Анализ устойчивости печатных узлов бортовой аппаратуры к механическим воздействиям
Акустический шум – беспорядочное распространение звуковых колебаний в атмосфере. Добавление рёбер жёсткости - один из самых эффективных способов повышения устойчивости печатных узлов бортовой аппаратуры воздушного судна к вибрационным воздействиям.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.08.2020 |
| Размер файла | 1,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Анализ устойчивости печатных узлов бортовой аппаратуры к механическим воздействиям
Пантелеев Марк Вадимович
Введение
Из года в год воздушные судна совершенствуются, следовательно, возрастают требования надёжности всех блоков бортовой аппаратуры. При эксплуатации самолётов бортовая аппаратура испытывает большое количество механических нагрузок, что в результате может вывести из строя целую систему.
Одна из важнейших конструкторских задач - обеспечить устойчивое функционирование всех печатных узлов на всех жизненных этапах эксплуатации[1]. Механические воздействия, которые способны негативно повлиять на работу печатных узлов, играют особую роль в функционировании печатных узлов бортовой аппаратуры, а именно нагрузки, которые испытывают элементы печатного узла или сама плата, такие как вибрации, удары и линейные ускорения. Ключевыми факторами являются механические нагрузки, которые испытывают печатные узлы. При превышении коэффициента нагрузки, который указан в техническом задании устройства, печатный узел может некорректно работать и вскоре вовсе выйти из строя, что повлечёт за собой отказ системы.
Устойчивость -способность печатного узла сохранять текущее работоспособное состояние при влиянии внешних воздействий.
В данной работе будут изучены все существующие механические воздействия и их влияние на печатный узел, также будут предложены методы повышения устойчивости к механическим нагрузкам. В роли инструмента будет использована система «АСОНИКА», в частности, подсистема «АСОНИКА-ТМ». С помощью данной подсистемы будет проведено моделирование механических воздействий, близких к реальным при запуске и дальнейшей эксплуатации воздушного судна.
Постановка задачи
Целью выпускной квалификационной работы является проведение анализа устойчивости печатного узла бортовой аппаратуры с учётом внешних механических воздействий.
Для того чтобы добиться цели нужно поставить определённые задачи:
· Изучить все виды внешних механических нагрузок,
· Рассмотреть и изучить все возможные методы для повышения устойчивости печатных узлов бортовой аппаратуры,
· Изучить и провести моделирование механических воздействий,
· Получить результаты моделирования и предложить улучшения для повышения устойчивости печатного узла к механическим нагрузкам,
· Внести конструкторские изменения,
· Осуществить моделирование со всеми внесёнными конструкторскими доработками,
· Сделать выводы по полученным результатам моделирования механических воздействий на печатный узел бортовой аппаратуры.
1. Основы моделирования механических воздействий на печатные узлы
Печатные узлы бортовой аппаратуры при эксплуатации испытывают различные механические нагрузки, рассмотрим их.
Первым в списке механических воздействий является линейное ускорение. Линейное ускорение, как правило, возникает, когда предмет в пространстве перемещается с непостоянной скоростью, т. е. равноускоренно или равнозамедленно. Так как появляется превышение сил тяжести, следовательно, возрастает опасность нагрузок линейных ускорений. Данные нагрузки слабо поддаются ослаблению путём изменения конструкции, и для понижения данного типа воздействий нужно руководствоваться другими методами.
Также на аппаратуру самолета влияет вибрация. Вибрация бывает двух видов, гармоническая и случайная. Вибрация - продолжительное по времени распространение различных волн по конструкциям приборов бортовой аппаратуры.
Акустический шум также оказывает влияние на исправную работу блоков бортовой аппаратуры. Акустический шум - беспорядочное распространение звуковых колебаний в атмосфере. Акустический шум возникает благодаря работе авиационных двигателей и способен вывести аппаратуру из строя.
Также на блоки бортовой аппаратуры могут влиять одиночный или многократный удары. Возникший после удара вибрационный затухающий процесс, в свою очередь, также влияет на работоспособность аппаратуры, поэтому вибрации и удары выступают причиной возникновения сложных картин деформации.
Для дальнейшего определения воздействий вибраций используют понятия как показателиви бропрочности и виброустойчивость.
Виброустойчивость -способность радиоэлектронных средств (РЭС) оставаться работоспособными под воздействием различного рода вибраций, так виброустойчивость определяет, может ли устройство правильно функционировать, сохраняя свои допустимые параметры в пределах, не превышающих их. То есть, виброустойчивость показывает максимально допустимые воздействия нагрузок, которые РЭС способно выдержать в устойчивом рабочем состоянии.
Исследования на вибропрочность позволяют оценить, помимо степени нагрузки, выдерживаемой устройством, также на протяжении какого времени механического воздействия не будут отрицательно влиять на работоспособность устройства.
При транспортировке и эксплуатации различные механические воздействия могут негативно сказаться на исправной работоспособности РЭС. Для инженеров встаёт вопрос обо всех возможных вариантах защиты РЭС.
Усталостные напряжения, которые создаёт вибрация, являются одной из самых опасных разновидностей механических нагрузок и, именно поэтому, основной вектор защиты РЭС направлен на борьбу с вибрациями. Данная защита нацелена на снижение колебательных амплитуд отдельных частей прибора, для её применения используются годами отработанные методы, которые применялись в различных отраслях микроэлектроники, такие как:
· повышение жёсткости печатного узла;
· применение экранирующих установок, активных средств виброзащиты и виброизоляторов;
· усиление амортизирующих свойств элементов платы;
· расположение элементов печатного узла с учётом векторов распространения внешних сил.
Повышение жёсткости печатного узла является единственным среди перечисленных способов, применение которого оправдано на самом уровне печатного узла. Другие способы - наоборот, применимы к более высоким уровням конструкторского моделирования, потому что на уровне мелких элементов с изменением массы и габаритов устройств их эффективность не превышает потерь.
Другими словами, для понижения влияния вибраций на данный печатный узел, сначала нужно уделить пристальное внимание повышению жёсткости конструкции, следуя различным методам, основные из них:
· добавление рёбер жёсткости.
· корректировка геометрических размеров печатного узла, в том числе толщины платы;
· изменение метода крепления платы.
