基于热分析的电子元器件可靠性探讨

介绍了温度对电子设备中一些常见元器件的性能影响.在一种车载电子设备的热设计过程中,根据实测结果分析了CPU、电源模块和外围电路元器件的温度特性,并结合热分析软件进行热优化设计,提高了系统的可靠性.     

基于热分析的电子元器件可靠性探讨

介绍了温度对电子设备中一些常见元器件的性能影响。在一种车载电子设备的热设计过程中,根据实测结果分析了CPU、电源模块和外围电路元器件的温度特性,并结合热分析软件进行热优化设计,提高了系统的可靠性。     

面向航空电子设备的元器件应用验证探索

对面向航空电子设备的元器件应用验证工作进行了探索,提出了开展元器件共性验证的应用验证方法,分析了适合开展共性验证工作的验证层级,并从元器件固有的可靠性、功能、性能,环境适应性几个方面详细描述了共性验证应关注的内容。在一定程度上解决了航空电子设备元器件应用验证工作面临的验证内容难以确定及验证经费不足的问题,可作为航空电子设备开展元器件应用验证工作的参考。     

宇航环境电连接器的失效机理及应用研究

电连接器作为基础电子元器件,在航天器中应用数量多,其可靠性对航天器至关重要.选取宇航级38999电连接器为代表,分析电连接器在宇航环境中的失效机理,提出了电连接器耐宇航环境在设计、选材及相关工艺要求,并对辐照、热真空释气等相关试验项目进行了验证.     

随机振动载荷下电子箱PCBA焊点疲劳寿命分析

电子箱在力学载荷环境下,振动引起的高周循环疲劳应力会造成箱体中电路焊点失效,影响电子箱整机可靠性;针对一种印制电路板组件焊点进行整机级振动试验,通过建立电子箱整机有限元模型,进行与试验状态一致的随机振动试验仿真分析,提取焊点上的应力、加速度响应水平;基于Basquin模型,建立了PCBA疲劳寿命预测模型,将几种不同振动载荷下的焊点响应结果代入到预测模型,计算得到电子箱在不同振动载荷下的寿命分析结果,得到电子箱PCBA焊点的应力-寿命（S-N）曲线;结果表明,在工况随机振动条件下电子箱PCBA焊点具有足够可靠性,随着振动激励增大,焊点疲劳寿命显著缩短,该方法可用于电子箱整机级PCBA焊点随机振动疲劳寿命分析。     

基于物理统计模型的车载IGBT振动疲劳寿命评估研究

在新能源乘用车车载环境中,受路面不平整度和发动机转动的影响,IGBT模块面临着振动疲劳失效的风险。为保证IGBT模块在使用过程中的可靠性,对其振动疲劳寿命进行评估具有重大意义。IGBT模块内部结构复杂,无法直接对其进行纯物理模型上的振动疲劳寿命评估。为此,文章提出了一种IGBT模块振动疲劳寿命的评估方法,其首先通过加速试验获取IGBT模块在高振动量级下失效的寿命数据;再基于威布尔分布的寿命分布统计模型获得模块在实际工况下的可靠性寿命分布,进而获取模块在实际应用中的可靠性寿命数据。试验结果表明,该方法可以有效预估IGBT模块在批量投入使用过程中的失效率,为合理管控应用风险提供保障。     

新型航天器电气综合一体化架构研究

随着电子技术的发展,电子元器件的体积越来越小,处理器的运算能力越来越强,存储器的容量越来越大,总线的传输速率越来越高,电子设备的集成度越来越高,成本越来越低;在这样的背景下,航天器电气综合系统设计理念也在与时俱进,为降低电气系统体积重量和功耗,以提高航天器的任务能力,同时为加快研制进度,降低研制成本,迫切需要开展新型航天器电气综合一体化架构研究,文章主要对比国外航空航天领域飞行器先进电气综合系统架构,分析了目前国内航天器电气系统综合设计中存在的缺陷和弊端,结合我国未来新型航天器对电气综合系统的需求,提出了我国新一代航天器电气综合系统一体化设计的基本原则,并对系统软硬件体系架构及具体的功能实现方式进行了初步的设想。     

长寿命空间遥感器大功率电控箱热设计

依据指标要求(结温不超过85℃)对长寿命空间遥感器大功率电控箱进行热设计.统计电控箱内所有功率大于200mW的元器件,逐级建立有限元模型进行热分析,得出各大功率元器件的壳温,优化散热路径,热分析迭代,再辅以热试验的验证,从而得出一种高效地热设计方案.经热分析优化后,在60℃的环境温度下,电控箱内元器件壳温最高到73.4℃(结温80.6℃).实物在等温度环境条件的热试验,元器件表面最高温度为74.142℃.结果 证实设计的方法满足设计指标要求.     

