候，产品失效，此时对应的速度变化值△V = 87.25ips。按照脆值技术，此时的临界脆值加速度和临界速度变化分别为：Gc = 167.5；Vc = 82。
2.2.2冲击激励下临界产品加速度Grc和速度变化响应△Vrc：
从表1中我们看出，当给与不同半正弦冲击的激励时，产品的响应有很大的不同。当响应加速度值为G = 293.68g的时候，产品不会发生失效，此时对应产品响应速度变为△V = 116.74 ips，当响应加速度值到350g的时候，产品失效，此时对应的速度变化值△V = 123ips。通过此拟合，得出：Grc= 293；△Vrc= 116 ips。
2.2.3 冲击激励下产品共振频率Fn：
当产品的临界响应加速度值和临界速度变化值为Grc= 293；△Vrc= 116ips时，可以从图2的频谱图获知共有两个疑似共振频率点监测到，其中第一个为Fn1 = 205hz，第二个值为Fn2 = 414hz。
3 包装设计及跌落测试验证
包装跌落试验按照产品质量规范要求自40英寸高度水平跌落到水泥地面上，不能发生任何损害。已知该SSD产品重量：0.5 lbs（磅），尺寸大小：14x100x145mm；使用正弦波冲击获得其可以承受峰值为170g，响应时间为2.25毫秒，速度变化值82ips；此时产品的临界响应加速度值为293g，响应时间1.8毫秒，速度变化值116ips。产品一阶共振频率点Fn = 205hz。该产品使用线弹性缓冲材料包装，余留0.25in的动态位移，自40英寸的高度跌落。同时试验脆值参数和产品响应临界参数进行缓冲材料的选择。根据包装设计原理，实现方案如图3所示。缓冲材料厚度10mm，接触面积40平方厘米，对称4等份角分布。设计仿真如下表2 所示。
其中：A – 放大系数；K- 缓冲材料的弹性系数
从表2 我们看到，当包装盒从40英寸的高度跌落到水泥地面上时，当输入的加速度值为测量到的临界脆值170G的时候，可以选择的缓冲材料弹性系数为180lb/in， 此时产品响应值为198.9G，远远低于产品临界加速度点（292G），当输入达到240G的時候，产品响应值288g几乎到达其临界加速度点（292G），此时可以选择的缓冲材料的弹性系数为360lb/in. 使用实验室一款EPE材料（弹性比220lb/in）进行跌落试验，其采集波形如下图4所示。在时域为50ms的区间，一个峰值达到219g的波形被采集到，响应时间2.7ms，速度变化154in/sec，样品没有发生任何损害，符合包装测试要求。从表2中我们还可以看到，可以选择的缓冲材料区间从180lb/in 到360 lb/in. 留出的样品弹性系数有很大的范围可以供包装设计工程师选择，而脆值试验方法应用于此产品包装设计则过于保守，增加了设计和试验成本。
4 结论
（上接第576页）本文针对某一款SSD固态硬盘的抗冲击试验技术进行分析，引入产品临界抗冲击特征值的实验方法，通过冲击试验采集临界加速度值，临界速度变化值和响应频率等参数并完成包装设计及跌落试验，验证此方法在实际工程中的应用并得出如下结论：
（1）运用冲击试验技术和加速度测量技术，设计该产品冲击试验，可以同时获取SSD产品的冲击响应临界值和脆值参数，运用包装设计理论设计跌落试验，跌落测试验证应用产品临界抗冲击技术的正确性。
（2）比较脆值技术和产品临界响应值技术在试验中的应用，指出脆值试验方法应用于此产品包装设计将过于保守，可以选择的设计空间狭窄，增加了设计和试验成本，而采用产品临界响应值技术，针对此产品可以提供很广的设计思路和缓冲材料选择空间。
（3）此试验方法在不改变SSD产品外包装大小的条件下，基于产品冲击响应临界值进行缓冲包装设计优化并得到很好的验证，对于此方法是否可以推及其它电子类产品的缓冲包装设计，需要进一步研究其可行性。
参考文献
[1]. Newton R.E. Fragility assessment theory and practice. Monterey Research Laboratory， Inc. Monterey， California， 1968
[2]. ASTM D3332-99（2004） Test Method for Mechanical shock fragility of products.
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