Изменение конструкции крепления, может привести плату к жёсткому защемлению, благодаря этому возможно достигнуть повышения её собственной частоты первого порядка почти в два раза, чего нельзя сказать о собственных частотах второго и третьего порядка. Соответствующая ситуация наблюдается при повышении точечного количества креплений платы. При добавлении количества креплений легко достигнуть того, чтобы собственная частота платы была выше, пример относительно схемы с четырьмя угловыми креплениями показан на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1. Варианты крепления печатной платы
Также устойчивость платы можно повышать с помощью увеличения площади крепления. За счёт увеличения соприкосновения с корпусом надёжность увеличится, что позволит ослабить амплитуду вибровоздействий, что приведёт к повышению устойчивости к механическим воздействиям.
Ещё одним из способов является уменьшение геометрических размеров платы. Благодаря этому способу возможно сместить спектр собственных частот в более высокую область, но данный способ имеет большой минус, поскольку уменьшение площади платы существенно увеличивает плотность элементов, размещаемых на плате. Поэтому данный способ не всегда осуществим.
Повышение жёсткости, увеличение толщины платы приведёт к значительному увеличению массы платы и всей конструкции, к тому же увеличивая толщину платы изменяется тепловой режим.
Одним из самых эффективных способов повышения устойчивости к вибрации является добавление рёбер жёсткости. Важно, чтобы рёбра жёсткости состояли из прочного материала и обязательно фиксировались на плате и на корпусе РЭС.
Исходя из этого следует, что увеличивать жёсткость печатных узлов бортовой аппаратуры возможно несколькими способами, изменяя геометрические размеры платы и её толщину, добавляя количество креплений и устанавливая рёбра жёсткости. При соблюдении всех физических законов и применения всех вышеперечисленных методов будет достигаться качественная защита РЭС от внешних механических воздействий.
Разработка РЭС включает в себя больше количество этапов, где моделирование занимает одну из важнейших ролей. Суть моделирования заключается в оценке надёжности устройств на этапе разработки модели, которая повторяет все основные характеристики разрабатываемого устройства с возможностью вносить конструктивные изменения.
Моделирование и симуляция внешних механических нагрузок, которые могут повлиять на работоспособность, очень важна для этапа создания устройства. Важность данного этапа заключается в экономии денег и времени на проведение реальных испытаний с полностью изготовленным опытным образцом.
Модель - это объект, частично повторяющий свойства изучаемого объекта, используется для изучения поведения и свойств в различного рода условиях.
Моделирование - это процесс создания модели объекта, проведение испытаний и получение выводов на основе результатов.Моделирование содержит два основных этапа:
· Разработка модели;
· Исследование модели и получение результатов.
Если не представляется возможным создать оригинальный объект, то использование модели полностью оправдано. Если же денежные затраты создания модели равны созданию самого объекта моделирования, то применение модели не рационально в связи с погрешностями расчётов.
В итоге применение моделей кратно упрощает работу с различными сложными объектами, но модель должна удовлетворять всем требованиям, которые предъявляются к реальному объекту.
2. Подсистема АСОНИКА-ТМ и добавление механических воздействий
Описание системы АСОНИКА-ТМ
Подсистема АСОНИКА-ТМ - подсистема программного комплекса «АСОНИКА» (автоматизированная система обеспечения надёжности и качества аппаратуры), предназначена для анализа конструкций печатных узлов и радиоэлектронных элементов под влиянием тепловых и механических воздействий [2].
Благодаря данной программе возможно проводить моделирование различных видов воздействий, таких как: механические воздействия (одиночный удар, случайная вибрация, линейное ускорение, акустический шум и многократный удар),стационарные и нестационарные режимы тепловые воздействия.
Исходные и выходные данные при проведении механического моделирования печатного узла
Для проведения моделирования в подсистеме АСОНИКА-ТМ нужно задать определённые входные параметры:
Техническое задание, чертёж печатного узла, в частности платы.
Все основные параметры элементов (масса, координаты посадочных мест и т. д.).
Установить контрольные точки на плате печатного узла,в которых будут измеряться механические характеристики.
В местах креплений платы с блоком задать уровень внешних механических воздействий.
Выходными данными будут получены:
Таблица режимов, где указаны результаты эксперимента (коэффициенты механических нагрузок и перегрузки).
Амплитудно-частотная характеристика в контрольной точке.
Поля механических ускорений.
В работе с подсистемой «АСОНИКА-ТМ» нужно обратиться к перечню всех слоёв в меню слева. Под слоями будет строка «Воздействия», кликнув правой кнопкой мыши, появится строка «Добавить», после чего на экране появится окно, в котором будут отображены все типы воздействий, которые можно задать с помощью данной подсистемы. Затем выбираем «Случайная вибрация» в меню воздействия, необходимо заполнить все вводные параметры, которые должны соответствовать данным из таблицы 2.1.
Таблица 2.1. Параметры воздействия случайной вибрации
|
Параметр воздействия |
Значение параметра |
|
|
Диапазон частоты вибрации от, Гц |
10,00 |
|
|
Диапазон частоты вибрации до, Гц |
2000,00 |
|
|
Шаг по частоте, Гц |
19,90 |
|
|
Диапазон по спектральной плотности от, g2/Гц |
0 |
|
|
Диапазон по спектральной плотности до, g2/Гц |
0,10 |
После внесения данных воздействия появляется вкладка «Воздействие», где нужно ввести график воздействия. На данном графике нужно расставить точки используя правую кнопку мыши, перемещать точки возможно с помощью левой кнопки мыши, удерживая кнопку. Добавив необходимое количество точек, строим кривую (количество точек не ограничено).
По выполнению всех вышеперечисленных шагов получаем график воздействия (рисунок 2.1)
Рисунок 2.1. График воздействия случайной вибрации
Описание значений гармонической вибрации представлено в таблице 2.2, также изображение графика показано на рисунке 2.2.
Таблица 2.2. Параметры воздействия гармонической вибрации
|
Параметр воздействия |
Значение параметра |
|
|
Диапазон частоты вибрации от, Гц |
10,00 |
|
|
Диапазон частоты вибрации до, Гц |
2000,00 |
|
|
Шаг по частоте, Гц |
19,90 |
|
|
Диапазон ускорений от, g |
0 |
|
|
Диапазон ускорений до, g |
1,00 |
Рисунок 2.2. График воздействия гармонической вибрации
В таблице 2.3 представлены данные о одиночном ударе, одиночный удар характеризуется временным диапазоном ускорением и ударным диапазоном. Механические воздействия предоставлены на графике на рисунке 2.3.
