ASTM D4728-2006 译件r

标号：船运集装箱随机振动测试标准测试方法1

本标准以固定标号D 4728发行，标号后紧跟的数字表示最初采用的年份或是（如有修订）最新修订的年份。括号中的数字表示最新重新批准的年份。上标e 表示在最新修订或重新批准后作了编辑性修改。

1

该测试方法受美国材料试验协会关于包装的D10委员会管辖，并且直接由有关物理测试方法的D 10.22小组委员会负责。

现用版本2006年10月1日最终核准，并于2006年10月发布。原来的版本以D －10 提案 P186出版。前一版于2001年核准为D 4728-01。

版权所有? ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, United States.

1. 范围

1.1 本测试方法适用于备案装运单元的随机振动测试。这些测试可用于评估有内包装和密封措施的集装箱的性能，以坚固性和集装箱受到随机振动输入时为其所装物提供的保护两方面评估。 1.2 本测试方法提供了在装运集装箱测试中取得并运用振动数据的方法。

注1—参考资料一节（１－１０）2有列出补充资料的出处。

1.3本标准无意讨论与之应用引起的所有的安全问题（如有）。设立相关安全及健康规程并在执行标准前判定控制限制适用性是执行标准者责任。第6节给出了具体的防范措施声明。

2.参考资料

2.1 ASTM标准：3

D 996包装和分配环境术语

D 4169运输集装箱和系统的性能试验

D 4332 试验用调节容器、包装件或包装元件的实施规程

2.2 ISO标准：

ISO 13355 包装—完整满装运输包装件及单元货物—垂直随机振动测试4

2该括号中黑体数字请参阅本测试方法底下的参考名单。

3查阅美国材料试验协会标准请登陆ASTM网站https://www.wendangku.net/doc/e97401947.html, 或通过电邮联系客户服务service@https://www.wendangku.net/doc/e97401947.html,。欲获取美国材料试验协会标准信息年鉴，请参阅美国材料试验协会网站的标准文件摘要网页。

4在国际标准化组织处可得，地址：1 Rue de Varembe', Case Postale 56, CH-1211, Geneva 20, Switzerland.

3. 术语

3.1定义：

3.1 定义—包装和分配环境的一般定义见术语D 996 。

3.2本标准具体术语定义：

3.2.1带宽—是频带的上下限之区别，以Hz为单位。用本测试方法的目的，带宽可认为是等同于频谱分析的频率分解。

3.2.2闭环—一种控制条件，输入随时间变化而由于系统的输出或响应而被修改。

3.2.3分贝(dB)—两功率量（即PSD）之比的对数之10倍，以10为基数。比率为2.0的两PSD级别相差3dB。比率为0.5的PSD级别相差为－3dB。

3.2.4均衡化—在要求的频率范围上对电子控制信号的幅度特性进行调整或纠正以维持要求的振动输出频谱或级别。

3.2.5均衡器—用于进行均衡化的仪表。

3.2.6方均—应变量平方的时间平均。

3.2.7天环—一种控制条件，系统的输入预先设定，不受系统的输出或响应而影响。

3.2.8整体均方根加速度—在整个频率范围上，功率谱密度的积分之方根。

3.2.9周期性振动—随时间等量增长而重复方波的一种摆动。

3.2.10功率谱密度（PSD）—用每单位频率的方均加速度表达随机振动方式。单位为g2/Hz ((m/s2)2/Hz)。功率谱密度是被带宽除的给定矩形带宽中的方均限值，带宽接近0。

3.2.11随机振幅—在任何瞬间时刻的瞬间振幅不受规定的摆动。随机振动的瞬时幅度可以用概率分布应变量表示，此应变量在给定幅度范围上的积分可得出幅度处于此范围上的时间的概率百分比。

随机振动不含有周期性或非周期性成分。如果随机振动的瞬间量符合高斯分布，则称为高斯随机分布。高斯随机振动属性是rms级别等于标准偏差，或1 sigma，而幅度会在99.7％的时间内是在3sigma以内，或是rms级别的3倍。

3.2.12均方根(rms)—方均值的平方根。有一个例外的情况便是，正弦波的均方根是峰值的0.707倍。

3.2.13Sigma驱动信号削波—振动系统的驱动的或输出信号最大幅度限于一个sigma值或是rms值的倍数。对于3 sigma级别的驱动削波，最大幅度不会超过rms值的3倍。

