[發明專利]一種航空參數處理設備可靠性薄弱環節確定方法

有效

• 申請號: 201210003484.6
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102592020A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 陳穎;謝麗梅;曹然;馬響;康銳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種航空參數處理設備可靠性薄弱環節確定方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：確定航空參數處理設備任務過程中最惡劣的溫度和振動環境；指航空參數處理設備在任務過程中所可能經歷的最嚴酷的環境條件，包括：

a.若航空參數處理設備的設計要求中給出了設備的工作溫度范圍以及振動加速度功率譜密度剖面，則選擇溫度范圍中的高溫作為最惡劣的溫度環境，選擇所給出的振動加速度功率譜密度剖面中，振動加速度功率譜密度量值最大的一個做為最惡劣振動環境，若只給出一個振動加速度功率譜密度剖面，則將該剖面確定為最惡劣振動環境；

b.若設備設計要求中未給出航空參數處理設備的工作溫度范圍以及振動加速度功率譜密度剖面，根據國家標準《GBT2423.43-2008電工電子產品環境試驗》確定最惡劣的溫度和振動環境；

步驟二：對航空參數處理設備進行Flotherm溫度分布仿真；Flotherm是一種有限積分軟件，其功能是進行溫度仿真；包括：

a.導入該設備的三維CAD模型；首先將建立好的設備三維CAD模型通過中間格式，如IGES、SAT、STEP格式導入到Flotherm軟件中，該三維CAD模型描述了航空參數處理設備的結構組成、裝配連接關系，包括了航空參數處理設備所有的電路模塊以及功耗超過0.1W的元器件的幾何結構，不需要建立元器件焊接點的幾何結構；

b.定義該設備組成各部分的溫度分布仿真材料參數；包括：各組成材料的比熱容、導熱系數；

c.對該設備模型進行網格劃分；利用Flotherm軟件進行自動網格劃分，網格長寬比控制在20以內；

d.施加溫度載荷與邊界條件；溫度載荷包括最惡劣環境溫度和元器件的工作實際功耗，利用Flotherm的溫度施加命令，將步驟一中確定的最惡劣溫度環境條件施加到設備模型中；將元器件的實際功耗除以元器件的表面積，得到面熱流密度，利用Flotherm的熱流密度施加命令，輸入到Flotherm軟件中，利用Flotherm溫度邊界設置命令，設置元器件與空氣相接觸面的自然對流換熱系數；

e.實施溫度分布仿真；利用Flotherm的求解命令進行該設備在最惡劣溫度條件下的溫度分布仿真，最終獲得設備各部分，各位置點的溫度分布；

步驟三：對航空參數處理設備進行ANSYS振動應力分布仿真；ANSYS是一種有限元仿真軟件，能進行功率譜密度分析；包括：

a.導入設備的三維CAD模型；首先將建立好的設備三維CAD模型通過中間格式，如IGS、STEP格式導入到ANSYS軟件中，該三維CAD模型描述了航空參數處理設備的結構組成、裝配連接關系，包括了航空參數處理設備所有的電路模塊以及重量大于0.1克的元器件的幾何結構，不需要建立元器件焊接點的幾何結構；

b.定義設備組成各部分的振動應力仿真材料參數；包括：各組成材料的密度、彈性模量、泊松比；

c.對設備模型進行網格劃分；利用ANSYS軟件進行自動網格劃分，網格長寬比控制在5以內；

d.施加振動加速度功率譜密度與邊界條件；包括，利用ANSYS的加速度功率譜密度施加命令，將步驟一中確定的最惡劣振動加速度功率譜密度量值及其對應的頻率值輸入到ANSYS軟件中，并施加到設備的固定位置部位，施加方向垂直于設備的安裝方向；利用ANSYS的位移邊界施加命令，對設備固定位置部位施加X、Y、Z三個方向的零位移約束；

e.實施振動應力仿真；設置設備的振動阻尼值，根據工程經驗一般選擇0.03到0.05之間的數量；利用ANSYS的求解命令進行該設備在最惡劣振動條件下的應力仿真，求解結束后獲得設備各部位的功率譜密度響應，包括位移功率譜密度、速度功率譜密度以及加速度功率譜密度響應；

步驟四：確定設備的可靠性薄弱環節；包括：

a.確定最惡劣溫度條件下的可靠性薄弱環節；根據步驟二仿真獲得的設備各部分的溫度分布及其量值，確定設備溫度可靠性薄弱環節；它是針對元器件耐熱特性來確定，對于集成電路芯片、二極管、晶體管分立器件，若芯片的質量等級為工業級，則當仿真得到其表面溫度超過85℃時，該集成電路為可靠性薄弱環節；若芯片質量等級為軍品級，則當仿真得到其表面溫度超過100℃時，該集成電路為可靠性薄弱環節；對于電阻器、電容器元器件，若其與電路板的連接方式為表面貼裝，則當仿真得到其表面溫度超過90℃時，該元器件定為可靠性薄弱環節；

b.確定最惡劣振動條件下的可靠性薄弱環節；根據步驟三仿真獲得的設備振動應力、位移，確定設備的振動可靠性薄弱環節；取設備中仿真得到的位移功率譜密度、速度功率譜密度以及加速度功率譜密度響應最大的三個部位為振動可靠性薄弱環節。