书 书 书犐犆犛 ３１ ． ２００ 犔 ５５ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 /G26 /G27 /G27 /G28 /G29 /G2A 犌犅 ／ 犜 ３８４４７ — ２０２０ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 （ 犕犈犕犛 ） /G26 /G27 犕犈犕犛 /G28 /G29 /G2A /G2B /G2C /G2D /G2E /G2F /G30 /G31 犕犻犮狉狅犲犾犲犮狋狉狅犿犲犮犺犪狀犻犮犪犾狊狔狊狋犲犿狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔 — 犉犪狋犻犵狌犲狋犲狊狋犻狀犵犿犲狋犺狅犱狅犳犕犈犕犛狊狋狉狌犮狋狌狉犲狌狊犻狀犵狉犲狊狅狀犪狀狋狏犻犫狉犪狋犻狅狀 ２０２０  ０３  ０６ /G32 /G33 ２０２０  ０７  ０１ /G34 /G35 /G27 /G28 /G2B /G2C /G2D /G2E /G2F /G30 /G31 /G32 /G27 /G28 /G29 /G2A /G33 /G2F /G30 /G34 /G35 /G36 /G32 /G33目 　　 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… １ 　 范围 １ ……………………………………………………………………………………………………… ２ 　 规范性引用文件 １ ………………………………………………………………………………………… ３ 　 术语和定义 １ ……………………………………………………………………………………………… ４ 　 试验方法 １ ………………………………………………………………………………………………… 　 ４．１ 　 总则 １ ………………………………………………………………………………………………… 　 ４．２ 　 试验设备 １ …………………………………………………………………………………………… 　 ４．３ 　 试验环境 ２ …………………………………………………………………………………………… 　 ４．４ 　 样品要求 ２ …………………………………………………………………………………………… 　 ４．５ 　 试验条件 ３ …………………………………………………………………………………………… 　 ４．６ 　 试验步骤 ３ …………………………………………………………………………………………… 　 ４．７ 　 试验报告 ４ …………………………………………………………………………………………… 附录 Ａ （ 资料性附录 ） 　 集成激振和检测结构静电器件的试验示例 ５ …………………………………… 附录 Ｂ （ 资料性附录 ） 　 外部驱动和集成应变结构 （ 检测位移 ） 器件的试验示例 ８ ……………………… 附录 Ｃ （ 资料性附录 ） 　 基于帕里斯 （ Ｐａｒｉｓ ） 定律和韦伯 （ Ｗｅｉｂｕｌｌ ） 分布的脆性材料疲劳寿命理论 表达式 １０ …………………………………………………………………………… 附录 Ｄ （ 资料性附录 ） 　 分析示例 １３ ………………………………………………………………………… 参考文献 １５ …………………………………………………………………………………………………… 犌犅 ／ 犜 ３８４４７ — ２０２０ 前 　　 言 　　 本标准按照 ＧＢ ／ Ｔ１．１ — ２００９ 给出的规则起草 。 本标准由全国微机电技术标准化技术委员会 （ ＳＡＣ ／ ＴＣ３３６ ） 提出并归口 。 本标准起草单位 ： 北京大学 、 中机生产力促进中心 、 北京智芯传感科技有限公司 、 沈阳国仪检测技术有限公司 、 浙江博亚精密机械有限公司 、 中北大学 、 北京必创科技股份有限公司 。 本标准主要起草人 ： 张威 、 张亚婷 、 于振毅 、 陆学贵 、 朱悦 、 石云波 、 李海斌 、 程逸轩 、 周浩楠 、 陈得民 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ３８４４７ — ２０２０ 微机电系统 （ 犕犈犕犛 ） 技术 犕犈犕犛 结构共振疲劳试验方法 １ 　 范围 本标准规定了 ＭＥＭＳ 结构共振疲劳试验的试验方法 ， 包括设备 、 试验环境 、 样品要求 、 试验条件和试验步骤 。 本标准适用于 ＭＥＭＳ 结构的共振疲劳试验 。 ２ 　 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。 凡是注日期的引用文件 ， 仅注日期的版本适用于本文件 。 凡是不注日期的引用文件 ， 其最新版本 （ 包括所有的修改单 ） 适用于本文件 。 