3.2.14正弦振动—一种周期摆动，只有一种频率的正弦波形。

3.2.15频谱—在规定频率范围内频率分量的定义。

3.2.16自由统计度(DOF)—与PSD的计算有关，自由度是PSD估算的统计准确度。DOF的数值由分析带宽（频率分解率）而定以及样本的总时长（由频率分解率及平均数而定）。公式是DOF = 2BT，B是分析带宽，用Hz表示， T

是总记录时长，用秒表示。

3.2.17传递函数—输出和输入间的动态关系。就振动系统而言，指在规定频率范围上输出响应与恒定输出比。

4. 意义及使用

4.1船运集装箱受处于派发环境中的复杂的动态应力之下。若要接近实际损毁、避免损毁、或是掌握船运经验，需要对集装箱和所装物进行振动试验。这样，会同时激起许多产品及集装箱共振。

4.2在随机振动测试中的共振增大不如在正弦共振暂停或扫描测试中强烈。因此，将共振增大引起的不合现实的疲劳损毁最小化了。

4.3随机振动测试应基于有代表性的现场数据。如果可能，比较实验室测试结果与真实的现场船运效果，可以增加信心。见规程D 4169了解推荐的随机振动测试（见附件X1和附件A2了解相关信息。）

4.4随机振动测试与正弦振动测试之间无直接对等关系。一般而言，难以在正弦和随机间的建立对等测试，因为存在非线性、阻尼及产品响应特性等。

4.5受到振动会影响船运集装箱、其内包装、密封措施及所装物。经过这一测试，可分析这些组件间的相互影响关系。可对一个或多个组件进行设计修改以实现在船运环境中表现出最佳性能。

4.6可用临时或周期数据同时进行多个随机振动测试以模拟这类的已知应力，即，钢轨接头、坑洞等。

4.7随机振动可以沿任意轴向进行（如垂直或水平）也可以是按任何包装方位。对于每一种轴向，应尝试不同的测试级别，具体取决于要模拟的现场环境。

5. 仪器

5.1振动测试系统—振动测试系统（振动机）应有一振动平台，具足够的强度和硬度，使得平台承受测试样本时，施加的振动均匀的分布在整个测试平台上。振动平台应由一机械装置支持，该机械装置要能在要求的频率范围内按连续可变的幅度受控级别产生单一轴向振动输入。应提供合适的夹具和及导向装置限制测试样本不合要求的运动。

5.2电子控制—电子控制应能生成在平台表面测试样本附近产生要求的功率谱密度的振动系统驱动输入。

5.2.1 闭环-自动均衡—要求使用闭环控制器，让操作人员能输入要求的PSD数据。控制器自动生成经过均衡后的振动测试系统驱动信号以达到要求的PSD，进而维持闭环控制。均衡的驱动信号会自动对样本和振动测试系统特性进行补偿。典型的系统包括有一用于处理反馈信号的模－数转换器，一台生产驱动信号的数－模转换器，一台具有实时分析性能的数字处理器，随机振动控制软件程序，图形显示终端，打印机以及数据存储装置。

注2—随机振动系统通常会生成遵照高斯分布的驱动信号。许多系统都有驱动削波的性能，有时会用这一性能保护振动系统或是测试样本，使其免于可能造成损毁的瞬间大振幅。

5.2.2 数据实时分析应到少具有60自由统计度，最大分析带宽为2Hz。

5.3 仪表—要求使用5.2中描述的加速计、信号处理器、分析仪、数据显示存储仪、控制方法在台布上测量并控制PSD 级别。还可能需要仪表监测测试样本的响应。仪表系统的准确度应在为测试规定的频率范围之±5 %以内。

6. 安全防范

6.1这些测试方法可能会在受测样本上产生剧烈的机械响应。因此，围栏、隔板及其它约束措施应具有足够的强度并牢牢固定。操作人员应对潜在危险保持谨慎，并为其安全采取必要防范措施。如果出现危险情况，立即停止测试。

7. 测试样本

7.1测试样本应由用于船运的集装箱构成，载有内部包装及适用设计用途的真实货物。可以采用有缺陷或次品，只是要不影响测试结果并在测试前记录下产品缺陷。如果真实科头跣足有危险或太昂贵，可用模拟测试货物进行测试，如使用了模拟货载，在完成测试后，应评估真实测试物件是能否通过测试。可在尽量减小对测试样本造成的改变的情况下使用传感器取得关于集装箱或经过包装后物件的数据。如有必要在测试过程中观察所装物，可以在集装箱非关键区域切出小孔。