Таблица 2.3. Параметры воздействия одиночного удара
|
Параметр воздействия |
Значение параметра |
|
|
Диапазон времени ударного воздействия от, мс |
0,00 |
|
|
Диапазон времени ударного воздействия до, мс |
5,00 |
|
|
Шаг по времени, мс |
0,05 |
|
|
Диапазон по ускорению от, g |
0,00 |
|
|
Диапазон по ускорению до, g |
10,00 |
|
|
Интервал затухания, мс |
0,15 |
Рисунок 2.3. График воздействия одиночного удара
В отличие от одиночного удара многократный удар описывается помимо совпадающих параметров ещё и количеством импульсов, и интервалами по времени между данными импульсами. Данные о воздействии представлены в таблице 2.4. График воздействия представлен на рисунке 2.4.
Таблица 2.4. Параметры воздействия многократного удара
|
Параметр воздействия |
Значение параметра |
|
|
Диапазон времени ударного воздействия от, мс |
0,00 |
|
|
Диапазон времени ударного воздействия до, мс |
10,00 |
|
|
Шаг по времени, мс |
0,10 |
|
|
Диапазон по ускорению от, g |
0,00 |
|
|
Диапазон по ускорению до, g |
100,00 |
|
|
Количество импульсов |
3 |
|
|
Шаг между импульсами, мс |
15 |
|
|
Интервал затухания, мс |
50 |
|
|
Количество точек |
3 |
Рисунок 2.4. График воздействия многократного удара
Входные данные линейного ускорения отображаются в таблице 2.5. График воздействия представлен на рисунке 2.5.
Таблица 2.5. Параметры воздействия линейного ускорения
|
Параметр воздействия |
Значение параметра |
|
|
Диапазон времени воздействия от, мс |
0,00 |
|
|
Диапазон времени воздействия до, мс |
100 |
|
|
Шаг по времени, мс |
1,00 |
|
|
Диапазон по ускорению от, g |
0,00 |
|
|
Диапазон по ускорению до, g |
150,00 |
|
|
Количество точек |
16 |
Рисунок 2.5. График воздействия линейного ускорения
Воздействие акустического шума определяется частотами шума и давлением шума, эти данные перечислены в таблице 2.6, а график воздействия представлен на рисунке 2.6.
Таблица 2.6. Параметры воздействия акустического шума
|
Параметр воздействия |
Значение параметра |
|
|
Диапазон частоты шума от, Гц |
0,00 |
|
|
Диапазон частоты шума до, Гц |
1,00е+04 |
|
|
Шаг по частоте, Гц |
100,00 |
|
|
Диапазон по давлению от, дБ |
0,00 |
|
|
Диапазон по давлению до, дБ |
170,00 |
|
|
Количество точек |
6 |
Рисунок 2.6. График воздействия акустического шума
3. Проведение моделирования внешних механических воздействий
Практическая часть ВКР будет описана в данной главе. В ходе работы были произведены расчёты механических режимов платы блока бортовой аппаратуры. Данный блок представляет собой сетевое устройство, входящее в состав питания бортового авиационного оборудования. Блок предназначен для формирования стабилизированного напряжения питания бортовой аппаратуры.
Блок должен быть стойким, прочным и устойчивым к воздействию внешних воздействующих факторов в соответствии с требованиями, предъявляемыми к аппаратуре по ГОСТ РВ 20.39.304. Инструментом моделирования в данной работе являлась подсистема «АСОНИКА-ТМ».
Описание объекта исследования
· Габаритные размеры печатного узла - 140х94х2 мм.
· Масса печатного узла с элементами -0,304 кг.
· Форма сечения платы - прямоугольная.
· Допустимый коэффициент нагрузки - 0.8.
· Материал платы - СФ -1-35, его свойства перечислены в таблице 3.1.
Таблица 3.1. Свойства материала платы
|
Материал |
СФ-1-35 |
||
|
Плотность, кг/м3 |
1850 |
||
|
Модуль упругости, ГПа |
19,9 |
||
|
Коэффициент Пуассона |
0,22 |
||
|
КМП |
для вибрации |
2.64E-03 |
|
|
для удара |
2.64E-03 |
||
|
Коэффициент зависимости КМП от напряжения, 1/Па |
для вибрации |
7.46E-10 |
|
|
для удара |
7.46E-10 |
Вид модуля представлен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1. Печатный узел блока бортовой аппаратуры (общий вид)
На рисунке 3.2 показан печатный узел бортовой аппаратуры и расположение креплений на нём.
Рисунок 3.2. Печатный узел блока бортовой аппаратуры в подсистеме «АСОНИКА-ТМ» (первая сторона ПУ)
В данной главе будет описана последовательность проведения моделирования внешних механических воздействий на печатный узел бортовой аппаратуры, таких как:
· Случайная вибрация;
· Гармоническая вибрация;
· Одиночный удар;
· Многократный удар;
· Линейное ускорение;
· Акустический шум.
В данной работе моделирование проводились в несколько этапов. На первом этапе нужно было изучить, каким воздействиям подвергается первичный вариант печатного узла, а затем вносить конструкторские изменения для повышения устойчивости к воздействиям, которые моделируются. Изменения и дополнения вносятся до тех пор, пока коэффициенты нагрузок печатного узла не будут удовлетворять заданным значениям, которые указаны в техническом задании. Для того чтобы определить устойчивость печатного узла к заданным нагрузкам, нужно после каждого изменения в конструкции для улучшения того или иного показателя проводить моделирование всех выше указанных видов механических воздействий.
Проведение моделирования и обработка результатов включает в себя несколько этапов. В самом начале проводились опыты, где внимание уделялось амплитудно-частотной характеристике, благодаря АЧХ можно было узнать именно ту частоту, на которой печатный узел испытывает максимальные коэффициенты нагрузок, что вероятно приводит к перегрузкам на данном участке печатного узла. Также к результатам моделирования относится таблица режимов, где указаны:
· Перечень элементов;
· Наименование ЭРИ;
· Частота;
· Ускорение;
· Ускорение по НДТ;
· Коэффициент нагрузки;
· Перегрузка.