电子设备环境应力筛选试验研究

对电子设备在制造过程中常采用的环境应力筛选试验进行研究,对环境应力筛选中常规筛选和定量筛选进行了比较;阐述了电子设备电装之后需施加定量振动应力,以剔除焊接、装配中的虚焊、松动等缺陷的应用,以及需根据设备特点施加定量电应力,以剔除元器件早期失效的应用;根据国军标中筛选应力的描述,对温度和振动应力进行分析;研究表明,温度循环筛选在故障率方面是恒定高温筛选的16.9倍;随机振动在故障率方面是正弦振动的4.8倍;对产品施加电应力能够起到剔除元器件早期失效的作用,覆盖率建议达到90%以上。     

电子设备强迫风冷散热特性测试与数值仿真

针对电子设备发热导致其可靠性下降的问题,对某电子设备机箱内部PCB（Printed Circuit Board）板强迫风冷的散热特性进行热测试实验,利用热分析软件ICEPAK对该设备的工作情况进行热仿真,并比较实验结果和仿真结果,结果表明二者一致性较好．分析数值仿真产生误差的因素并提出改进数值仿真的方法．该研究表明数值仿真可以为电子设备的热设计开发提供依据．     

基于路谱频域的车身疲劳分析

针对车身疲劳分析中静载法无法考虑结构动力学响应,瞬态分析法无法求解过长时间域的问题,将这2种方法与频域法进行比较,发现用频域法对大规模有限元模型进行动态疲劳分析相对容易,并能完全描述动力学响应过程.根据频域法进行振动疲劳分析的理论和计算过程,给出基于路谱频域的车身疲劳分析流程.基于功率谱密度（Power Spectral Density,PSD）载荷谱的传递函数法求解某车关键部件的疲劳寿命,求解结果与疲劳试验结果比较一致.结果表明基于路谱频域的振动疲劳分析方法在汽车结构疲劳计算中的应用可行.     

Fatigue reliability analysis for structures with known loading trend

Variations, such as those in product operation environment and material properties, result in random fatigue life. Variations in material fatigue properties depend on stochastic stress responses due to their nonlinear relationships with other random variables such as stochastic loading and dimensions. In this work, an efficient fatigue reliability analysis method is developed to accommodate those uncertainties for structures under cyclic loads with known loading trend. To reduce the computational cost, the method incorporates the fatigue life analysis model and the saddlepoint approximation method with the fast integration method. The new method is applied to the fatigue reliability analysis of a cantilever beam and a door cam. The results show high accuracy and efficiency of the proposed method benchmarked with Monte Carlo Simulations.     

Modeling and simulation for fatigue life analysis of robots with flexible joints under percussive impact forces

This paper presents a method for modeling and analyzing the fatigue life of robots with flexible joints, with a particular focus on applications under percussive impact forces. This development is motivated by growing interests in robotic automation for operations with percussive impact tools. The most important characteristic of percussive operations is the repetitive impacts generated by the tool, such as a percussive rivet gun. After modeling of a flexible joint robot, a forced vibration solution is provided by including the impact forces generated by the percussive gun, projecting them onto the robot joint space and treating them in terms of the Fourier transform. As a result, the joint angular displacements can be solved using a standard vibration method. Then the joint stresses can be determined through Hooke's law. To consider the stress variations caused by the robot operating at different poses using different rivets, a multiple-loading fatigue model is applied from which an equation is derived to determine the total number of the rivets that can be riveted before robot's fatigue failure. Based on simulation using our model, the following observations are received. First, the joint torsional stresses vary with robot's position and orientation. Second, no joint will always experience the maximum stress and the joint stress dominancy also varies with robot's position and orientation. Third, at a given riveting point, the rivet gun direction considerately affects the joint stresses. Fourth, the fatigue life of each joint is different; therefore robot's fatigue life should be evaluated based on the shortest joint fatigue life.     

考虑温度影响的排气系统断裂原因仿真分析

针对某汽车排气系统在使用中发生断裂故障的现象,采用有限元方法,考虑实际工况中温度的影响,对排气系统进行热模态与热疲劳性能仿真分析。得出在高温载荷作用下,排气系统的模态频率有所下降,某阶模态频率下降至发动机激励频率附近。排气系统在高温使用工况下的疲劳寿命大幅下降,且疲劳寿命最小处与实际断裂位置相同。得出了高温环境对排气系统疲劳性能有重要影响,而结构中存在的共振现象进一步加剧了排气系统的疲劳失效,确定了排气系统断裂故障产生的主要原因。     

基于有限元仿真的特种越野车结构疲劳寿命预测

为缩短新车开发周期、节约样车制造费用,给车辆轻量化设计提供参考,在计算机仿真环境下预测了某特种越野车关键部件的疲劳寿命。基于该车结构有限元模型动力学计算的频响结果,对计算模型施加不同车速下等级路面位移谱,得到了不同车速不同级别路面下该车关键部件的应力响应谱,并在此基础上运用随机疲劳理论预测了该车的疲劳寿命。所研究的内容为车辆的疲劳寿命预测提供了较为可靠的流程和方法,所预测寿命结果在合理范围内,并提供了关键部件疲劳寿命的薄弱位置。     

