USB3.0电连接器的多物理场耦合分析及热机械疲劳寿命的预测

发布时间：2018-08-31 11:06

【摘要】：随着5G通信技术和物联网技术的推广与普及,电连接器作为电子设备的重要组成部分和电信号的重要传输环节,它的失效机理分析和可靠性研究工作都具有十分重要的意义。本文在这些方面,以USB3.0电连接器为研究对象,对电连接器的多物理场耦合情况进行了分析与仿真,对电连接器的电接触失效机理进行了介绍与分析,并对电连接器的热机械疲劳进行了研究与寿命预测。它的主要内容包括以下几个方面:(1)本文对于电连接器的多物理场耦合现象,建立了物理场中物理参数求解的有限元方程组,分析了工作状态下电连接器的电场、温度场和结构场的耦合关系,还建立了电连接器多物理场的耦合数学模型,并给出了电连接器多物理场耦合下的电接触失效机理。(2)本文对于电连接器的多物理场耦合仿真,建立了USB3.0电连接器的结构仿真模型;进行了电连接器的电-热-力多物理场耦合仿真,分析了电连接器在电流导通后温度场和结构场的变化结果;还进行了电连接器的热循环仿真,研究了电连接器的金属Pin在周期性的温度变化下的其应力应变的变化规律;最后结合USB3.0电连接器的多物理场耦合仿真结果,对USB3.0电连接器电接触失效机理进行了分析。(3)本文对于电连接器的热机械疲劳研究,阐述了疲劳破坏、低周疲劳和热机械疲劳的特点,分析了在工程领域中常用的几种疲劳损伤理论,并选择了使用双线性损伤理论来对电连接器热机械疲劳的发展规律进行了分析,介绍了几种常用的热机械疲劳寿命预测模型,并对其优缺点进行了分析,最后结合电连接器的热循环仿真结果中金属Pin的应变结果,运用Manson-Coffin疲劳寿命预测公式对USB3.0电连接器的热机械疲劳寿命进行了预测。
[Abstract]:With the popularization and popularization of 5G communication technology and Internet of things technology, as an important component of electronic equipment and an important transmission link of electrical signal, the failure mechanism analysis and reliability research work of electrical connector are of great significance. In this paper, the multi-physical field coupling of USB3.0 connector is analyzed and simulated, and the failure mechanism of electrical contact is introduced and analyzed. The thermal mechanical fatigue of electrical connectors was studied and the life expectancy was predicted. The main contents of this paper are as follows: (1) in this paper, the finite element equations for solving physical parameters in the physical field are established, and the electric field of the electrical connector is analyzed. The coupling relation between temperature field and structure field is also established, and the coupling mathematical model of multiple physical fields of electrical connector is established, and the failure mechanism of electrical contact under the coupling of multiple physical fields of electrical connector is given. (2) in this paper, the multi-physical field coupling simulation of electrical connector is presented. The structure simulation model of USB3.0 electrical connector is established, and the electric-thermal-force field coupling simulation of the electrical connector is carried out, and the variation results of temperature field and structure field after current conduction are analyzed. The thermal cycle simulation of electrical connectors is also carried out, and the variation of stress and strain of metal Pin of electrical connectors under periodic temperature change is studied. Finally, combined with the simulation results of multi-physical field coupling of USB3.0 electrical connectors, The failure mechanism of electrical contact of USB3.0 connectors is analyzed. (3) in this paper, the characteristics of fatigue failure, low cycle fatigue and thermal mechanical fatigue of electrical connectors are discussed. This paper analyzes several kinds of fatigue damage theories commonly used in engineering field, and chooses to use bilinear damage theory to analyze the development law of thermal mechanical fatigue of electrical connectors, and introduces several commonly used thermal mechanical fatigue life prediction models. The advantages and disadvantages are analyzed. Finally, combined with the strain results of metal Pin in the thermal cycle simulation results of electrical connectors, the prediction formula of Manson-Coffin fatigue life is used to predict the thermal mechanical fatigue life of USB3.0 electrical connectors.
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM503.5

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本文编号：2214792