[發(fā)明專利]基于電路板傳遞特性的器件疲勞程度的計算方法

在審

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• 申請日: 2021-10-22
• 公開（公告）號: CN113935280A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設計）人: 王云峰;趙四化;張江超
• 申請（專利權）人: 天津航空機電有限公司
• 主分類號: G06F30/398
• 分類號: G06F30/398;G06F119/02
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 仉宇

本發(fā)明涉及基于電路板傳遞特性的器件疲勞程度的計算方法，根據電路板所處的振動環(huán)境確定輸入功率譜密度(PSD)譜線，并對譜線進行插值處理，根據電路板的幾何參數與物理參數確定其傳遞函數，進而利用傳遞計算公式得到電路板相關位置點的響應PSD和3σ相對位移；利用Steinberg疲勞公式計算得到20×10⁶循環(huán)次數下的容許3σ相對位移，并利用相對位移?循環(huán)次數(Z?N)公式確定該隨機振動條件下最大容許循環(huán)次數；最后，估算實際循環(huán)次數，將估算的實際循環(huán)次數和最大容許循環(huán)次數代入Miner線性累積計算公式，得到其疲勞損傷率判別系數，對元器件的疲勞損傷情況進行預判。本發(fā)明基于矩形板振動特性，結合Steinberg疲勞公式，無需利用仿真軟件及實驗手段，計算過程簡潔，便于電路板設計人員在方案設計階段快速估計電路板上元件的疲勞損傷情況，提高設計開發(fā)效率及產品可靠性。

技術領域

本發(fā)明涉及電子元器件疲勞及可靠性分析技術領域，具體為基于電路板傳遞特性的器件疲勞程度的計算方法。

背景技術

航空電子設備在工作過程中由于飛行器發(fā)動機工作、旋翼轉動以及外界氣流擾動等因素，導致其所處的力學環(huán)境較為惡劣，航空器動力部件及外擾動引起的振動是造成電子設備元器件失效的重要原因。電路板作為機載電子設備的基本組成部分，環(huán)境中的振動通過電路板傳遞至元器件上，電路板自身的力學特性會對振動的傳遞起到調質作用，因此，對電路板設計開發(fā)人員而言，如過能夠在設計初始階段準確、快速預估電路板的傳遞特性及板上元器件的疲勞壽命，對提升設計開發(fā)效率、提升設備可靠性具有重要促進作用。

在獲取電路板振動傳遞及元器件疲勞分析方面，目前，工程上主要通過DaveS.Steinberg在專著《Vibration Analysis for Electronic Equipment》中給出的經驗公式進行計算，在振動傳遞方面其實現方法是首先得到電路板的基頻，然后將基頻開方，所得數值即為傳遞率；在元件疲勞壽命分析方面，Steinberg利用經驗公式計算循環(huán)次數下的容許相對位移。

Steinberg的傳遞估算方法適合設計初始階段快速評估評估電路板傳遞特性時使用，該方法的不足在于未充分考慮電路板面板上不同位置點處傳遞率的差異，統一用一個傳遞率數值進行估計，雖然在疲勞計算公式中引入位置影響系數，但只是對電路板進行粗略劃分，誤差較大；要獲得較為精確的傳遞率數值，一般通過有限元方法得到，有限元法能夠得到電路板上不同位置、在不同頻率下的傳遞特性，計算結果精度較高，但是實現起來較為復雜，一般需要通過ANSYS、ABAQUS等有限元軟件來實現，通常用于產品初步定型后的驗證和改進，不利于設計初始階段設計人員的快速評估使用。

Steinberg的元件疲勞壽命計算公式僅給出了循環(huán)次數下的容許相對位移，應用場景受限較大，Tom Irvine在文獻《Extending Steinberg’s Fatigue Analysis ofElectronics Equipment Methodology to a Full Relative Displacement vs.CyclesCurve》對該經驗公式進行了擴展，得到類似疲勞分析中S-N曲線的相對位移-循環(huán)次數關系，拓展了該公式的應用范圍。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：在于簡化電路板疲勞壽命計算流程，適應工程需要，為電路板結構設計人員提供快速計算電路板振動傳遞率的方法，便于在設計初始階段對元件的疲勞壽命進行預測，從而指導提升電子設備的可靠性。本發(fā)明給出基于電路板傳遞特性的器件疲勞程度的計算方法，結合電路板結構的動力學模型和振型特點，得到其傳遞率的計算公式，可用于評估任意位置、任意頻率下的電路板傳遞特性，同時，結合Tom Irvine發(fā)展的Steinberg疲勞計算公式，給出一種基于電路板傳遞特性的元件疲勞壽命預估方法，便于設計開發(fā)人員在設計初始階段掌握并分析電路板的力學特征并對元件的疲勞壽命情況進行預估。

技術方案：

本發(fā)明采用如下技術方案：基于電路板傳遞特性的器件疲勞程度的計算方法，包括如下步驟：