基于ANSYS某型电连接器插拔过程的可靠性分析

研究和分析了JF系列某型电连接器的组件端子在随机振动应力作用下的接触失效情况,由组件端子的失效机理及其运动状态构建出理论力学模型,据此提出了组件端子在随机振动作用下的可靠性增长方法;构建JF系列某型电连接器的组件端子插拔力的数学模型并对插拔力进行分析,确定了插拔力的变化趋势及其与各因素的关系,确定了组件端子插拔力的取值范围,得出在取值范围内振动应力作用下组件端子接触失效随插拔力的增加而降低的结论;建立JF系列某型电连接器单针孔接触对的有限元仿真模型,并利用此模型模拟了电连接器接触件的插合与分开过程,得到接触面最大和最小插拔力时的应力分布图及插拔力随时间变化图,所得数据与理论模型计算相吻合,为研究电连接器的接触可靠性提供了依据.     

军用航空电连接器接触疲劳寿命的仿真计算模型

军用航空电连接器是武器装备中广泛应用的基础性元器件,其主要失效模式是接触疲劳失效,对之仿真计算可节省大量的人力、物力并为理论和实验研究提供重要参考。首先利用SOLIDWORKS建立了某型军用航空电连接器38999系列22#通用接触件的参数化模型,然后利用ABAQUS仿真分析了接触件单次插拔过程中的接触应力\应变和插拔力变化。最后以单次插拔中接触性能为边界条件,利用FE-SAFE软件仿真计算了电连接器接触件的疲劳寿命。论文提出的仿真计算方法对开展电连接器接触寿命验证试验具有指导意义和参考价值。     

电连接器接触件振动可靠性试验评估

针对振动环境下电连接器接触件可靠性的快速评估问题,建立考虑接触件在电连接器内部的安装情况和插头插座连接情况的振动模型,利用ABAQUS软件进行正弦和随机振动仿真,得到了插孔和插针间的相对位移和插孔簧片根部应力的变化规律;建立随机振动应力作用下,接触电阻基于Wiener过程的退化模型,考虑漂移系数和扩散系数的随机性,结合加速因子不变原则建立漂移系数和扩散系数的加速模型;给出基于上述模型的步进应力加速退化试验数据统计分析方法;制定振动环境下接触件步进应力加速退化试验方案并开展试验,通过对接触件插拔力的研究和对接触表面的微观分析验证了失效机理,对试验数据的统计分析验证了所建模型的正确性,给出接触件寿命和振动量级间的关系,实现振动环境下电连接器接触件可靠性的快速评估.     

电连接器悬臂弹舌式接触件插拔分析

为了优化电连接器的设计,针对电连接器悬臂弹舌式接触件进行插拔过程分析,建立插拔力和接触压力的理论模型。利用ABAQUS软件对接触件的插拔过程进行有限元仿真,研究了各参数对插拔力和稳定接通状态的接触压力的影响。通过接触件的插拔实验验证了理论模型和仿真分析的准确性。结果表明:最大插拔力随着摩擦系数μ、弹舌倾角α_0。和初始接触点至最高点距离H_3增大而增大,随插头端子与插座端子的间隙H_2增大而减小;稳定接通状态的接触压力随参数α_0、H_3增大而增大,随H_2增大而减小。     

贮存剖面下电连接器接触性能退化统计建模研究

针对电连接器面向任务剖面时的贮存可靠性评估问题,分析了电连接器在贮存剖面下的贮存应力及相应的接触失效机理,并建立了在温度-插拔应力下的电连接器接触性能退化统计模型;建立了基于接触对表面接触斑点与氧化腐蚀物的随机相遇机制的计算机模拟模型,以计算机模拟结果与试验结果进行比较,验证了所建模型的有效性;为了进一步检验模型,设计了6组对比试验,并对样品接触件的表面进行微观分析,试验结果表明电连接器的性能退化数据服从正态分布且与模拟结果成线性相关关系,另外插拔力对接触件表面造成损伤并加速了退化过程;解决了电连接器在温度-插拔组合应力下的性能退化建模问题,为电连接器面向任务剖面的加速退化试验方案设计及可靠性评估等进一步的研究奠定了基础。     