7.2如果集装箱和所装物数量足够，强烈希望进行复制测试以提高所得到的数据统计结果的可靠性。

8. 校正及标准化

8.1用于监测测试参数的仪表及测试设备之准度在进行各个测试前进行验证以确保能维持要求的测试级别及公差。

8.2规定的PSD数据及由此得到的RMS加速级别应基于其它测试标准、附件X1或是在代表性的速度、货载、地形、路面等条件上从典型运输工具上得到现场实测值或是公布的PSD数据。现场实测值应用具足够频率响应及动态范围进行准确地记录以免对加速能量级别造成削弱或干扰。抽取多个独立现场实测值以确保测试级别具有代表性。这一数据应简化成PSD 格式并进行均衡化以便能妥当地控制振动系统。如无规定的PSD数据，建议运用图X1.1中的相关概图。

8.3测试样本的振动机台输入级别应作为各测试系统可重复性的唯一共同基准。因此，建议对基于监测台运动而非实际包装响应进行分析。这一台面反馈信号由直接安装在台面的加速计生成。加速计的安装位置应靠近测试样本或是于台底位样本正下方。

8.4振动机的驱动信号应按5.2所述进行均衡化以对测试样本动力、测试系统的传递应变量、及控制系统的传递应变量补整。

8.4.1在整个测试频率范围上任何频率分析带上，随机振动测试结果曲线示意图中的功率谱密度与规定的要求之间的偏差不得超过± 3 d，但，在10Hz的累积带宽上大至±6 dB的偏差是允许的。此外，整体g rms级别与规定级别之间的偏差在测试过程中不得超过±15 %。

8.4.2可允许的最大均衡器分析带宽为2Hz，允许的最小DOF为60。

8.4.3均衡器分析带宽可能须小于2Hz，具体取决于PSD在相邻2断裂点间的斜率。如果斜率非常陡，应采用较小的带宽以便将控制维持在±3 dB。

8.4.4如果运用了sigma驱动信号削波，削波级别不得小于3.0 sigma。

9. 调节

9.1 在测试前或测试中，或既在测试前也在测试中按适用的说明书要求对样本进行调节。如果无调节要求，而集装箱材料对天气情况敏感，而建议营造调节环境（见规程D4332了解标准调节及特殊调节）。

10. 程序

10.1将测试样本安装在振动—将欲受测装置按其正常船运方位放置，以便让要求的振动条件（垂直或水平）传输至外部集装箱。样本重心应尽可能靠近桌面的中心。除非单元货载、堆叠柱、或是单个装置在装运过程中会牢固的固定，否则它们应允许自由振动，拖车中平整车板上的板条箱便是一例。如果样本没有固定至桌面，约束装置应连接至振动台以防止样本可能从振动台掉下。调整约束装置，让样本能进行在任何水平方向上能离开其中心位置作约10 mm(0.4 in)的自由移动。

10.2开机启动—应采取措施振动，使得在启动时，振动级别不超过PSD的数值。这一条很重要，因为随机振动会产生相对较大的低频位移，且次序杂乱。

10.2.1建议启动测试时，从低于最大级别的6dB开始，一步或多步渐增。这使得闭环控制系统能在低测试级别完成均衡化并为操作人员提供充足的机会在进行最大测试级别测试前直观地验证测试样本及夹具接受的测试是否符合实际。

10.3对随机振动测试维持适用说明书规定的时长（若有）或是预先设定的时长，或是某一时长直到可以检测到预先设定的量。测试时长为最大测试级别的时间，开机时间不包括在内。

