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。     

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.     

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。     

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.     

航空电连接器热循环试验与寿命预测

通过加速寿命试验,研究热循环条件下航空电连接器可靠性并探索其寿命预测方法,提出了一种模拟昼夜温差影响的热循环加速试验方法(包括试验方案及电路的设计)。热循环加速试验中,将高温稳定阶段的航空电连接器插孔应变量作为其性能退化进程的主要监测参数,进行了应力松弛引发的航空电连接器性能退化规律的试验研究。理论推导了航空电连接器失效对应的应变量临界值,分别利用灰色模型预测法、时间序列法和神经网络时间序列法对航空电连接器进行了寿命预测。试验结果表明：接触件应变量随热循环次数的增加而逐渐减小,且温差越大,应变量的减小量越大,应力松弛现象越明显,性能退化越快,寿命越短。随着热循环中温差值的增大,热循环寿命近似呈指数下降。     

JF系列某型电连接器组件端子可靠性研究

深入研究和分析了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,考虑理论模型分析及实际失效情况,提出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了分析,确定了插拔力的变化趋势及各因素之间的关系。参照相关手册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和应变分布图以及随时间变化图。     

电连接器接触件断裂失效分析

电连接器是电气传输系统的基础元器件之一,接触件作为连接器的核心零件,其接触性能的可靠性关乎整个设备、乃至整个系统的稳定运行.对某型号电连接器接触件出现的断裂现象进行失效分析,建立了接触件的理论数学模型,进行理论推导计算,并利用Abaqus有限元仿真软件对电连接器进行仿真分析.通过对比接触件机械寿命试验结果,发现单个接触件弹力理论计算值为5.58 N,仿真分析结果为5.547 N,与5.75～5.85 N的弹力试验结果高度一致.此外接触件最大弯曲应力理论计算值为1083 MPa,与仿真结果1116 MPa也较为相近,该弯曲应力已十分接近材料的极限应力,存在一定的断裂风险.因此采用理论计算、仿真分析等手段对接触件力学结构进行定量分析,降低产品失效风险,将大大提高电连接器的研发效率,对电连接器设计具有重要的指导意义.     

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。     

探针电连接件的退化失效及寿命分析

从一款探针电连接器使用时的快速退化失效现象出发,提出了基于失效原因的可靠性建模方法.通过分析指出其失效原因是负载电流过大导致工作温升过大,从而导致加速失效,仿真验证时通过设置合理的仿真参数保证了仿真结果的可靠性.进行了温度应力下的寿命建模,数据上结合了仿真给出的温度-电流关系和使用时的寿命次数-电流关系.方法上采用了Arrhenius温度应力退化模型和退化速率线性假定,综合考虑了失效阈值的动态影响,给出了寿命次数-温度模型,建模结果与实际寿命数据有着较好的拟合效果,并利用模型给出探针使用和改良指导.该过程与一般的基于加速退化实验的建模方法比较,数据依赖度小,可行度高,可为工程人员提供一种实用的连接器失效分析方法.     

串联结构产品可靠性建模与统计分析

针对电连接器接触对数量较小的情况下,其接触寿命不适宜用Weibull分布描述的问题,研究了串联结构产品可靠性建模及统计分析方法,建立了任意接触对数量下电连接器接触寿命分布的可靠性模型,研究了基于区间数据的模型参数点估计和Bootstrap区间估计方法。试验研究结果表明：对于串联结构产品,采用串联结构的真实分布比近似地采用威布尔分布的拟合优度高,可更加客观地评价产品的可靠性水平。     

航天电连接器绝缘电阻随真空度和温度变化规律的研究

以Y11P-1419型电连接器为对象,研究了Y11系列航天电连接器的绝缘电阻随环境真空度和温度变化的规律。分析了真空度和温度变化对电连接器绝缘电阻的影响;通过试验和对试验数据进行统计分析,揭示了电连接器的绝缘电阻随真空度和温度的变化规律;给出了对试验现象和统计结果的机理解释。研究表明,真空度和温度的变化都会对电连接器的绝缘电阻产生显著影响,且二者有交互作用：温度一定时,电连接器的绝缘电阻随气压降低（升高）而增大（减小）;气压一定时,电连接器的绝缘电阻随温度升高（降低）而减小（增大）。     