Коэффициент нагрузки - отношение значений выходных величин к заданным величинам в нормативно-технической документации (НТД).
Также при проведении экспериментов моделирования возможно наглядно увидеть,на каком из участков печатного узла появились перегрузки.Для этого в подсистеме «АСОНИКА-ТМ» имеются режимы с отображением платы в пространстве или плоскости.
Наименьшее внимание будет уделено воздействию акустического шума, поскольку при проведении моделирования данного воздействия на печатный узел и при добавлении улучшений в конструкцию печатного узла перегрузок не наблюдается. Следовательно, акустический шум никак не повлияет на работоспособность данного печатного узла.
Если в ходе экспериментов моделирования коэффициент нагрузки не превышает 0.8, то такой печатный узел удовлетворяет требованиям технического задания и может быть использован в производстве и дальнейшей эксплуатации.
Первым этапом было моделирование внешних механических воздействий на данный печатный узел в его первоначальном виде. Далее будут показаны результаты после каждого вида воздействий, также краткое описание.
По итогам проведения моделирования мы видим картину, когда79.1% элементов испытывают перегрузки и также у 97.5% элементов коэффициент механических нагрузок выше заданной по техническому заданию. Таблицу режимов можно увидеть в Приложении А.
Отсюда следует вывод, что данный печатный узел в данной конструкторской конфигурации не выдерживает воздействия, оказанного на него. На рисунке 3.3 видно поле ускорений элементов данного печатного узла.
Рисунок 3.3. Поле ускорений элементов печатного узла бортовой аппаратуры при воздействии случайной вибрации
При оказании данного воздействия наблюдается, что у 47.5% элементов наблюдается значительно высокие перегрузки, также у 69.1% элементов наблюдаются превышающие коэффициенты нагрузки, что говорит нам о том, что они также могут получить перегрузку, что не соответствует техническому заданию. Таблицу режимов можно увидеть в Приложении Б, на рисунке 3.4 показано поле ускорений печатного узла.
Рисунок 3.4. Поле ускорений элементов печатного узла бортовой аппаратуры при воздействии гармонической вибрации
При воздействии одиночного удара на печатный узел бортовой аппаратуры, перегрузок не наблюдается. Самый высокий коэффициент нагрузки наблюдается на элементе DV13 и составляет 41%, что полностью удовлетворяет техническому заданию. Таблицу режимов можно увидеть в Приложении В. На рисунке 3.5 показано поле ускорений элементов печатного узла.
Рисунок 3.5. Поле ускорений элементов печатного узла бортовой аппаратуры при воздействии одиночного удара
Результаты моделирования воздействия многократного удара показали, что 65.8% элементов испытывают перегрузки, также коэффициент нагрузки превышает заданный по техническому заданию у 72.5% элементов. Таблицу режимов можно увидеть в Приложении Г, на рисунке 3.6 показаны поля ускорений при многократном ударе.
Рисунок 3.6. Поле ускорений элементов печатного узла бортовой аппаратуры при воздействии многократного удара
При проведении моделирования линейного ускорения все элементы на плате показали перегрузки, таблицу режимов можно увидеть в Приложение Г, на рисунке 3.7 показаны поля ускорений участков ЭРИ.
Рисунок 3.7. Поле ускорений элементов печатного узла бортовой аппаратуры при воздействии линейного ускорения
Как говорилось выше, воздействие акустического шума никак не влияет на появление перегрузок на элементах платы, также самый высокий коэффициент нагрузки составляет на элементе С26 - 5.15е-03.
По результатам исследований печатный узел бортовой аппаратуры в изначальной его конфигурации имеет характеристики, которые не удовлетворяют требованиям технического задания.
Одним из первых методов по повышению устойчивости печатного узла является изменение толщины платы. Изначально толщина платы составляла 2мм,и первичное моделирование было неудовлетворительно по показаниям коэффициентов нагрузок и перегрузок. Толщина платы была увеличена до 3 мм, результаты будут представлены далее.
По сравнению с предыдущим испытанием результаты показали, что печатный узел после внесения конструктивных изменений, стал более не устойчивым. В первом случае у элемента XT7 коэффициент нагрузки равен 1.55, перегрузка равна 22.04 против полученных 3.13 и 85.21.
Сравнивая показания результатов с предыдущим моделированием, можно с уверенностью сказать, что печатный узел также менее устойчив при внесении конструкторских изменений. В сравнение показаний на плате мы видим, что в первом случае XT7 испытывал коэффициент нагрузки 1.23 и перегрузку 9.07 в новом испытании максимальная перегрузка составила на элементе С14 и составила 85.63.
При воздействии одиночного удара на печатный узел бортовой аппаратуры, как и в предыдущем испытании перегрузок не наблюдается. Самый большой коэффициент нагрузки у элемента R36и составляет 0.24, что соответствует требованиям технического задания.
Результат моделирования воздействия многократного удара показал, что перегрузка на элементе R36стала меньше и составляет 1029.5 в предыдущем эксперименте перегрузка на данном элементе составляла 2120.67. Внесение конструкторских изменений в плату повысило устойчивость, но до сих пор не соответствует требованиям технического задания.
При проведении моделирования воздействия линейное ускорение на печатный узел бортовой аппаратуры, результат моделирования показаль перегрузки, максимальная на элементе С14 и составляет 2762.9что значительно больше, чем в предыдущем испытании без внесения конструкторских изменений.
Воздействие акустического шума оказало меньшее влияние благодаря утолщению платы, максимальный коэффициент нагрузки снизился, т. е. плата стала более устойчивой при воздействии акустического шума.
Так как повышение толщины печатной платы не сильно повысило устойчивость печатного узла бортовой аппаратуры. Следующим шагом является использование и добавление рёбер жёсткости для повышения устойчивости.
Исходя из всех выше проведённых опытов можно сделать вывод, что толщину платы нужно оставить 3 мм, также плата должна быть усилена рёбрами жёсткости на участках, где имеется больший коэффициент нагрузки. Так как процент плотности заполнения высок рёбра жёсткости будут установлены на стороне 2. На рисунке 3.8 показаны места креплений рёбер жесткости.