ＧＢ ／ Ｔ２２９８ 　 机械振动 、 冲击与状态监测 　 词汇 ＧＢ ／ Ｔ１０６２３ 　 金属材料 　 力学性能试验术语 ＧＢ ／ Ｔ２６１１１ 　 微机电系统 （ ＭＥＭＳ ） 技术 　 术语 ３ 　 术语和定义 ＧＢ ／ Ｔ２２９８ 、 ＧＢ ／ Ｔ１０６２３ 、 ＧＢ ／ Ｔ２６１１１ 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 ３ ． １ 载荷比 　 犾狅犪犱狉犪狋犻狅 周期加载中最大值和最小值的代数比 。 ３ ． ２ 瞬时破坏强度 　 犻狀狊狋犪狀狋犪狀犲狅狌狊犳犪犻犾狌狉犲狊狋狉犲狀犵狋犺 静态试验或共振振动试验在快速幅值增长过程中的破坏强度 。 ３ ． ３ 参考强度 　 狉犲犳犲狉犲狀犮犲狊狋狉犲狀犵狋犺 静态强度或瞬时破坏强度 。 ４ 　 试验方法 ４ ． １ 　 总则 通过对样品施加预期振动幅值的共振振动进行疲劳试验 。 当样品失效或达到预定的试验时间或次数时 ， 试验结束 。 ４ ． ２ 　 试验设备 ４ ． ２ ． １ 　 概述 试验设备能够对试验结构产生恒定振幅和稳定频率的振动 。 试验系统由激振器 、 拾振传感器 （ 以下 １ 犌犅 ／ 犜 ３８４４７ — ２０２０ 简称传感器 ）、 控制器和记录仪器组成 。 试验系统框图如图 １ 所示 。 图 １ 　 试验系统框图 ４ ． ２ ． ２ 　 激振器 激振器能在所需方向上对样品施加一定振幅和频率的振荡力 。 可使用不同种类的激振器 ， 例如 ， 静电 、 压电 、 热和电磁激振器等 。 激振器也可安装在样品中 。 ４ ． ２ ． ３ 　 拾振传感器 拾振传感器能够测量样品的运动以确定样品试验部位的振幅 。 ４ ． ２ ． ４ 　 控制器 控制器可控制激振器产生振荡力 ， 以保持恒定振幅共振振动 。 根据样品的振动特性 ， 采用下列方法 ： ａ ） 　 闭合回路法 ——— 根据传感器测量信号的变化确定试验部位的共振频率 ， 通过闭环电路维持共振频率 。 ｂ ） 　 开环控制法 ——— 通过激励试验部位 ， 在预定的共振频率和振荡信号幅度下试验 。 在整个试验中 ， 频率和幅度的稳定性应保持在所需值的 ±３％ 内 。 ４ ． ２ ． ５ 　 记录仪器 记录仪器用于监测和采集试验数据或波形曲线 。 ４ ． ３ 　 试验环境 温度 ： １５℃ ～ ３５℃ ； 相对湿度 ： ２０％ ～ ８０％ ； 大气压力 ： ８６ｋＰａ ～ １０６ｋＰａ 。 ４ ． ４ 　 样品要求 ４ ． ４ ． １ 　 共振特性 样品在共振频率下 ， 没有其他接近于试验的共振模式 。 ２ 犌犅 ／ 犜 ３８４４７ — ２０２０ ４ ． ４ ． ２ 　 试验部位 当达到一定应力时 ， 样品有一个试验部位会引起其失效 。 ４ ． ４ ． ３ 　 样品制备 样品制备方法应与用于评估目标的制造方法相同 ， 且两者的形状 、 尺寸和结构也相同 。 样品应能将一个恒定的 、 高量级的振幅通过共振施加到试验部位上 。 样品中可集成一个机械结构 ， 用于激振或检测样品的振幅 。 附录 Ａ 的 Ａ．１ 给出了一种用于激振和检测振幅的样品 ； 附录 Ｂ 的 Ｂ．１ 给出了一种仅用于检测振幅的样品 。 ４ ． ５ 　 试验条件 ４ ． ５ ． １ 　 试验振幅 试验振幅根据样品的参考强度确定 。 参考强度通过 ４．６．１ 的方法确定 。 在试验过程中 ， 可用下列方法之一确定试验振幅 ： ａ ） 　 １００％ 参考强度的恒定振幅 ： 在一定振幅下评估疲劳寿命 ； ｂ ） 从一个高量级的振幅逐渐降低 ： 在很短的时间内获得 ＳＮ 曲线 ； ｃ ） 当样品的数量有限 ， 为获得 ＳＮ 曲线时 ， 从一个低量级的振幅逐渐增加 。 　　 注 ： 硅结构的疲劳试验理论和分析参见附录 Ｃ ， 附录 Ｄ 。 金属材料试验的详细信息参见 ＧＢ ／ Ｔ２４１７６ 。 在 ｂ ） 和 ｃ ） 中 ， 试验振幅降低或增加的步距宜优先选择接近于测量参考强度时振幅的标准偏差 。 ４ ． ５ ． ２ 　 载荷比 试验方法的载荷比为 －１ 。 ４ ． ５ ． ３ 　 振动频率 振动频率为试验部位在共振模式下的频率 ， 或接近它的频率 。 ４ ． ５ ． ４ 　 波形 在不考虑实际波形的情况下 ， 样品的位移波形和试验部位的应力 、 应变的波形可视为正弦波 。 ４ ． ５ ． ５ 　 试验时间 试验时间为规定时间或样品的失效时间 。 根据振动频率 ， 可通过试验循环次数确定试验时间 。 对于寿命与频率无关的材料 ， 如硅 ， 选择试验循环次数作为实际器件的应力循环 ， 参见附录 Ｃ 。 ４ ． ６ 　 试验步骤 ４ ． ６ ． １ 　 测量参考强度 用于测量参考强度的样品采用与试验部位相同的材料和工艺制成 。 如果使用不同形状的样品时 ， 样品表现出与试验部位相同的失效模式 ， 并考虑测量强度的尺寸效应 。 可用下列试验之一确定参考强度 ： ａ ） 　 静态试验 ——— 静态试验中 ， 测量的破坏强度即为参考强度 。 ｂ ） 瞬时疲