电连接器接触件插拔特性研究

接触失效是电连接器的主要失效形式，为提高电连接器的可靠性，对电连接器接触件进行插拔特性研究，分析电连接器接触件收口量对接触件应力、应变、变形、插拔力的影响规律。研究结果表明，收口量越大，所需要的插拔力越大，所产生的接触应力、应变、变形也越大。在插针头部刚接触插孔至插针头部完全插入插孔这一阶段，数据波动较大。在插针头部完全插入插孔至插针插孔完全插合这一阶段，数据基本保持不变。     

振动环境下电连接器接触性能退化机理

针对电连接器金属接触件在交变振动应力作用下易产生应力松弛及微动磨损现象,从而降低电连接器接触可靠性的问题,建立了电连接器接触件数学模型;设计了 电连接器振动试验方案和测试电路并进行了试验;分析了电连接器的接触性能退化机理。试验中,试品接触件接触电阻随振动次数的增加而缓慢增大,接触电阻的波动量与振幅和频率相关。试验后,电连接器的插孔孔径增大,插拔力有增有减。由此可知：应力松弛和微动磨损现象是导致电连接器接触性能退化的两个主要因素,插孔中晶粒尺寸减小及滑移线密度的增加是插孔出现应力松弛的根本原因。     

电连接器接触件结构分析与插拔试验

为了提高电连接器的接触可靠性,针对电连接器接触件,进行结构力学分析与接触情况研究,提出了一种接触件接触面积的迭代计算方法;建立了接触件的参数化有限元模型,并利用ANSYS软件对接触件的接触情况进行了运动仿真,得到了接触件插拔过程中接触压力、插拔力的变化情况和应力分布情况。通过对有限元模型的参数化仿真,得到了各结构参数对接触状态的灵敏度,确定了影响接触状态的关键参数。通过对接触件的插拔试验,验证了提出的理论分析、仿真计算方法的可行性。     

航天电连接器的可靠性设计建模

以库房贮存背景下的J599系列电连接器为研究对象,分析电连接器在贮存环境下的主要失效部位及失效机理,确定了接触失效为最主要的失效模式,而接触对表面氧化物膜层增厚使得膜层电阻增大是造成接触失效最主要的原因;结合氧化物膜层的增长规律、膜层生长的化学反应理论以及接触对的功能与结构,进一步从微观层面对膜层电阻的生长规律进行了描述;基于电连接器接触电阻退化轨迹、接触退化率在温度应力水平下的变化规律以及接触可靠度与接触性能退化量之间的关系,建立电连接器的贮存可靠性统计模型;综合考虑镀层厚度、孔隙率、接触件基体材料、开槽簧片长度以及微观表面形态等尺寸、工艺和材料参数与其可靠性指标之间的关系,建立电连接器可靠性设计的数学模型,提出了电连接器可靠性定量设计的方法。     

高速背板连接器接触件插拔力数值仿真分析

以提高某型号高速背板连接器的机械可靠性为研究目标,建立了该连接器单根接触件的CAD/CAE参数化模型,通过借助有限元方法对接触件的插入/拔出过程进行非线性动力学分析,得到了单根接触件动态插拔力的变化情况。其中,母端最大插入力和最大拔出力分别为0.28N和0.09N;而公端最大插入力和最大拔出力则分别为0.348N和0.10N。结果表明:母端所受应力变化明显,而公端的插拔力变化范围较大;与试验测试结果相比较,公端最大插入力符合实际要求,但最大拔出力偏小,且误差较大;通过改变公端的插入位置高度进行插拔力优化后,仿真数值与测试数值基本吻合,从而验证了数值仿真分析的可行性。所得结论可为电连接器的结构设计、优化以及疲劳寿命预测提供参考依据。     

