航空电子设备PCB组件的动态分析(一)

最新更新时间:2013-10-07来源: 互联网关键字:航空电子  PCB组件  动态分析 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

引言

  航空电子设备在生产、运输和使用过程中不可避免地要受到振动和冲击的作用。这些振动和冲击的作用可能导致电子设备的多种形式的失效,甚至破坏。这些振动和冲击引起的电子设备的破坏螺钉与螺母松脱、机箱的变形、PCB 焊点断裂剥离、器件引脚断裂等。尤其是随着PCB 不断向高精度、高密度、小间距、多层化、高速传输方向发展和大规模集成电路(VLSI)的飞速发展,它的功能更全、体积更小,封装引脚更多、更密的IC 和SOIC 不断涌现,特别是表面贴装技术(SMT)的广泛应用,都对PCB 组件提出了更高的挑战。

  对航空电子设备而言,振动和冲击引起的故障会大大降低其可靠性,产生极其严重的后果。有关文献显示,航空电子产品因振动、冲击动力学环境所引起的失效率占总失效率的28.7%。在对航电设备进行的振动环境试验中,PCB 也时常有发生。通过对PCB 组件进行动力学分析、设计可以有效地降低其在环境试验中出现故障概率,提高航电产品的可靠性和质量。

  动力学分析是以动态特性分析为基础的。通过对PCB 组件进行动态特性分析可以建立其动力学模型。只有建立起准确地动力学模型才可以对起进行有效地动力学分析。为此,本文试图采用有限元分析(FEA)与实验模态分析(EMA)相结合的预试验分析技术来进行某航电设备PCB 组件(图1 所示)的动态特性分析,并建立了该PCB 组件的有限元动力学分析模型。

  1 有限元模态分析

  作为一种成熟的数值分析技术,有限元分析技术(FEA)被广泛应用于电子设备PCB 组件的动态特性分析。并且,FEA 可以帮助工程师设计更可靠的PCB 组件,通过设计之初预测潜在的失效和疲劳。本文以某航空电子设备的PCB 组件(图1)为研究对象,其外形尺寸(长×宽×厚)为133.5mm×79mm×1.8mm,通过PCB 四个角处螺钉固定在电子设备的机壳上。该PCB 组件的外形尺寸和固定方式均与规定的标准试验PCB 相似,只是厚度大了一些。元器件和接插件采用表面贴装技术(SMT)与PCB 组装,其中元器件的封装主要为BGA、QFP 和SOP。

   对象PCB 组件

  图1 对象PCB 组件

  1.1 有限元分析模型

  组成对象PCB 组件的各个部分的材料物理性能参数如表1 所示。根据该PCB 组件几何尺寸信息和相关材料信息,在ANSYS 中建立了有限元分析模型(图2)。由于要得到的是PCB组件整体所表现出的动态性能数据,而不是元器件本身的细节数据,因此建立模型时,对元器件和接插件进行了简化。具体地,采用矩形和正方形块来模拟元器件,接插件采用其大致外形来模拟。有限元分析模型中各部位均采用三维实体单元(SOLID187)来进行网格划分(采用实体单元进行网格划分,虽然一定程度上增大了计算量,但是从CAD 到CAE 的模型的工作量大大减少,有利于工程应用推广),并且元器件与PCB、接插件与PCB 之间的连接均采用多点约束(MPC)来模拟。同时,由于电子机壳的刚度远大于PCB 组件的刚度,在有限元模型中在四个角处的螺钉孔处施加固定支撑约束来模拟该PCB 组件与设备机壳的螺钉连接。

  表1 对象PCB 各组成部分材料的物性参数

  对象PCB 各组成部分材料的物性参数

  对象PCB 组件的有限元模型

  图2 对象PCB 组件的有限元模型

  1.2 有限元模态分析结果

  建立起对象PCB 组件的有限元模型,并采用兰索斯分块法(Block Lanczos Method)进行模态分析。模态分析就是通过求解系统的特征方程,一般多自由度系统的特征方程可以成式(1)所示的形式,来得到系统的特征值和特征向量,亦即振动系统固有频率和振型。

  

  式中,[M]-系统的质量矩阵,有限元模态分析中由单元质量矩阵组装而成;[K]-系统的刚度矩阵,有限元模态分析中由单元刚度矩阵组装而成;{X}—系统的位移向量;ω-系统的特征值。

  通过模态分析,得到了采用四颗螺钉固定的对象PCB 组件的前三阶固有频率和振型,具体见表2。该PCB 组件的第1 阶振型为一阶弯曲,第2 阶振型为扭转,第3 阶振型为正弦波状弯曲。这些振型与得到的四颗螺钉固定下JEDEC 标准板相似。

  表2 有限元模态分析结果

  有限元模态分析结果

  PCB 组件第1 阶振型(FEA)

  图3 PCB 组件第1 阶振型(FEA)

  PCB 组件第2 阶振型(FEA)

  图4 PCB 组件第2 阶振型(FEA)

  PCB 组件第3 阶振型(FEA)

  图5 PCB 组件第3 阶振型(FEA)

  2 实验模态分析

  实验模态分析是若干工程学科的综合,它通过建立试验“装置”、估计频响函数、系统识别、识别结果验证4 个步骤得到系统的模态参数:固有频率、振型、模态阻尼等。实验模态分析的结果经常被用来检验有限元分析模型的有效性和正确性。为了检验本文所建立的对象 PCB 组件的有限元分析模型的有效性和模态分析结果的正确性,对该PCB 组件进行了实验模态分析。