地铁车辆车顶吊挂元件动态试验工装设计

为研究地铁车顶吊挂元件所用连接件的连接参数和疲劳特性,设计一套地铁车辆车顶吊挂元件动态试验工装。工装固定在振动试验台上,模拟地铁车辆车顶局部吊挂梁的安装结构,测试车顶吊挂梁连接件在模拟振动环境下的连接参数,为地铁车辆常用紧固件连接参数的选定提供依据。为验证工装的力学特性是否满足试验要求,利用有限元软件校核工装强度,并在其频域内进行随机振动疲劳分析,计算结果表明工装的静强度和疲劳寿命均满足试验要求。     

Study of TBM cutterhead fatigue crack propagation life based on multi-degree of freedom coupling system dynamics

Cutterhead is the core component of TBM tunneling equipment, which endures strong, multi-point distributed impact loads when the TBM tunnels, owing to the extreme surrounding rock environment of high hardness, high temperature and high quartz content. For this reason, the cutterhead works in an extremely severe vibration environment, which leads to engineering fault by a large area crack damage before the service life. Hence, the study on life prediction of TBM cutterhead under the impact loads is a core part of cutterhead design. This paper combines with the technology of system dynamics, linear elastic fracture mechanics and cumulative theory of fatigue damage, for the first time, proposes a method of fatigue crack propagation life prediction for the large and complex structures. In this paper, the TBM cutterhead of an actual project is taken as an example, to predict the fatigue crack propagation life of cutterhead piece and analyze the influences of plate thicknesses on fatigue life, then a new improved scheme of cutterhead structure is presented. The results show that the fatigue crack propagation life of actual cutterhead is 26.6 km, which is able to meet the requirement of 20 km service life. Moreover, the upper cover plate thickness has the greatest influence on cutterhead fatigue crack propagation life, with the thickness increasing 10%, the life increases nearly by 1.24 times. Then, the other influencing factors are as follows: thickness of the main support plate, thickness of the annular support plate and thickness of the support plate, whereas the influence of the lower cover plate thickness on fatigue life is minimal. Furthermore, the plate thickness limit sizes meeting the life requirement are obtained, and a new structure modified scheme of cutterhead is proposed. Compared with the original scheme, the new cutterhead scheme meets the requirements of structural strength and service life with 8.08% weight decrease, which achieves life determination design and lightweight design. The proposed method of fatigue crack propagation life prediction is feasible in the design and application stage of TBM cutterhead, besides, it is flexible enough and can also be applied in damage strength assessment, dynamic parameters optimization and establishment of nondestructive inspection cycle for the other large and complex structure, and takes on stronger project value and generality.     

多晶硅双端固支梁高周循环下疲劳特性的分析

多晶硅固支梁是MEMS器件中较常见的可动部件,通过静电激励的方式对其进行疲劳振动加载;所用结构为面外运动结构,为了测试样品的加速疲劳特性,通过在固支梁面内引入缺陷的方式来增大应力水平值;器件在经历了1.72×1011次循环之后,微梁的谐振频率、振动幅度发生了较大偏移,其谐振频率的偏移量达到14.531 kHz,器件性能发生了严重的退化.研究结果表明,利用谐振频率的改变来表征材料性能的退化是一种准确、可行的方法,同时本文进一步分析指出,器件上引入凹槽缺陷的方法确实可起到加速疲劳的作用;可利用此方法制作不同应力水平幅度的结构进行振动载荷疲劳加载实验,从而得到固支梁结构疲劳加速因子.     

航空发动机支架零件振动疲劳及结构优化

针对某型航空发动机支架零件侧面根部经常出现疲劳裂纹的问题，基于功率谱密度（power spectral density, PSD）通过谐响应分析推导疲劳损伤传递函数，使用ANSYS Workbench搭建振动疲劳分析流程，结合模态信息使用Dirlik方法在nCode DesignLife中进行疲劳求解。仿真结果表明，该支架零件侧面根部的疲劳裂纹主要是由倒角半径过小导致的。发动机工作时可与支架零件产生2个共振带，虽然增大倒角半径有利于避开支架零件的2阶共振带，但是降低支架零件根部应力集中水平才是提高零件使用寿命的直接方法。当零件侧面根部倒角半径增大为2.5 mm时，支架零件的使用寿命最大。若配合零件背面根部倒角尺寸进行优化设计，可进一步提高零件的使用寿命。     

汽轮机汽缸蠕变-疲劳耦合寿命预测

为探索汽轮机汽缸裂纹产生的原因、带裂纹汽缸的剩余寿命、汽缸延寿等问题,开展蠕变和疲劳交互作用下的汽缸寿命预测。利用有限元计算汽缸在稳态和启停工况下的应力情况。基于蠕变 疲劳耦合理论进行裂纹萌生和扩展的寿命预测,从运行方式和汽缸结构2方面开展优化。研究结果表明：该中压内缸中分面法兰的拐角处存在较大的热应力集中,其寿命损伤大导致裂纹萌生。经过结构修复,机组寿命显著延长。