印制电路板在板级跌落冲击的易损度探究

目的研究标准冲击载荷下印制电路板的挠度响应以及各参数对电路板脆值的影响。方法考虑印制电路板在三角脉冲下的跌落冲击,将四边点支的电路板简化成梁的模型。将脉冲激励考虑为内在的位移,建立模型求解电路板的挠度和加速度响应,进而与电路板的本身特性比较,来考虑电路板的可靠性。结果当受到三角脉冲跌落冲击时,板的最大挠度变形和最大加速度都发生在板的中间位置附近,并且发生在中间时刻。结论为电路板在三角形脉冲下跌落冲击提供其可靠性的理论依据。     

弹载加速度记录仪在冲击环境下的失效研究

在弹体侵彻过程中,首先分析高g值冲击对弹载加速度记录仪的影响,得出应力波作用下加载到弹体内记录仪的加速度值,并研究了加速度记录仪壳体、缓冲材料及电路板的动态结构响应,进而提出可能出现的失效模式：壳体结构的失效、缓冲材料缓冲性能的不足、芯片与PCB板相对运动导致芯片的裂纹。针对各失效模式,利用ANSYS/LS-DYNA对记录仪各防护单元进行了数值模拟仿真,得出各防护单元失效的临界冲击加速度值: 电路板失效的临界冲击加速度为1.93×104g,当加载冲击加速度为1.63×105g时,壳体发生屈曲;增大冲击加速度至5.63×106g时,缓冲材料失效。经过实弹侵彻试验,得出记录仪在1.5×105g的冲击加速度下失效。该实验结果对后续弹体实际侵彻弹载记录仪的设计及优化提供数据支撑。     

某型包装箱跌落动力学仿真分析

目的研究某新型导弹包装箱跌落工况下的冲击动力学响应,校核箱体结构是否满足设计要求。方法采用有限元仿真技术,研究包装箱结构跌落冲击动力学行为。建立箱体结构三维仿真模型,分析水平跌落和棱边跌落等2种工况,得到箱体的应力分布以及加速度响应,进一步对仿真分析结果的可靠性进行试验验证。结果 2种跌落工况下,箱体所受最大应力均小于材料的屈服极限。经跌落试验测试,箱体结构完好,无损伤和变形,试验结果与仿真结果吻合。结论有限元分析结果合理可靠,包装箱结构性能满足设计要求。     

聚乙烯缓冲材料多自由度跌落包装系统优化设计

在测试基础上,依据粘弹性力学理论,建立发泡聚乙烯缓冲材料动态非线性本构模型,并成功识别了模型参数;应用此模型在一定高度跌落冲击下,建立了多自由度包装系统动力学方程;依据物品响应加速度小于许用值及材料用量最小化两个原则,进行多自由度系统缓冲包装优化设计并获得最优解;基于最优解结构尺寸,测试了发泡聚乙烯缓冲系统的加速度响应值,数值算例及试验的结果表明理论值与试验值的平均相对误差都在0.8%以内。利用此设计方法可有效地避免欠包装和过度包装,克服了最大加速度-静应力曲线不能设计多自由度缓冲包装设计的弊端     

板级跌落冲击载荷下无铅焊点形状对BGA封装可靠性的影响

焊点高度和焊盘尺寸相同情况下,分析焊点形状（桶形、柱形、沙漏形）对BGA封装在板级跌落冲击载荷下可靠性的影响。根据不同焊点形状建立3种3D有限元模型,采用Input-G方法将加速度曲线作为数值模型的载荷输入,对BGA封装件在板级跌落冲击载荷下的可靠性进行分析。结果表明：在跌落冲击过程中,在0.1ms左右PCB板出现最大弯曲变形;焊点形状对BGA封装件在跌落冲击过程中的可靠性有较大的影响;以最大剥离应力作为失效准则对三种焊点进行寿命预测, 沙漏形焊点的平均碰撞寿命值最大,其次是柱形焊点,桶形焊点最小,表明沙漏形焊点在跌落测试中表现出较好的抗跌落碰撞性能。     

基于LS-DYNA的移动硬盘跌落冲击耐撞性能分析

移动硬盘独特的机械工作方式和部件结构的复杂性决定其对振动冲击非常敏感。针对移动硬盘复杂的内部结构,遵循质量等效原则,基于ANSYS/LS-DYNA动力学分析软件建立非工作状态下的移动硬盘整体跌落冲击有限元模型,分析并确定移动硬盘跌落冲击耐撞性能评价指标。通过数值仿真,分析传动臂材料、传动臂形状以及跌落角度对移动硬盘耐撞性能的影响,为移动硬盘的耐撞性分析、评估与设计提供理论依据。     

矩形脉冲激励下悬挂式弹簧系统冲击特性的研究

以悬挂式弹簧系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统非线性无量纲动力学方程,利用龙格—库塔法对系统冲击特性进行数值分析。以系统加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为反映系统在冲击作用下的响应指标,脉冲激励时间、系统悬挂角为变量,构建了系统的三维冲击谱。讨论了系统悬挂角以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明,系统悬挂角、阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著,增加阻尼可使系统加速度响应峰值明显降低。研究结论可为悬挂式弹簧减振系统的设计提供理论依据。     

