箭载电子设备力学环境数值仿真与可靠性设计研究

发布时间：2022-01-25 21:03

　　随着运载火箭规模越来越庞大,箭上电气系统越来越复杂、功能越来越重要,同时其可靠性也越来越难以保证。电气系统主要由各种箭载电子设备及电缆组成,要保证电气系统的高可靠性,首先应保证箭载电子设备的可靠性。电子设备通常包含众多精密的电子元器件。在运载火箭发射、飞行过程中恶劣的振动、冲击、过载等力学环境作用下,电子设备响应比较剧烈,其印制电路板发生较大的动态弯曲变形,这是导致电子设备故障乃至引发电气系统失效的主要原因之一。由电子设备失效引起的质量问题历来比较多,以2016年发生的质量问题为例,全年共发生253个质量问题,其中电子设备质量问题有103个,占40.7%。从已归零的质量问题来看,电子设备故障主要由力学环境、热环境、电磁兼容、自然环境等造成,其中由力学环境造成的质量问题占20%。因此,对箭载电子设备力学环境开展数值仿真和可靠性设计要素研究,梳理箭载电子设备可靠性设计要素,用于指导从设计源头提高产品固有可靠性;探索通过力学环境数值仿真提前发现力学环境适应性设计缺陷的可行途径,从而有效避免在地面试验甚至飞行试验中出现故障才发现设计缺陷,对避免箭载电子设备设计反复、提高电气系统可靠性、减少质量... 

【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究发展现状
        1.2.1 电子设备振动可靠性发展现状
        1.2.2 可靠性优化设计发展现状
    1.3 本文主要研究内容
2 基础理论
    2.1 引言
    2.2 动力学相关理论
        2.2.1 模态分析理论
        2.2.2 随机振动理论
    2.3 疲劳相关理论
        2.3.1 S-N曲线
        2.3.2 线性累积损伤理论
    2.4 本章小结
3 电子设备结构仿真建模及动力学特性研究
    3.1 引言
    3.2 模型介绍
    3.3 模态分析
    3.4 正弦扫描分析
    3.5 随机振动响应分析
        3.5.1 随机振动力学环境
        3.5.2 电子设备随机振动
    3.6 不同建模方法对比
        3.6.1 管脚位置仿真结果对比
        3.6.2 电路板其他点仿真结果对比
    3.7 管脚位置的疲劳寿命研究
        3.7.1 寿命研究方法
        3.7.2 管脚疲劳寿命研究
    3.8 本章小结
4 电子设备模态及振动试验研究
    4.1 引言
    4.2 模态试验
        4.2.1 模态试验原理
        4.2.2 测试方法
        4.2.3 测点布置
        4.2.4 模态试验结果
        4.2.5 试验结果分析
    4.3 振动试验
        4.3.1 试验振动控制
        4.3.2 测点布置
        4.3.3 振动试验结果
        4.3.4 试验结果与仿真结果对比
    4.4 本章小结
5 可靠性设计要素研究
    5.1 引言
    5.2 本章采用模型
    5.3 三区间法计算疲劳寿命比值简化
    5.4 减振垫的影响研究
        5.4.1 振动试验加速度结果
        5.4.2 基于试验结果的随机响应分析
        5.4.3 小结
    5.5 管脚数量的影响研究
        5.5.1 模态分析对比
        5.5.2 频响分析对比
        5.5.3 随机响应分析
        5.5.4 小结
    5.6 元器件位置的影响研究
        5.6.1 模态分析对比
        5.6.2 频响分析对比
        5.6.3 随机响应分析
        5.6.4 小结
    5.7 支撑结构的影响研究
        5.7.1 模态分析对比
        5.7.2 频响分析对比
        5.7.3 随机响应分析
        5.7.4 小结
    5.8 螺钉安装密度的影响研究
        5.8.1 模态分析对比
        5.8.2 频响分析对比
        5.8.3 随机响应分析
        5.8.4 小结
    5.9 印制电路板厚度的影响研究
        5.9.1 模态分析对比
        5.9.2 频响分析对比
        5.9.3 随机响应分析
        5.9.4 小结
    5.10 本章小结
6 元器件及螺钉位置优化设计
    6.1 引言
    6.2 有限元模型
        6.2.1 元器件位置优化采用模型
        6.2.2 螺钉位置优化采用模型
    6.3 优化算法及适应性改进
        6.3.1 遗传算法
        6.3.2 模拟退火算法
        6.3.3 适应性改进
        6.3.4 目标函数
        6.3.5 约束条件
    6.4 MATLAB与 NASTRAN交互方法
    6.5 元器件位置优化设计
        6.5.1 模拟退火算法优化
        6.5.2 遗传算法优化
        6.5.3 两种算法的对比
    6.6 螺钉位置优化设计
        6.6.1 安装密度k=2 螺钉位置优化
        6.6.2 安装密度k=3 螺钉位置优化
    6.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]舰船电子设备振动试验条件的分析和对比[J]. 宁薇薇,陈立伟,孙立明.  环境技术. 2017(03)
[2]卫星电子设备振动试验用超高基频夹具设计[J]. 张辰,韦娟芳.  航天器环境工程. 2016(01)
[3]结构动力学与运载火箭技术发展[J]. 徐庆红,姜杰,王明宇.  力学与实践. 2016(01)
[4]基于频域的多轴随机振动疲劳寿命预测[J]. 黄义科,潘亦苏.  重庆理工大学学报(自然科学). 2015(06)
[5]温循载荷作用下电路板焊点的寿命评估[J]. 童军,侯传涛,荣克林.  强度与环境. 2014(04)
[6]改进的遗传算法在结构动力模型修正中的应用[J]. 郭冬阳,胡于进,王学林.  机械设计与制造. 2014(08)
[7]改进的蚁群遗传优化算法及其应用[J]. 刘传领.  计算机应用. 2013(11)
[8]深埋隧道衬砌稳定可靠度的Kriging插值法与遗传算法协同优化求解法[J]. 苏雅,杨明辉,苏永华,梁斌.  岩土力学. 2013(09)
[9]基于区间不确定性的涡轮盘强度可靠性优化设计[J]. 方鹏亚,常新龙,胡宽,赖建伟,龙兵.  推进技术. 2013(07)
[10]人工神经网络在机械优化设计中的应用[J]. 孙学军.  黑龙江科技信息. 2011(32)

博士论文
[1]温度循环载荷条件下电子设备多失效模式加速试验技术研究[D]. 于宗乐.国防科学技术大学 2015
[2]结构振动疲劳寿命分析方法研究[D]. 王明珠.南京航空航天大学 2009

硕士论文
[1]电子封装结构振动损伤寿命研究[D]. 钟嫄.中国航天科技集团公司第一研究院 2018
[2]高速转向架构架疲劳强度研究[D]. 张勇阳.西南交通大学 2016
[3]机载电子设备结构功能模块的抗振设计与优化[D]. 乔峰.电子科技大学 2011
[4]PBGA无铅焊球热疲劳可靠性有限元分析[D]. 李彦辉.南京航空航天大学 2010
[5]柴油机结构系统的模态分析[D]. 杨平.电子科技大学 2004
[6]空间相机动力学分析[D]. 李颖.西北工业大学 2003



本文编号：3609209