Рисунок 3.8. Места расположения добавленных рёбер жёсткости (сторона 2)
акустический вибрационный печатный
Сведения о рёбрах жёсткости
Рёбра жёсткости установлены в места с наиболее высокими коэффициентами нагрузок, которые мы получили выше. Данные о рёбрах жёсткости перечислены в таблице 3.2.
Таблица 3.2. Основные характеристики рёбер жёсткости
|
Материал |
Медь |
|
|
Плотность, кг/м3 |
8930 |
|
|
Размер по оси Х, мм |
25 |
|
|
Размер по оси Y, мм |
5 |
|
|
Толщина, мм |
3 |
|
|
Количество |
4 |
Ниже будут представлены результаты проведения моделирования механических воздействий при внесении конструкторских изменений, в частности, добавление рёбер жесткости.
При моделировании воздействия случайная вибрация как видно на рисунке 3.9 с добавления рёбер жесткости удалось добиться повышение устойчивости печатного узла максимальный коэффициент нагрузки составляет 0.34 на элементе С54, что советует требованиям технического задания.
Рисунок 3.9. Поля ускорений элементов печатного узла бортовой аппаратуры с добавленными рёбрами жёсткости при воздействии случайной вибрации
В данном случае при проведении моделирования воздействия гармонической вибрации видно на рисунке 3.10, что воздействие полностью и равномерно распределяется по поверхности всей платы максимальный коэффициент нагрузки равен 0.02 на элементе XT6, что соответствует требованиям технического задания.
Рисунок 3.10. Поля ускорений элементов печатного узла бортовой аппаратуры с добавленными рёбрами жёсткости при воздействии гармонической вибрации
При моделировании воздействия одиночного удара на печатный узел бортовой аппаратуры, перегрузок не наблюдается. Самый высокий коэффициент нагрузки наблюдается на элементе C52и составляет 0.06, что полностью удовлетворяет техническому заданию. На рисунке 3.11 показаны поля ускорений элементов печатного узлас применением рёбер жесткости.
Рисунок 3.11. Поля ускорений элементов печатного узла бортовой аппаратуры с добавленными рёбрами жёсткости при воздействии одиночного удара
При проведении моделирования воздействия многократного удара на печатный узел бортовой аппаратуры перегрузок не наблюдается. Максимальный коэффициент нагрузки составляет 0.64 на элементе R2. На рисунке 3.12 показаны поля ускорений элементов печатного узла.
Рисунок 3.12. Поля ускорений элементов печатного узла бортовой аппаратуры с добавленными рёбрами жёсткости при воздействии многократного удара
При проведении моделирования линейного ускорения на плате и элементах печатного узла перегрузок не обнаружено. Максимальный коэффициент перегрузок составляет 0.77 на элементе VD13, что соответствует требованиям технического задания. На рисунке 3.13 показаны поля ускорений элементов.
Рисунок 3.13. Поля ускорений элементов печатного узла бортовой аппаратуры с добавленными рёбрами жёсткости при воздействии линейного ускорения
Как упоминалось выше, воздействие акустического шума никак не влияет на появление перегрузок элементов на плате, при внесении конструкторских доработок самый высокий коэффициент нагрузки составляет на элементеR2-8.79е-03.
По результатам конструкторских доработок печатный узел бортовой аппаратуры стал обладать характеристиками, которые полностью удовлетворяют всем требованиям надёжности по техническому заданию.
Можно с уверенностью сказать, что придобавлении рёбер жёсткости можно полностью решить проблему появления перегрузок на всей поверхности платы печатного узла бортовой аппаратуры. Добавив конструкторское изменения в виде увеличения толщины платы с 2 мм до 3 мм и добавлением рёбер жёсткости, проведя моделирование всех шести механических воздействий, печатный узел показал во всех экспериментах устойчивое положение ко всем внешним механическим воздействиям и коэффициенты нагрузок не превышали 0.8.
По условиям технического задания работоспособность печатного узла бортовой аппаратуры считалась мало устойчивой, если хоть при одном из всех воспроизведённых при моделировании внешних воздействий наблюдались коэффициенты нагрузки выше 0.8, и, если же коэффициенты нагрузки на всех элементах не превышают 0.8, то печатный узел бортовой аппаратуры успешно прошёл часть испытаний.
Первым этапом выполнения выпускной квалификационной работы было проведено моделирование механических воздействий при его изначальной конструкторской конфигурации и были получены перегрузки почти всех имеющихся элементов на плате, также были выявлены более уязвимые места самой платы.
Затем в печатный узел бортовой аппаратуры были внесены некоторые конструкторские изменения и вновь проводилось моделирование механических воздействий. Список внесённых конструкторских изменений:
1. Увеличение толщины платы с 0.8 мм до 2 мм.
2. Установка в конструкцию печатного узла рёбер жесткости 100х5х5 и 10х15х5 мм.
Поскольку плотность заполнения платы элементами плотная, конструкторское решение по добавлению креплений или увеличение радиуса уже имеющихся креплений невозможна, так как не хватит свободной от элементов платы площади.
При изменении толщины платы не удалось полностью избавиться от перегрузок на определённых элементах. Именно поэтому были добавлены рёбра жёсткости, которые повлияли положительно на увеличение устойчивости к механическим воздействиям.
При добавленных в конструкцию рёбер жёсткости максимальный коэффициент нагрузки на элементе при воздействии линейного ускорения составил 0.76, тем самым не превысив границу допусков, заданных по техническому заданию.
Можно с уверенностью сказать, что конструкторское вмешательство как добавление рёбер жёсткости и увеличение толщины платы печатного узла бортовой аппаратуры полностью решило поставленную задачу для увеличения устойчивости и надёжной работы при всех заданных механических воздействиях. Данный печатный узел бортовой аппаратуры может бесперебойно функционировать при всех механических внешних воздействиях и не испытывать перегрузок на элементах.