曲梁周期结构隔振器特性研究

利用曲梁具有径向刚度和切向刚度耦合以及波形转换的特性,设计了具有低频宽频带隙的曲梁周期结构隔振器。该隔振器由多层面板-支撑曲梁结构构成。针对曲梁对边支撑的结构,推导了分析含有内部自由度的周期结构的能带结构以及利用子结构迭代法进行响应求解的一般公式,并进行了验证,该子结构迭代法特别适合于周期数较多的复杂周期结构的响应求解。对带隙起始频率和终止频率所对应的结构模态进行了分析。讨论了曲梁和面板结构参数变化对周期结构隔振器带隙结构的影响。并且对一对边支撑的曲梁周期结构隔振器进行试验研究,测得其原点导纳和传递导纳,验证了这种周期结构低频宽频带隙的存在和建模方法的正确性。     

三次非线性多层堆码包装系统关键部件三维组合冲击谱研究¶

研究多层堆码包装系统关键部件在半正弦脉冲激励下的冲击特性。建立考虑关键部件的多层堆码包装系统动力学模型,得到系统动力学方程并求解。依据结果提出评价系统关键部件三维组合冲击谱新概念,并讨论了脉冲幅值、质量比、频率比、关键部件阻尼、材料阻尼及堆码层数对三维组合冲击谱的影响。结果表明,各因素影响显著。     

超弹性夹芯覆盖层抗冲击性能分析及实验研究

对超弹性橡胶夹芯覆盖层抗冲击性能进行了分析。从夹芯覆盖层取一个单胞,对其在中低速冲击下波的传播,冲击能量的缓冲进行了深入研究,进一步明确了超弹性橡胶夹芯覆盖层抗冲击机理。建立了有限元计算模型,试验与仿真结果一致表明,初始缺陷是影响芯层动力学响应的一个重要因素,惯性效应是导致超弹性橡胶夹芯覆盖层平台应力大幅度上升的主要原因,夹芯覆盖层抗屈曲性能能够提升结构对冲击载荷的缓冲作用。     

悬臂梁易损部件在矩形加速度脉冲激励下的动力学响应与有限元分析

为分析悬臂梁易损部件在矩形脉冲激励下的振动响应,推导出悬臂梁在悬臂端处动态应力的近似解析解,得到最大应力与矩形脉冲峰值之间的关系,分析结果表明：在速度变化量一定时,最大应力随加速度脉冲幅值的增加而增加,但会无限逼近极限值。最后建立了易损件-质量主体在矩形脉冲激励下的有限元模型,并与解析解进行了对比,发现运用2阶振动模态即可得到精确的悬臂梁的应力响应,所取得的研究成果为具有悬臂梁式易损件在蜂窝纸板缓冲作用下的防护提供理论基础。     

High-G drop impact response and failure analysis of a chip packaged printed circuit board

This paper is concerned with constructing a high-G drop impact test condition for investigating the impact-induced failure phenomenon of the solder ball array located in the chip packaged printed circuit board. An impact environment satisfying the JEDEC B service conditions, requiring a 0.5 ms half-sine impact pulse duration with a peak acceleration at 1500 G, were constructed using an instrumented drop tower tester. Fifteen wafer-level CSP chips were installed on a standard printed circuit board (PCB) with a dimension of 132×77×1 mm³. A number of these chip packaged PCB bonded with four different compositions of solder joints with or without lead using the surface-mounted technology (SMT) were studied. During the drop impact tests, the chip packaged PCB circuit was monitored using the multi-event detector system (ETAC) to examine whether circuit fails or not. In addition, the drop impact dynamic response of the PCB and the acceleration at the prescribed location of the drop table were recorded and analyzed. Transient stress responses in the solder joints were provided using the LS-DYNA explicit code. Numerically predicted failure locations of the solder joints are close to those observed from actual drop impact experiments.     

基于正矢平方型曲线加减速算法的堆垛机立柱振幅研究

目的 为了提高堆垛机运动的平稳性,解决传统S型曲线加减速算法中加加速度不连续而影响堆垛机立柱瞬时振幅的突变冲击问题,新提出一种正矢平方型曲线加减速算法。方法 通过推导堆垛机立柱结构的振动方程,构造以正矢平方函数为核心的加减速算法模型,搭建Simulink振动仿真模型,之后与传统S型、正矢型曲线加减速算法一起代入Simulink振动模型进行对比仿真,再对立柱振幅结果进行分析。结果 正矢型曲线加减速算法的振幅比传统S型曲线加减速算法的约减小了2.6%,正矢平方型曲线加减速算法的振幅比传统S型曲线加减速算法的大约减小了4.2%。结论 所述正矢平方型加减速算法的速度、加速度、加加速度曲线皆连续。基于该算法的堆垛机兼顾平稳性的同时,立柱振幅更小,与其他算法相比,控制结果更优。     

