[发明专利]一种航空参数处理设备可靠性薄弱环节确定方法

摘要

一种航空参数处理设备可靠性薄弱环节确定方法，它有四大步骤：步骤一：确定航空参数处理设备任务过程中最恶劣的温度和振动环境，指航空参数处理设备在任务过程中所可能经历的最严酷的环境条件；步骤二：对航空参数处理设备进行Flotherm温度分布仿真；步骤三：对航空参数处理设备进行ANSYS振动应力分布仿真；步骤四：确定航空参数处理设备的可靠性薄弱环节。本发明是基于有限元温度分布仿真、有限元振动应力仿真的方法确定设备设计薄弱环节，为改进设计提供依据，从而提高航空参数处理设备的固有可靠性；它在产品可靠性仿真技术领域里具有较好的实用价值和广阔地应用前景。

主权项

一种航空参数处理设备可靠性薄弱环节确定方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：确定航空参数处理设备任务过程中最恶劣的温度和振动环境；指航空参数处理设备在任务过程中所可能经历的最严酷的环境条件，包括：a.若航空参数处理设备的设计要求中给出了设备的工作温度范围以及振动加速度功率谱密度剖面，则选择温度范围中的高温作为最恶劣的温度环境，选择所给出的振动加速度功率谱密度剖面中，振动加速度功率谱密度量值最大的一个做为最恶劣振动环境，若只给出一个振动加速度功率谱密度剖面，则将该剖面确定为最恶劣振动环境；b.若设备设计要求中未给出航空参数处理设备的工作温度范围以及振动加速度功率谱密度剖面，根据国家标准《GBT2423.43‑2008电工电子产品环境试验》确定最恶劣的温度和振动环境；步骤二：对航空参数处理设备进行Flotherm温度分布仿真；Flotherm是一种有限积分软件，其功能是进行温度仿真；包括：a.导入该设备的三维CAD模型；首先将建立好的设备三维CAD模型通过中间格式，如IGES、SAT、STEP格式导入到Flotherm软件中，该三维CAD模型描述了航空参数处理设备的结构组成、装配连接关系，包括了航空参数处理设备所有的电路模块以及功耗超过0.1W的元器件的几何结构，不需要建立元器件焊接点的几何结构；b.定义该设备组成各部分的温度分布仿真材料参数；包括：各组成材料的比热容、导热系数；c.对该设备模型进行网格划分；利用Flotherm软件进行自动网格划分，网格长宽比控制在20以内；d.施加温度载荷与边界条件；温度载荷包括最恶劣环境温度和元器件的工作实际功耗，利用Flotherm的温度施加命令，将步骤一中确定的最恶劣温度环境条件施加到设备模型中；将元器件的实际功耗除以元器件的表面积，得到面热流密度，利用Flotherm的热流密度施加命令，输入到Flotherm软件中，利用Flotherm温度边界设置命令，设置元器件与空气相接触面的自然对流换热系数；e.实施温度分布仿真；利用Flotherm的求解命令进行该设备在最恶劣温度条件下的温度分布仿真，最终获得设备各部分，各位置点的温度分布；步骤三：对航空参数处理设备进行ANSYS振动应力分布仿真；ANSYS是一种有限元仿真软件，能进行功率谱密度分析；包括：a.导入设备的三维CAD模型；首先将建立好的设备三维CAD模型通过中间格式，如IGS、STEP格式导入到ANSYS软件中，该三维CAD模型描述了航空参数处理设备的结构组成、装配连接关系，包括了航空参数处理设备所有的电路模块以及重量大于0.1克的元器件的几何结构，不需要建立元器件焊接点的几何结构；b.定义设备组成各部分的振动应力仿真材料参数；包括：各组成材料的密度、弹性模量、泊松比；c.对设备模型进行网格划分；利用ANSYS软件进行自动网格划分，网格长宽比控制在5以内；d.施加振动加速度功率谱密度与边界条件；包括，利用ANSYS的加速度功率谱密度施加命令，将步骤一中确定的最恶劣振动加速度功率谱密度量值及其对应的频率值输入到ANSYS软件中，并施加到设备的固定位置部位，施加方向垂直于设备的安装方向；利用ANSYS的位移边界施加命令，对设备固定位置部位施加X、Y、Z三个方向的零位移约束；e.实施振动应力仿真；设置设备的振动阻尼值，根据工程经验一般选择0.03到0.05之间的数量；利用ANSYS的求解命令进行该设备在最恶劣振动条件下的应力仿真，求解结束后获得设备各部位的功率谱密度响应，包括位移功率谱密度、速度功率谱密度以及加速度功率谱密度响应；步骤四：确定设备的可靠性薄弱环节；包括：a.确定最恶劣温度条件下的可靠性薄弱环节；根据步骤二仿真获得的设备各部分的温度分布及其量值，确定设备温度可靠性薄弱环节；它是针对元器件耐热特性来确定，对于集成电路芯片、二极管、晶体管分立器件，若芯片的质量等级为工业级，则当仿真得到其表面温度超过85℃时，该集成电路为可靠性薄弱环节；若芯片质量等级为军品级，则当仿真得到其表面温度超过100℃时，该集成电路为可靠性薄弱环节；对于电阻器、电容器元器件，若其与电路板的连接方式为表面贴装，则当仿真得到其表面温度超过90℃时，该元器件定为可靠性薄弱环节；b.确定最恶劣振动条件下的可靠性薄弱环节；根据步骤三仿真获得的设备振动应力、位移，确定设备的振动可靠性薄弱环节；取设备中仿真得到的位移功率谱密度、速度功率谱密度以及加速度功率谱密度响应最大的三个部位为振动可靠性薄弱环节。