Заключение
Воздушные суда и вся аппаратура, входящая в их состав, при эксплуатации подвергаются множеству внешних воздействий. Каждое из воздействий может иметь негативные последствия для дальнейшей работоспособности элементов аппаратуры или всего воздушного судна в целом. Рассматриваемый тип воздействий -- это внешние механические воздействия на печатный узел бортовой аппаратуры. Влияние данных воздействий определяется возможностью появления в конструкции печатного узла бортовой аппаратуры возникновений напряжений, деформаций и ускорений участков. На этапе конструкторских разработок все элементы аппаратуры проходят моделирование. Среди ряда моделирований существует также моделирование механических воздействий на определенные печатные узлы, чтобы избежать выхода из строя при эксплуатации, все печатные узлы проверяют на внешние механические воздействия с учётом результатов вносят конструкторские изменения. В рамках данной выпускной квалификационной работы уделено особое внимание механическим воздействиям. Для увеличения устойчивости печатного узла бортовой аппаратуры могут использоваться различные способы, которые рассмотрены и описаны в данной работе. АСОНИКА-ТМ является подсистемой программного комплекса «АСОНИКА» и позволяет проводить моделирование испытаний всех необходимых механических воздействий.
Одной из главных целей было достижение устойчивой работоспособности печатного узла бортовой аппаратуры при проведении моделирования вышеперечисленных внешних механических воздействий.
Добиться цели удалось с помощью увеличения толщины платы и внесения в конструкцию печатного узла рёбер жёсткости.
Список литературы
1. Е.И. Кротова - Основы конструирования и технологии производства РЭС. Основы конструирования и технологии производства РЭС: учеб. пособие / Е. И. Кротова; Яросл. гос. ун-т им. П. Г. Демидова. - Ярославль: ЯрГУ, 2013. - 192 с.
2. АСОНИКА-ТМ - руководство пользователя.
3. К.К. Васильев, М.Н. Служивый - Математическое моделирование систем связи: учеб. пособие / К. К. Васильев, М. Н. Служивый. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 170 с.
4. И.А. Лозовой - Методика анализа радиоэлектронных модулей на механическую прочность [Текст] / И.А. Лозовой, А.В. Турецкий. // Радиотехника. - 2013. - No3.- С. 85-88.
5. А.А. Сухобрус, В.А.Ткаченко - Конструирование печатных узлов: учеб. пособие / А.А. Сухобрус, В.А. Ткаченко. - Харьков: Харьк. Авиац. Ин-т,1990. - 105 с.
6. Е.Н. Талицкий, Механические воздействия и защита электронной аппаратуры: учеб. пособие: в 3 ч. Ч. 2. / Е. Н. Талицкий; Владим. гос. ун-т. - Владимир: Ред.-издат. комплекс ВлГУ, 2005. -124 с.
7. ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения - с Изменением N 1, утвержденным в феврале 1986 г. (ИУС 6-86).
8. М.Д. Токарев, Е.Н. Талицкий, В.А. Фролов. "Механические воздействия и защита радио- электронной аппаратуры" М. Радио и связь, 1984 - 224с.
9. Бахвалова С.А. Основы конструирования РЭС. Часть 2. Учеб. пособие. - м.: МИЭТ, 2012 - 156с.
Приложение А
Таблица 1
|
KАРТА МЕХАHИЧЕСKИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭРИ |
||||||
|
(при случайной вибрации) |
||||||
|
Обозначение ЭРИ |
Сторона |
Ускорение ЭРИ |
Коэффициент механической нагрузки, относит. единиц |
Перегрузка, g |
||
|
Максимальное расчетное, g |
Максимальное допустимое по ТУ, g |
|||||
|
VD13 |
1 |
82,90 |
40,00 |
2,07 |
42,90 |
|
|
C26 |
1 |
69,50 |
40,00 |
1,74 |
29,50 |
|
|
C34 |
1 |
69,50 |
40,00 |
1,74 |
29,50 |
|
|
L3 |
1 |
67,72 |
40,00 |
1,69 |
27,72 |
|
|
R2 |
1 |
66,50 |
40,00 |
1,66 |
26,50 |
|
|
VT13 |
1 |
66,03 |
40,00 |
1,65 |
26,03 |
|
|
C2 |
1 |
65,64 |
40,00 |
1,64 |
25,64 |
|
|
DA7 |
1 |
62,68 |
40,00 |
1,57 |
22,68 |
|
|
XT7 |
1 |
62,04 |
40,00 |
1,55 |
22,04 |
|
|
C27 |
1 |
61,96 |
40,00 |
1,55 |
21,96 |
|
|
C54 |
1 |
61,60 |
40,00 |
1,54 |
21,60 |
|
|
VD14 |
1 |
61,60 |
40,00 |
1,54 |
21,60 |
|
|
XT5 |
1 |
60,89 |
40,00 |
1,52 |
20,89 |
|
|
R35 |
1 |
59,48 |
40,00 |
1,49 |
19,48 |
|
|
R36 |
1 |
59,48 |
40,00 |
1,49 |
19,48 |
|
|
VT4 |
1 |
59,48 |
40,00 |
1,49 |
19,48 |
|
|
Q1 |
1 |
58,97 |
40,00 |
1,47 |
18,97 |
|
|
C31 |
1 |
57,53 |
40,00 |
1,44 |
17,53 |
|
|
R25 |
1 |
57,53 |
40,00 |