10.4常常针对实际现场数据提高测试级别以缩短测试时长。若如此尝试，应多加注意。运用这一种“等值”可呈现出样本对测试输入做出之响应的线性本质，但事实却并非线性。

10.5如果能得到测试物件的船运资料，测试时长或PSD数值应基于观察到的损毁程度该进行修改。

例如，如果实验室测试没有达到实际的损毁程度，则应进行调整。

11. 报告

11.1 报告应包括以下信息：

11.1.1说明使用的是本方法。

11.1.2对测试样本进行识别和描述，包括集装箱、内包装、产品（说明规格、重量、以及其它相关细节）、及测试物件图片（测试前后）（如果可能）。

11.1.3如果测试了单元化货物，对单元化货物、堆叠高度、运用的单元化方法、以及测试物件的照片（测试前后）（如果可能）进行说明。

11.1.4 测试目的及适用的说明书（如果有）。

11.1.5 随机振动PSD 级别针对性的原理，包括对使用的测量和分析方法进行详细说明。 11.1.6 详细说明测试方法、测试级别分析带宽、DOF 、驱动削波、及采用的时长。

11.1.7 验证是否遵照了测试方法，包括实际振动台输入PSD 图，或是对出现的任何偏差进行说明。 11.1.8 各测试的重复次数。

11.1.9 在测试前以及测试过程中测试样本所处的大气条件。 11.1.10 在本测试前，样本进行的任何其它测试。 11.1.11 所使用的仪器和仪表的描述。

11.1.12 测试结果、观察到的测试造成的损毁程度与在船运过程中观察到的真实损毁程度之比较（如果有历史数据）

11.1.13 对测试造成集装箱或所装物损坏或变质进行描述并附图。

11.1.14 有助于正确的解释结果或是改进集装箱、内包装或产品设计的所有明显共振响应及任何观察到的情况，以及

11.1.15 说明测试样本是否遵循了适用的说明书。

12. 精确度和偏差

12.1 由于测试结果是非量化的，所以未就本测试方法的产生随机振动造成的损毁之精度及偏差给出资料。 13. 关键词

13.1 派发环境；随机振动；船运集装箱；振动；振动控制

附件

（非强制信息）XI. 样本PSD 测试

结果曲线图

或派发环境。采用随机振动的人员在使用这类资料前应验证准确度和适用性。

频率－Hz 频率－Hz

图 X1.1 样本商运振动测试结果曲线示意图 图X1.2 样本货车振动测试结果曲线示意图

频率－Hz

货车 铁轨 空运

G 2/Hz

A －片簧 20，000 lb

B －片簧 40，000 lb

C －气垫 5，000 lb

D －气垫 18，000 lb

G 2/Hz

G 2/Hz

图X1.3 ISO13355振动测试结果曲线示意图

XI.2 图Xl.l显示了各类商运的振动强度与频率含量的相对差。

XI.2.1 图Xl.l由多家组织经过长期测试得到的现场实测值而制成。

XI.2.2 图Xl.l中的数据对在各种货载条件、悬挂类型、路面状况、行驶速度等情况下实测的振动强度取平均，但不能反映在任何具体运输环境存在的环境。确切的环境应由使用本方法的人员进行验证。

Xl.2.3 由坑洞、钢轨接头、起飞/着陆着引的瞬变现象未反映于图Xl.l中。

XI.2.4 规程D4169中运用了图XI.1中的结果曲线作为确保级别II测试定义。

XI.2.5 图XI. 1的结果曲线见表Xl.l。

表X1.1 图X1.1 结果曲线（规程D 4169 确保级别II）

货车铁轨空运

频率级别频率级别频率级别

Hz G2/Hz Hz G2/Hz Hz G2/Hz

10.0000510.0000120.0002

40.0120.001120.01

160.01500.0011000.01

400.001900.00043000.00001

800.0012000.00001

2000.00001

整体级别,0.520.29 1.05

grms

X1.3 图X1.2显示由于货车拖车悬吊系统及拖车装载时存在的差别。这些样本测试结果曲线由参考资料(8)而来，

为州际公路上货车以55mph速度行驶得到的合成曲线。.