后峰锯齿脉冲激励下双曲正切包装系统的非线性动力学特性研究

建立了二自由度的双曲正切包装系统模型,并应用四阶龙格-库塔法对得到的冲击动力学方程进行数值求解,研究了其冲击响应特性。采用后峰锯齿脉冲作为激励,得到了关键部件的三维冲击谱,进一步讨论了频率比、脉冲激励幅值、包装材料阻尼和脉冲周期对关键部件冲击谱的影响规律。结果表明,频率比、脉冲激励幅值、包装材料阻尼和脉冲周期均对关键部件冲击响应峰值有显著影响。     

简支梁式关键部件在蜂窝纸板缓冲作用下的冲击响应研究

具有简支梁式关键部件的电子产品,在运输过程中常用蜂窝纸板作为缓冲材料。为了分析这类易损部件在冲击载荷下的失效行为,先研究蜂窝纸板的压缩力学性能,并得到蜂窝纸板简化本构方程;然后在矩形加速度脉冲激励下,求解出最大应力与矩形脉冲峰值之间的关系,进而得到蜂窝纸板横截面积与厚度所满足的约束条件,推导出简支板弯曲应力的近似解析解;最后通过有限元分析验证解析法的可靠性。研究结果表明:蜂窝纸板在屈服阶段的应力可以表示为平台应力,且蜂窝纸板呈现率相关性;运用矩形加速度脉冲替代蜂窝纸板实际传递的加速度脉冲,在求解易损件的应力响应中具有较高的精度。     

编织复合材料机身隔框的冲击动力学特性

为提高飞行器的适坠性能,对二维三轴编织复合材料机身隔框的冲击动力学特性进行研究。基于连续介质损伤力学建立了机身隔框在冲击载荷作用下的有限元模型。该模型根据不可逆热力学理论并结合Weibull分布建立损伤扩张准则,采用Hashin失效准则确定损伤阈值函数。在迭代过程中,剪应力与正应力相互耦合,且分别考虑材料在纵向和横向的损伤破坏。在此基础上研究了材料参数变化对机身隔框冲击动力学性能的影响,并对各种情况下的瞬态动力学特征和能量吸收特性进行对比分析。数值结果表明该有限元模型能够准确求解编织复合材料机身隔框的非线性瞬态动力学问题,载荷峰值和吸收的能量分别与试验结果相差1.5%和4.7%,且纵向的弹性模量和压缩强度等材料参数对机身隔框的冲击动力学响应影响较大。     

Photoelastic analysis of stress waves in building subjected to vertical impact under laboratory earthquake experiments

In an earthquake occurring directly under a city, the vertical impact induced from the source may cause a large amount of damage to a column and beam of the building. Model-based simulations are carried out with photoelastic material in order to examine the effect of a vertical impact on the building in the case of a near-field type earthquake. The dynamic photoelastic method combined with strain gages is utilized to conduct direct full field and real time observations of stress waves in a building due to vertical impact in laboratory earthquake experiments. The conditions under which vertical impact loading is applied to the model building in a controlled laboratory environment are derived from the data recorded for the 1995 Hanshin-Awaji earthquake in Japan. The experimental apparatus with which an impact of a longitudinal stress pulse is able to be applied to a model of a real building is shown. It is estimated from our earthquake simulations that large dynamic stress concentrations are produced in the beam–column joints of the building by the vertical impact arising from a seismic source located directly below a surface.     

锂电池运输包装设计与跌落仿真分析

目的 文中以深圳市某科技公司新型动力锂离子电池为研究对象,为其设计缓冲运输包装。方法 结合相关测试标准运用仿真软件ANSYS Workbench对锂电池及其包装件进行跌落仿真分析,并结合跌落试验结果以验证仿真模型的可靠性。结果 裸机跌落时,外壳等效应力最大值为720.41 MPa,超过硬质铝合金的许用应力325 MPa,外壳将会发生破裂;电芯的等效应力最大值为363.4 MPa,超过铝的许用应力280 MPa,可导致电芯损毁;锂离子电池运输包装件跌落仿真结果显示,外壳、电芯、散热板、PCB板等各部件的最大等效应力值较裸机跌落时分别降低了73.66%、39.82%、38.65%、81.70%,且其等效应力的最大值均未超过对应材料的屈服强度。结论 综合变形云图及实验结果,采用EPP泡沫和BC瓦楞纸箱的锂离子电池运输包装结构具有较好的防护效果,能够满足抗冲击强度要求。     

板级跌落碰撞下无铅焊点的有限元分析

为了预测跌落碰撞下球栅阵列(BGA)封装中无铅焊点的失效,采用ABAQUS软件来模拟跌落碰撞过程中焊点的应力分布.首先建立圆形电路板(PCB)组件的有限元模型,接着用模态试验和有限元模拟相结合的方法确定有限元模型的边界条件和PCB的阻尼参数,然后运用ABAQUS有限元软件模拟PCB组件从三种高度下跌落碰撞过程中BGA封装中无铅焊点的拉应力分布.结果表明:封装最外圈四个拐角焊点的拉应力最大,最大拉应力出现在焊点靠近封装的一侧.由此预测最外圈拐角的焊点最易失效,焊点失效的位置在靠近封装一侧.