1,44 |
17,53 |
|
|
C55 |
1 |
57,53 |
40,00 |
1,44 |
17,53 |
|
|
C22 |
1 |
57,36 |
40,00 |
1,43 |
17,36 |
|
|
XS1 |
1 |
57,35 |
40,00 |
1,43 |
17,35 |
|
|
VD7 |
1 |
55,83 |
40,00 |
1,40 |
15,83 |
|
|
C35 |
1 |
54,41 |
40,00 |
1,36 |
14,41 |
|
|
C33 |
1 |
54,41 |
40,00 |
1,36 |
14,41 |
|
|
C12 |
1 |
54,23 |
40,00 |
1,36 |
14,23 |
|
|
C4 |
1 |
53,83 |
40,00 |
1,35 |
13,83 |
|
|
R22 |
1 |
52,86 |
40,00 |
1,32 |
12,86 |
|
|
R51 |
1 |
52,86 |
40,00 |
1,32 |
12,86 |
|
|
C23 |
1 |
52,44 |
40,00 |
1,31 |
12,44 |
|
|
VT11 |
1 |
52,41 |
40,00 |
1,31 |
12,41 |
|
|
XT6 |
1 |
51,84 |
40,00 |
1,30 |
11,84 |
|
|
C18 |
1 |
51,84 |
40,00 |
1,30 |
11,84 |
|
|
C46 |
1 |
51,45 |
40,00 |
1,29 |
11,45 |
|
|
R34 |
1 |
51,45 |
40,00 |
1,29 |
11,45 |
|
|
C15 |
1 |
51,45 |
40,00 |
1,29 |
11,45 |
|
|
C16 |
1 |
51,45 |
40,00 |
1,29 |
11,45 |
|
|
DD4 |
1 |
51,45 |
40,00 |
1,29 |
11,45 |
|
|
R40 |
1 |
51,21 |
40,00 |
1,28 |
11,21 |
|
|
C20 |
1 |
50,89 |
40,00 |
1,27 |
10,89 |
|
|
FU1 |
1 |
50,75 |
40,00 |
1,27 |
10,75 |
|
|
VT9 |
1 |
50,68 |
40,00 |
1,27 |
10,68 |
|
|
C49 |
1 |
50,38 |
40,00 |
1,26 |
10,38 |
|
|
DA6 |
1 |
50,38 |
40,00 |
1,26 |
10,38 |
|
|
VT19 |
1 |
50,38 |
40,00 |
1,26 |
10,38 |
|
|
VT10 |
1 |
50,08 |
40,00 |
1,25 |
10,08 |
|
|
R8 |
1 |
49,71 |
40,00 |
1,24 |
9,71 |
|
|
R3 |
1 |
49,71 |
40,00 |
1,24 |
9,71 |
|
|
XT1 |
1 |
49,71 |
40,00 |
1,24 |
9,71 |
|
|
XT3 |
1 |
49,71 |
40,00 |
1,24 |
9,71 |
|
|
R7 |
1 |
49,71 |
40,00 |
1,24 |
9,71 |
|
|
C9 |
1 |
49,71 |
40,00 |
1,24 |
9,71 |
|
|
C14 |
1 |
48,75 |
40,00 |
1,22 |
8,75 |
|
|
DA4 |
1 |
48,62 |
40,00 |
1,22 |
8,62 |
|
|
XT2 |
1 |
47,65 |
40,00 |
1,19 |
7,65 |
|
|
R16 |
1 |
46,88 |
40,00 |
1,17 |
6,88 |
|
|
C52 |
1 |
46,88 |
40,00 |
1,17 |
6,88 |
|
|
R15 |
1 |
46,88 |
40,00 |
1,17 |
6,88 |
|
|
C7 |
1 |
46,88 |
40,00 |
1,17 |
6,88 |
|
|
XT8 |
1 |
46,88 |
40,00 |
1,17 |
6,88 |
|
|
VT5 |
1 |
46,25 |
40,00 |
1,16 |
6,25 |
|
|
C25 |
1 |
46,25 |
40,00 |
1,16 |
6,25 |
|
|
R1 |
1 |
45,77 |
40,00 |
1,14 |
5,77 |
|
|
T1 |
1 |
45,36 |
40,00 |
1,13 |
5,36 |
|
|
C6 |
1 |
44,98 |
40,00 |
1,12 |
4,98 |
|
|
VD8 |
1 |
44,98 |
40,00 |
1,12 |
4,98 |
|
|
XT9 |
1 |
44,98 |
40,00 |
1,12 |
4,98 |
|
|
C1 |
1 |
44,89 |
40,00 |
1,12 |
4,89 |
|
|
C5 |
1 |
44,74 |
40,00 |
1,12 |
4,74 |
|
|
R41 |
1 |
42,92 |
40,00 |
1,07 |
2,92 |
|
|
R45 |
1 |
42,92 |
40,00 |
1,07 |
2,92 |
|
|
R50 |
1 |
42,92 |
40,00 |
1,07 |
2,92 |
|
|
R46 |
1 |
42,92 |
40,00 |
1,07 |
2,92 |
|
|
R12 |
1 |
42,92 |
40,00 |
1,07 |
2,92 |
|
|
R42 |
1 |
42,92 |
40,00 |
1,07 |
2,92 |
|
|
R49 |
1 |
42,92 |
40,00 |
1,07 |
2,92 |
|
|
C45 |
1 |
42,92 |
40,00 |
1,07 |
2,92 |
|
|
C48 |
1 |
42,72 |
40,00 |
1,07 |
2,72 |
|
|
VT3 |
1 |
42,72 |
40,00 |
1,07 |
2,72 |
|
|
C8 |
1 |
42,72 |
40,00 |
1,07 |
2,72 |
|
|
C47 |
1 |
42,72 |
40,00 |
1,07 |
2,72 |
|
|
R10 |
1 |
42,72 |
40,00 |
1,07 |
2,72 |
|
|
C50 |
1 |
42,72 |
40,00 |
1,07 |
2,72 |
|
|
C19 |
1 |
42,72 |
40,00 |
1,07 |
2,72 |
|
|
R11 |
1 |
42,72 |
40,00 |
1,07 |
2,72 |
|
|
C11 |
1 |
42,27 |
40,00 |
1,06 |
2,27 |
|
|
C24 |
1 |
42,26 |
40,00 |
1,06 |
2,26 |
|
|
R19 |
1 |
42,22 |
40,00 |
1,06 |
2,22 |
|
|
R4 |
1 |
42,09 |
40,00 |
1,05 |
2,09 |
|
|
VD9 |
1 |
41,27 |
40,00 |
1,03 |
1,27 |
|
|
VD5 |
1 |
40,88 |
40,00 |
1,02 |
0,88 |
|
|
VD12 |
1 |
40,78 |
40,00 |
1,02 |
0,78 |
|
|
VD4 |
1 |
40,78 |
40,00 |
1,02 |
0,78 |
|
|
R20 |
1 |
40,78 |
40,00 |
1,02 |
0,78 |
|
|
VD3 |
1 |
40,43 |
40,00 |
1,01 |
0,43 |
|
|
C10 |
1 |
39,80 |
40,00 |
0,99 |
- |
|
|
L1 |
1 |
39,46 |
40,00 |
0,99 |
- |
|
|
DA1 |
1 |
38,83 |
40,00 |
0,97 |
- |
|
|
C28 |
1 |
38,10 |
40,00 |
0,95 |
- |
|
|
XT4 |
1 |
37,72 |
40,00 |
0,94 |
- |
|
|
VT17 |
1 |
37,56 |
40,00 |
0,94 |
- |
|
|
VT12 |
1 |
37,56 |
40,00 |
0,94 |
- |
|
|
R37 |
1 |
37,56 |
40,00 |
0,94 |
- |
|
|
C21 |
1 |
37,44 |
40,00 |
0,94 |
- |
|
|
VT14 |
1 |
37,40 |
40,00 |
0,93 |
- |
|
|
VD2 |
1 |
35,90 |
40,00 |
0,90 |
- |
|
|
C29 |
1 |
35,71 |
40,00 |
0,89 |
... |
Подобные документы
Назначение бортовой аппаратуры "Курс МП-70". Разновидности азимутальных маяков VOR. Процесс формирования сигнала VOR. Суммарный сигнал VOR на выходе приемника. Основные технические характеристики курсовых приемников VOR, ILS и глиссадного ILS (СП-50).