大变温工况下电接触件的力学特性与接触性能分析

为提高电钻杆用冠簧式接触件在大变温钻井工况下的电接触性能,对接触件展开了力学特性和电接触性能研究。基于静力学和热力耦合有限元分析方法,通过分析簧片挠度与接触压力、插入力与插针插入深度的关系,研究了大变温工况下不同装配间隙接触件的插入力、接触压力、接触面积变化规律。研究结果表明：接触压力随挠度增大而增大,增幅逐渐减小,插入力随插入深度先增大后减小最后趋于稳定;温升导致接触件接触压力、接触面积减小,降低了电接触性能,当装配间隙为0.07 mm≤δ≤0.2 mm时对电接触性能的影响程度较小;综合考虑150 ℃下的接触压力、接触面积和最大等效塑性应变,冠簧式接触件最优装配间隙为0.07 mm。该研究结果可为电钻杆用冠簧式接触件的结构设计及优化提供参考。     

电连接器微动磨损的超声识别与性能退化模型

针对振动环境下电连接器易产生微动磨损而接触性能降低这一问题，采用超声检测方法监测微动磨损过程中电连接器接触件间磨屑的特征值，研究了不同振动条件下接触件的磨损程度及接触性能的退化规律。结果表明，振动频率、振动加速度和振动次数对接触面磨屑的堆积和接触电阻的波动都有正向累积效应；电连接器轴向振动时，磨屑累积效应最为明显。接触电阻和磨屑特征值总量在高振频及加速度下呈现极高的相关性。以磨屑特征值构建的麻雀搜索算法优化BP神经网络性能退化模型的平均绝对误差小于5%。     

Friction properties of perfluorinated polyethers for hot‐dipped tin low‐level separable electrical contacts

Tin coatings are used as a final protection for cuprous substrates involved in low‐level electrical contacts. High friction forces and fretting phenomena remain a cause of electrical failure of connector terminals, and so should be minimised. A lubricant layer can improve the life and reliability of connector terminals but such a layer must ensure low and stable resistance values even under severe temperature conditions. Work has been undertaken to investigate the lubricant layer most suitable for the protection of tinned electrical contacts. Perfluorinated polyethers (PFPEs) were chosen for their inertness. The aim was to correlate various physico‐chemical properties of branched or linear PFPEs, with their frictional and electrical properties. The long‐term electrical properties of a contact are shown to be linked to the initial wear mode in the contact.     

镍铬接触对接触电阻失效原因分析

描述了用于K型热电偶回路中的镍铬接触对在电连接器的振动过程中发现接触电阻变大的失效现象,从接触电阻的理论构成和失效接触对的实物状态进行原因分析,通过更换绝缘体材料、固定接触对及更换接触对等方式进行试验验证,确定主要原因。针对分析结果,通过降低表面粗糙度、提高接触压力、涂覆固体膜润滑剂和调整接触对固定机构等方式,解决了镍铬接触对在振动过程中的接触电阻失效问题。通过一系列的试验,总结了避免镍铬接触对失效的关键措施。     

Simulational study of electrical contact degradation under fretting corrosion

The simulation model of electrical contact resistance variation under various oxide fractions is constructed considering thermal–electrical coupled effects. The copper oxide is allocated on the contact area with various fractions by random distribution technique with finite element method. The contact degradations of experimental and analytical results are compared. The quantitative relation between insulation fraction and electrical resistance increment is analyzed.     

电连接器真空环境试验电压加载方式研究

根据真空环境下电连接器主要是由沿面闪络造成绝缘电阻和耐压强度下降或被击穿而失效的状况,针对电连接器电压加载方式不同所产生的电场强弱会有较大的差异的问题,通过静电场理论,建立电连接器电场强度的计算模型并提出电连接器电场强度的计算方法;为了更快速准确地评价电连接器在真空环境下的绝缘工作寿命,以额定电压下所产生的电场强度最大且最为均匀为目标,建立电连接器电压加载方式优化的数学模型;通过采用电场强度的信噪比作为综合评价函数,将优化的多目标转化为单目标,并通过应用遗传算法对电压加载方式进行了优化。优化结果表明,电压加载方式经优化后电场强度可提高了50％左右,而且均匀程度更高,可为实现电连接器真空环境可靠性的准确评价提供依据。     

Simulational study of electrical contact degradation under fretting corrosion

The simulation model of electrical contact resistance variation under various oxide fractions is constructed considering thermal-electrical coupled effects. The copper oxide is allocated on the contact area with various fractions by random distribution technique with finite element method. The contact degradations of experimental and analytical results are compared. The quantitative relation between insulation fraction and electrical resistance increment is analyzed.