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。     

威布尔分布下失效率的Bayes验证试验方法

为在尽可能短的试验时间内确定产品可靠性是否达到规定的要求,以Gamma分布为先验分布,以失效率为验证指标,讨论了Weibull分布下产品可靠性的Bayes验证试验设计方法,以某型航天电连接器为例,制定了相应的Bayes定时截尾验证试验方案,并对试验方案进行了Monte-Carlo模拟评价。与经典的定时截尾验证试验方法相比,所建立的Bayes验证试验方案所需的试验时间仅为经典试验方案的45%左右。对试验方案的Monte-Carlo模拟评价结果表明,后验使用方风险的理论值与实际值基本一致,说明所制定的试验方案能够满足预定的试验要求。     

Effectiveness of bubble structure in contact damage reduction of Au film

Au films have been utilized widely for electrical connectors and devices. The film may be damaged due to repeated contact sliding which may ultimately lead to failure of the electrical system. In this work, the effect of bubble structure on the contact damage characteristics of Au film was compared to that of a smooth film to understand the wear mechanism of thin Au films with the aim to improve its durability. Nano-scratch tests as well as sliding wear experiments were performed using smooth and bubble-structured Au film specimens. It was found that the bubble-structured film was more durable with respect to contact damage. The reason for the increased durability was attributed to the frictional energy dissipation function of the bubble structure.     

高温环境下电连接器内部温度有限元仿真分析及试验

针对电连接器内部温度难以准确测量的问题,以Y2型宇航分离脱落电连接器为研究对象,完成了电连接器内部温度测试方法的仿真研究、试验设计及相关影响因素分析。利用SolidWorks软件建立电连接器的三维模型,基于ANSYS对电连接器模型进行热电耦合仿真分析,得到了电连接器在不同环境温度下的内部温升及温度分布规律。设计电连接器内部温度测试系统,完成电连接器内部温度测试以及与仿真结果的对比验证。基于此仿真方法,研究芯数、工作电流及接触电阻对电连接器温度变化的影响,发现电连接器内部最高温度均随这三个影响因素的增大而增大。     

射频连接器装配位移的机电耦合建模及实验

射频连接器是射频和微波系统中必不可少的器件。在射频连接器装配过程中,装配位移的变化会导致接触状态变化,进而影响传输信号完整性。针对互连射频连接器的装配位移变化影响传输电性能这一问题,通过搭建射频连接器的装配位移与散射参数测量实验平台,研究装配位移对电信号的影响。基于微波网络理论分析,引入接触区域的等效电路,将接触区域等效电路转化为端口网络与射频连接器端口网络级联,构建装配位移影响下互连射频连接器的场路耦合模型。根据该模型搭建实验平台,测量射频连接器不同装配位移下的散射参数,由实验数据拟合装配位移和接触区域阻抗的映射关系,最后构建出射频连接器装配位移的机电耦合模型。通过搭建装配位移实验平台,验证了耦合模型的有效性。     

极限载荷工况下滚珠丝杠副疲劳弹性寿命研究

滚珠丝杠副因高精度、高可靠性等特点,被广泛应用于机械、航空航天及核工业等领域。传统滚珠丝杠副寿命计算方法是以疲劳点蚀为失效判定依据,而在航空航天等极限载荷工况下,滚珠丝杠副需要在短时间内承受几近额定静载荷的负载,其主要失效形式将变为塑性变形失效。因此,基于疲劳点蚀的疲劳寿命理论和计算方法不再适用。基于滚珠丝杠副的塑性接触变形特性提出了疲劳弹性寿命的概念及计算方法。基于滚珠丝杠副刚性试验台设计了疲劳弹性寿命测试方法并进行了试验,发现提出的疲劳弹性寿命计算方法的误差在15%以内。通过灵敏度分析,对滚珠丝杠副疲劳弹性寿命的影响最大的为适应比,其次是接触角、导程、轴向载荷、丝杠节圆直径,滚珠直径最小。     

浅析汽车用插接器端子接触电阻

接触电阻是汽车用插接器的主要电气性能,不合适的接触电阻是汽车用插接器工作时产生温升的主要原因。分析了接触电阻的影响因素。分析了电压降换算接触电阻和低电平接触电阻两种测试方法,这两种测试方法所测得的结果分别反映了插接器在强电流电路和弱电流电路下的实际使用状况。