[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

技術領域

本發明提供一種航空參數處理設備可靠性薄弱環節確定方法，特別是涉及一種基于最惡劣溫度和振動應力仿真的航空參數處理設備可靠性薄弱環節確定方法，屬于產品可靠性仿真領域。

背景技術

隨著科技的高速發展，航空電子設備的復雜程度不斷提高，同時對可靠性的要求也越來越高，需要從設計的早期階段就確定設備的可靠性薄弱環節，從而采取有針對性的措施改進設計，保證設備安全、可靠的工作。航空參數處理設備是采集航空參數并進行記錄、處理、測量、報警，以監控飛機運行狀態的電子設備。其結構是在封閉的機箱內安裝著各種功能電路模塊，各模塊通過卡槽以及連接器、鎖緊條固定到機箱四周。航空參數處理設備中的組成部分在飛機執行任務的過程中受到各種環境與工作條件的作用，其中溫度與振動載荷是最主要的環境條件，電載荷是最主要的工作條件。溫度載荷包括環境溫度以及各元器件在工作時發熱溫度載荷。在這些載荷的作用下，航空參數處理設備的各組成部分可能會發生失效，從而可能導致整個產品的失效，引發可靠性問題。

傳統上，工程人員在設計的早期主要是根據經驗的方法確定航空參數處理設備的可靠性薄弱環節，這種方法依賴于工程人員的主觀判斷，往往會造成定位不準確的過設計問題或者忽略某薄弱部位而造成的欠設計問題。隨著數值仿真方法，如有限元、有限體積方法的發展以及商用軟件的成熟，應力仿真技術已經開始應用于各種產品的設計和分析中。通過對現有技術的查新和檢索，國內外還沒有采用最惡劣溫度和振動應力仿真確定航空參數處理設備薄弱環節方面的報道。

發明內容

1、目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種航空參數處理設備可靠性薄弱環節確定方法，它是基于有限元溫度分布仿真、有限元振動應力仿真的方法確定設備設計薄弱環節，為改進設計提供依據，從而提高設備的固有可靠性。

2、技術方案：本發明是通過以下技術方案實現的，確定設備任務過程中最惡劣的溫度和振動環境，對航空參數處理設備進行Flotherm溫度分布仿真，對航空參數處理設備進行ANSYS振動應力仿真，確定設備的可靠性薄弱環節。

本發明一種航空參數處理設備可靠性薄弱環節確定方法，其具體步驟如下：

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。主要是指航空參數處理設備(以下簡稱“設備”)在任務過程中所可能經歷的最嚴酷的環境條件，主要包括：

a.若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設備的工作溫度范圍以及振動剖面，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是一種成熟的商業有限積分軟件，主要功能是進行溫度仿真。主要包括：

a.導入設備的三維CAD(計算機輔助設計，Computer?Aided?Design)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等格式導入到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.定義設備組成各部分的溫度分布仿真材料參數。主要包括：各組成材料的比熱容、導熱系數。

c.對設備模型進行網格劃分。利用Flotherm軟件進行自動網格劃分，網格長寬比應控制在20以內。

d.施加溫度載荷與邊界條件。溫度載荷主要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，最終可以獲得設備各部分，各位置點的溫度分布。