реферат [211,1 K], добавлен 26.02.2011Общие и тактико-технические требования к конструкции бортовой аппаратуры. Блок ввода данных для энергонезависимого хранения и выдачи в бортовую ЭВМ данных полетного задания, а также приема данных регистрации. Структурная схема и разработка конструкции.
дипломная работа [207,2 K], добавлен 16.04.2012Конструирование устройства ультразвукового отпугивателя грызунов; анализ аналогов и прототипов. Расчет тепловых характеристик, определение устойчивости к механическим воздействиям; распределение элементов на печатной плате; габаритные параметры корпуса.
курсовая работа [980,1 K], добавлен 08.08.2013Экранирование электромагнитных полей. Процесс экранирования электромагнитного поля при падении плоской волны на бесконечно протяженую металлическую пластину. Экранирование узлов радиоэлектронной аппаратуры. Экранирование высокочастотных катушек, контуров.
реферат [120,2 K], добавлен 19.11.2008Выбор состава и орбитального построения космической навигационно-информационной системы (выбор числа орбит, числа орбитальных элементов системы и определение параметров). Разработка структурной схемы бортовой целевой аппаратуры навигационного спутника.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 18.07.2014Анализ требований по устойчивости к внешним воздействиям. Выбор материалов для изготовления печатной платы и способов защиты устройства от дестабилизирующих факторов. Методы обеспечения надёжности РЭА, его ориентировочный расчёт. Сборка печатного узла.
курсовая работа [87,9 K], добавлен 30.01.2015Сущность и параметры надежности как одного из основных параметров радиоэлектронной аппаратуры. Характеристика работоспособности и отказов аппаратуры. Количественные характеристики надежности. Структурная надежность аппаратуры и методы ее повышения.
реферат [1,5 M], добавлен 17.02.2011Произведение расчета автогенератора, спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя, развязывающего устройства, электрических фильтров, выходного усилителя с целью проектирования прибора, вырабатывающего несколько гармонических колебаний.
курсовая работа [707,6 K], добавлен 04.06.2010Материалы, используемые при изготовлении однослойных печатных плат. Маркировка печатных плат, контроль и автоматизация технологического процесса изготовления однослойных печатных плат. Система печатных проводников. Длина сигнальных проводников в плате.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.06.2011Произведение расчета собственных частот колебаний резистора, инерционной силы, изгибающих моментов, максимальных допустимых напряжений в местах крепления и виброперегрузок для оценки прочности конструкций электрорадиоэлементов на примере печатных плат.
курсовая работа [203,5 K], добавлен 26.08.2010Проект блока электронной регулировки тока сварочного трансформатора. Выбор элементной базы, компоновка конструкции электронного устройства; тепловой расчет; определение надежности печатного узла и устойчивости к механическим и климатическим воздействиям.
курсовая работа [710,4 K], добавлен 21.08.2012Проектирование широко распространенного в аппаратуре связи устройства, вырабатывающего так называемую "сетку частот", то есть несколько гармонических колебаний. Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя и электрических фильтров.
курсовая работа [695,1 K], добавлен 06.01.2015Расчет интегрального показателя качества аппаратуры. Структурный анализ аппаратуры на уровне микросхем. Распределение блоков и микросхем по типам. Влияние условий окружающей среды на интенсивность отказа аппаратуры. Проведение профилактических осмотров.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 07.02.2013Разработка системы управления для обеспечения передачи данных с бортовой аппаратуры локомотива на диспетчерскую станцию для ее обработки. Удобное отображение полученной информации на цифровой карте или схеме путеводного развития объекта внедрения.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 09.06.2016Построение и расчет усилителя мощности для стационарной аппаратуры второй группы сложности. Выбор, обоснование и предварительный расчет структурной схемы усилителя. Полный электрический расчет усилителя мощности и узлов предварительного усилителя.
курсовая работа [279,9 K], добавлен 05.09.2008Назначения и характеристика устройства. Требования по устойчивости к внешним воздействиям. Выбор и обоснование конструкции устройства. Конструкторско-технологические расчеты печатной платы. Технологический процесс сборки и монтажа. Расчет технологичности.
курсовая работа [167,7 K], добавлен 19.06.2014Анализ эксплуатации средств вычислительной техники и факторов, влияющих на их работоспособность. Требования к функциональным характеристикам и конструкции элементов вычислительной техники. Качества транспортируемой, морской, бортовой, портативной техники.
курсовая работа [750,0 K], добавлен 05.05.2013Описание принципа действия принципиальной электрической схемы устройства. Расчет параметров теплового режима блока и выбор радиаторов для охлаждения полупроводниковых приборов. Монтаж аппаратуры на печатных платах. Порядок сборки и эксплуатации.
курсовая работа [135,4 K], добавлен 16.05.2017Проект и расчет бортовой спутниковой передающей антенны системы ретрансляции телевизионных сигналов. Определение параметров облучателя. Распределение амплитуды поля в апертуре антенны. Аппроксимирующая функция. Защита облучателя от отражённой волны.
контрольная работа [455,0 K], добавлен 04.06.2014Проектирование устройства, вырабатывающего "сетку частот". Полная принципиальная схема формирователя гармоник: с автогенератором, нелинейным преобразователем, фильтрами, развязывающими и усилительными устройствами. Номиналы резисторов и конденсаторов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 09.09.2012