Xl.3.1 曲线A为载重为20 000 lb （9 072 kg）的片簧拖车。

Xl.3.2 曲线B为载重为40 000 lb（18,144 kg）的片簧拖车。

Xl.3.3 曲线C为载重为5，000 lb（2,268 kg）的气垫拖车。

Xl.3.1 曲线D为载重为18，000 lb（8,165 kg）的气垫拖车。

XI.3.5 图XI. 2的结果曲线见表Xl.2。

X1.4 图X1.3提供了ISO 13355的测试结果曲线作参考，作为可用于模拟一般运输（主要指公路）的指示性的功

率谱密度。

XI.4.1 图XI. 3的结果曲线见表Xl.3。

表X1.2

图X1.2结果曲线

曲线 A

曲线B

曲线C

曲线D

频率Hz 级别g 2

/Hz

频率Hz 级别g 2

/Hz

频率Hz

别g 级别g 2

/Hz

频率Hz 级别g 2/Hz

1 0.001 1 0.0001 1

0.0007 1 0.0015 3 0.01

2 0.0002 2 0.0015 2 0.006 4

0.01 3 0.002 3 0.001 3 0.004 8 0.0001 4 0.002 5 0.00005 5 0.00008 14 0.002 6 0.00005 7 0.00008 6 0.00008 20 0.002 20 0.0006 9 0.00005 7 0.00015 32 0.0001 28 0.0006 20 0.00005 10 0.00009 40 0.0008 50 0.00008 30 0.0002 20 0.00015 55 0.0008 60 0.00008 40 0.00005 30 0.0004 60 0.0001 100

0.000005 50 0.0006 40 0.0002 100 0.00006

60 0.0002 100 0.0002

100

0.0002

Overall Level, g rms 0.26

0.14

0.14

0.17 3 0.0005 6 0.012 18 0.012 40 0.001 200 0.0005 整体级别 g rms

0.59

X2. 样本PSD 振动数据

X2.1 图X2.1、图X2.2及图X2.3的样本PSD 测试结果曲线示意图仅作参考，而无意于准确的描绘一个具体的运输模式或派发环境。采用随机振动的人员在使用这类资料前应验证准确度和适用性。

X2.2 图X2.1显示了货车拖车垂直、横向及纵向方向间存在的差别。这一来自参考资料 （7）的数据反映的是载重为40 0001b (18 144 kg) 的片簧拖车以州际水泥公路上以55 mph 速度行驶。

显示了不同类型铁轨运输间的差别。这些样本源自参数资料（9）和（10），反映的是多个不同长度和

速度的运载段上取的平均数据。

赫兹)

X2.1 样本货车振动数据

垂直

横向

纵向

功率密度

频率 Hz

图. X2.2 样本铁轨振动数据

参考书目

(1) Harris 及Crede.，《冲击及振动手册》,McGraw-Hill ，New York ，NY ，1976。

(2) “方法514.3 振动”， 《环境试验方法与工程指引》，MIL-STD-8J0D ，国防部，1983年7月。.

(3) “制造并运用随机振动的程序（使用盒式磁带卡座）”，海军制造筛选方案，NAVMAT P-9492，海军部， 1979年5月。 (4) Ostrem ，F.E.及Godshall ，W.D.，“常见船运环境评估”，通过技术报告FPL 22，美国林产品实验室，1979。 (5) Andress ，E. A.，“如何编写运输振动测试说明”，DRC-0091J/8J ，科学亚特兰大，光谱动力部, 1981。 (6) Tustin 及Mercado ，《透视随机振动》，Tustin 技术研究所公司，圣巴巴拉，CA ，1984。

(7) Singh ，S. P.，Antle ，J. R.，及Burgess ，G. G.，“商用货车装运之横向、纵向及垂直振动级别比较”，包装技术与科学，第5卷，71-75页，1992。

(8) Singh ，S. P.，及Marcondes ，J.，“商用货车装运振动级别－一种悬吊与净负荷函数”，ASTM JOTE ，1992年9月。 (9) “有盖货车内冲击和振动环境研究”，报告编号DP 7-92，美国铁路协会，1992年11月。 (10) “联合运输环境技术概要”，报告编号DP3-91，美国铁路协会，1991年4月。.

美国试验与材料协会（ASTM International ）对声称与此标准中所提到的任何项目有关的任何专利的有效性不予置评。现明确告知此标准的执行者：有关任何这类专利权的有效性的确认，以及侵犯这类权利的风险，责任完全自负。

主管技术委员会在任何时候将对本标准做出修订，并须每5年审查一次，如未修订，则每5年进行一次重新审批或是予以撤回。欢迎您就本标准的修订或增扩发表意见，请将意见发给至美国试验与材料协会总部。您的意见将会在主管技术委员会的会议上得到充分的考量，并且您也将可以参与该技术讨论会。如果您觉得您的意见未得到公正地考量，请您将您的观点按以下地址通知美国试验与材料协会委员会。

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:

g 2/Hz

A －标准牵引装置有盖货车

B －COF

C 机车

D －89英尺TOFC 机车

C －TOFC 机车