[發明專利]面向電子產品故障物理仿真的振動分析方法

在審

• 申請號: 201811590982.9
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109683489A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 王自力;孫博;廖寶鵬;李朦朦;任羿;馮強;楊德真
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及面向電子產品故障物理仿真的振動分析方法，該方法包括：基于印制電路板設計信息的實體建模和簡化；物理、數學建模和算法定制；與FEAP之間的數據傳遞；驅動FEAP進行網格劃分和數值仿真計算；監測FEAP的計算狀態；解析并讀取FEAP結果文件，按照用戶要求輸出模態、位移場等計算結果及圖形文件。本發明根據實際電路板產品，結合實體建模、故障物理仿真，實現FEAP用于電路板產品振動分析的建模、簡化和前后處理的可視化，形成了一套科學、準確、便捷的基于FEAP的面向電子產品故障物理仿真的振動分析方法，該方法實現了由計算機自動完成大量的人工交互的程序工作。基于此方法進行故障物理仿真和相應的可靠性設計工作，能夠極大地提高工作效率。

所屬技術領域

本發明涉及電子產品故障物理及可靠性仿真分析技術領域，特別是面向電子產品故障物理仿真的振動分析方法。

背景技術

隨著電子產品朝著集成化、復雜化的方向發展，無論在其工作或者非工作狀態下，都會發生失效，這是無法避免、且能對電子產品運行造成不利影響的因素，壽命預測和可靠性分析已經成為電子產品出廠前的主要工作之一。而故障物理的應用能夠對電子產品進行振動分析，可以得到其在運行期間的模態特征以及應力、位移、加速度響應，進而評估電子產品的壽命和可靠性，并為產品的設計和優化提供可行的方案。

電子產品的振動分析主要包括模態分析、隨機振動、簡諧振動等。其中，模態分析是分析電子產品本身的振動特征，隨機振動則是分析電子產品在隨機振動激勵下的響應，簡諧振動是分析電子產品在隨時間變化的正弦或余弦振動激勵下的響應。在電子產品的壽命周期中，振動荷載導致電子產品失效的主要因素，而應用故障物理方法需要有振動載荷-應力響應的結果數據作為輸入。因此，通過對電子產品進行振動分析，通過將振動分析的結果作為故障物理仿真的輸入數據，以計算電子產品的壽命和可靠性。

當前對電子產品振動信息的計算主要是通過有限元分析(FEA)來進行的，且經過長時間的發展，涌現了大批的商業軟件和計算程序。自20世紀60年代以來，大量如Ansys、Abaqus、Nastran等商業化FEA軟件，對于各類振動的仿真分析，它們都有較成熟的解決方案。商業化的軟件確實為振動信息的計算提供了較大的便利性，但作為商業化軟件，其不足之處有：1)使用這些商業化軟件需要支付高昂的授權費用并遵守軟件的使用許可協議；2)商業化軟件的源代碼都是不可見的，用戶無法對求解方式進行深度定制；3)商業化軟件由于其輸出的結果文件數據結構較為固化，在使用商業化軟件的計算結果進行故障物理仿真時，與故障物理模型的匹配度較差。因此，商業化軟件在針對電子產品的故障物理仿真中進行應用存在一定的局限性。

FEAP(FORTRAN Executive Assembly Program)是基于FORTRAN執行程序的匯編程序，專為研究和教育用途而設計，可應用于Windows、Linux、Unix操作系統以及基于AppleMac OS X的系統。FEAP包含網格選項、線性和非線性算法及元素庫、可視化前處理模塊、板和殼元件庫、多種相互作用庫等。基于這些模塊和庫，可以方便地編制出可以用于電子產品模態特征、隨機振動、簡諧振動在內的振動數據的求解器。

基于故障物理可以對電子產品的失效進行仿真，而電子產品的振動信息是故障物理仿真的關鍵。電子產品的振動分析主要涉及到幾何建模、參數設置、網格劃分、計算求解、模型校核、結果后處理六個部分。其中對電子產品的幾何建模、參數設置、網格劃分需要花費大量的時間成本和人力成本，且需要豐富的振動分析經驗，才能保證分析結果的準確性。此外，對電子產品進行故障物理仿真，通常需要多個軟件的配合，且現有的商業軟件由于數據結構匹配性、自動化的數據接口的制約，導致了分析效率低、門檻要求高等缺點，因此需要提出一個可以面向故障物理分析，且高效的振動分析方法，來解決振動分析結果的輸入問題。

鑒于此，有必要給出面向電子產品故障物理仿真的振動分析方法。

發明內容