[发明专利]面向电子产品故障物理仿真的振动分析方法

说明书

本发明涉及面向电子产品故障物理仿真的振动分析方法，该方法包括：基于印制电路板设计信息的实体建模和简化；物理、数学建模和算法定制；与FEAP之间的数据传递；驱动FEAP进行网格划分和数值仿真计算；监测FEAP的计算状态；解析并读取FEAP结果文件，按照用户要求输出模态、位移场等计算结果及图形文件。本发明根据实际电路板产品，结合实体建模、故障物理仿真，实现FEAP用于电路板产品振动分析的建模、简化和前后处理的可视化，形成了一套科学、准确、便捷的基于FEAP的面向电子产品故障物理仿真的振动分析方法，该方法实现了由计算机自动完成大量的人工交互的程序工作。基于此方法进行故障物理仿真和相应的可靠性设计工作，能够极大地提高工作效率。

所属技术领域

本发明涉及电子产品故障物理及可靠性仿真分析技术领域，特别是面向电子产品故障物理仿真的振动分析方法。

背景技术

随着电子产品朝着集成化、复杂化的方向发展，无论在其工作或者非工作状态下，都会发生失效，这是无法避免、且能对电子产品运行造成不利影响的因素，寿命预测和可靠性分析已经成为电子产品出厂前的主要工作之一。而故障物理的应用能够对电子产品进行振动分析，可以得到其在运行期间的模态特征以及应力、位移、加速度响应，进而评估电子产品的寿命和可靠性，并为产品的设计和优化提供可行的方案。

电子产品的振动分析主要包括模态分析、随机振动、简谐振动等。其中，模态分析是分析电子产品本身的振动特征，随机振动则是分析电子产品在随机振动激励下的响应，简谐振动是分析电子产品在随时间变化的正弦或余弦振动激励下的响应。在电子产品的寿命周期中，振动荷载导致电子产品失效的主要因素，而应用故障物理方法需要有振动载荷-应力响应的结果数据作为输入。因此，通过对电子产品进行振动分析，通过将振动分析的结果作为故障物理仿真的输入数据，以计算电子产品的寿命和可靠性。

当前对电子产品振动信息的计算主要是通过有限元分析(FEA)来进行的，且经过长时间的发展，涌现了大批的商业软件和计算程序。自20世纪60年代以来，大量如Ansys、Abaqus、Nastran等商业化FEA软件，对于各类振动的仿真分析，它们都有较成熟的解决方案。商业化的软件确实为振动信息的计算提供了较大的便利性，但作为商业化软件，其不足之处有：1)使用这些商业化软件需要支付高昂的授权费用并遵守软件的使用许可协议；2)商业化软件的源代码都是不可见的，用户无法对求解方式进行深度定制；3)商业化软件由于其输出的结果文件数据结构较为固化，在使用商业化软件的计算结果进行故障物理仿真时，与故障物理模型的匹配度较差。因此，商业化软件在针对电子产品的故障物理仿真中进行应用存在一定的局限性。

FEAP(FORTRAN Executive Assembly Program)是基于FORTRAN执行程序的汇编程序，专为研究和教育用途而设计，可应用于Windows、Linux、Unix操作系统以及基于AppleMac OS X的系统。FEAP包含网格选项、线性和非线性算法及元素库、可视化前处理模块、板和壳元件库、多种相互作用库等。基于这些模块和库，可以方便地编制出可以用于电子产品模态特征、随机振动、简谐振动在内的振动数据的求解器。

基于故障物理可以对电子产品的失效进行仿真，而电子产品的振动信息是故障物理仿真的关键。电子产品的振动分析主要涉及到几何建模、参数设置、网格划分、计算求解、模型校核、结果后处理六个部分。其中对电子产品的几何建模、参数设置、网格划分需要花费大量的时间成本和人力成本，且需要丰富的振动分析经验，才能保证分析结果的准确性。此外，对电子产品进行故障物理仿真，通常需要多个软件的配合，且现有的商业软件由于数据结构匹配性、自动化的数据接口的制约，导致了分析效率低、门槛要求高等缺点，因此需要提出一个可以面向故障物理分析，且高效的振动分析方法，来解决振动分析结果的输入问题。

鉴于此，有必要给出面向电子产品故障物理仿真的振动分析方法。

发明内容