关键字:航空电子  PCB组件  动态分析 编辑:神话 引用地址:航空电子设备PCB组件的动态分析(一)

上一篇:通信电源产业链发展现状与趋势分析
下一篇:航空电子设备PCB组件的动态分析(二)

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 20:49

智慧能源分析报告:能源互联网研究方向与应用动态
国家《能源发展“十三五”规划》提出,要推动能源生产供应集成优化,构建多能互补、供需协调的智慧能源系统,并将“实施多能互补集成优化工程”列为十三五能源发展的主要任务。 清华大学孙宏斌教授阐述要构建绿色低碳、安全高效、开放共享的能源生态需要打破壁垒,他还从能量层、数据层、商业层与应用层总结与展望了能源互联网的研究与发展。小编征得专家同意与您分享其报告,欢迎品读。
[电源管理]
基于TOPSwitChⅡ的单端反激开关电源的建模及动态分析
引言 开关电源 以其小型、轻量和高效率的特点,而被广泛地应用于以 电子 汁算机为主导的各种终端设备、通信设备中,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一环,而开关电源性能的优劣也将直接关系到整个系统的安全性与可靠性。开关稳压 电源 有多种类型,其中单端 反激 式开关电源,由于线路简单,所需要的元器件少,而受到重视。为使开关电源具有更好的动态稳定性,本文首先将开关电源从功能和结构上分成3个部分,求出各部分的内部参数,及相互之间的关系,然后运用动态小信号平均模型的基本原理求得各部份的传递函数,最后对3个部分传递函数组成的一个整体闭环系统进行分析,以求达到最佳的控制效果。 1 系统模型的建立 图1为单端
[电源管理]
基于TOPSwitChⅡ的单端反激开关电源的建模及<font color='red'>动态</font><font color='red'>分析</font>
使用动态软件分析为医疗设备通过审批提供支持(一)
包含软件系统的医疗设备与构建复杂系统一样,制造商面临着相同的挑战:时间、质量、规模(功能的数量和复杂性)和成本。此外,产品还需通过当地监管部门的审批,如美国食品及药品管理局(FDA)、欧盟医疗器械指令司(MDD)、英国药监局(MHRA)以及其他同类监管机构。   在本文中我们将探讨动态代码分析如何帮助医疗设备展示安全合规性以及动态分析工具所应具备的关键功能。为了帮助设计人员选择操作系统(OS),文章还简要介绍了OS的哪些特性可以推动安全相关软件加速设计、开发和审批流程等。    专业知识和流程   专业知识和良好的开发流程并不能确保系统符合所需满足的可靠性,甚至不能确保它是一个好系统。但是这两者的确能极大提高这种
[模拟电子]
使用<font color='red'>动态</font>软件<font color='red'>分析</font>为医疗设备通过审批提供支持(一)
日本航空电子推出整面透明型汽车用电容触摸面板
日本航空电子工业公司2016年9月28日宣布,已开始销售适用于汽车的整面透明型电容式玻璃触摸面板。这是车用电容式触摸面板“TC230系列”的新产品。 新产品的名称是“MAMless玻璃传感器”,通过将MAM(钼-铝-钼)层状结构的传感器外周的金属布线改换为透明电极,实现了整面透明,由此可提高设计性。 另外,与过去的玻璃触摸面板相比,新产品通过削减成膜次数降低了价格。而且耐久性比以往产品更好。新产品有7英寸、8英寸和10英寸3种标准产品,也可以按照客户指定的尺寸定制。与已经通过工作测试的推荐IC搭配使用,可以大幅缩短开发周期。 新产品瞄准的应用为车载导航仪和车载音响。已有早期用户将该产品应用于车载导航仪等,相关产品现已量
[汽车电子]
基于TOPSwitChⅡ的单端反激开关电源的建模及动态分析
O 引言 开关电源以其小型、轻量和高效率的特点,而被广泛地应用于以电子汁算机为主导的各种终端设备、通信设备中,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一环,而开关电源性能的优劣也将直接关系到整个系统的安全性与可靠性。开关稳压电源有多种类型,其中单端反激式开关电源,由于线路简单,所需要的元器件少,而受到重视。为使开关电源具有更好的动态稳定性,本文首先将开关电源从功能和结构上分成3个部分,求出各部分的内部参数,及相互之间的关系,然后运用动态小信号平均模型的基本原理求得各部份的传递函数,最后对3个部分传递函数组成的一个整体闭环系统进行分析,以求达到最佳的控制效果。 1 系统模型的建立 图1为单端反激式开关电源控制系统的结构图,由3个重要部
[电源管理]
QuickLogic与Sital开发MIL-STD-1553核
2008年6月17日,致力于对军工客户的承诺,超低功耗可编程解决方案领先厂商QuickLogic® 公司宣布,与以色列航空电子设备技术的领先厂商Sital Technology 合作,优化Sital 的MIL-STD-1553控制器设计,并将其应用于QuickLogic 的ViaLink® 可编程结构中。 MIL-STD-1553总线用于军事和航空电子领域,如抬头显示器(heads-up display)、雷达和武器系统中。MIL-STD-1553控制器设计将作为QuickLofic 验证系统块库(PSB)的一部分,应用于QuickLogic 的军规解决方案——PolarPro® 系列可编程平台中。 M
[新品]
EMI/EMC设计讲座(一)PCB被动组件的隐藏特性解析
  传统上,EMC一直被视为「黑色魔术(black magic)」。其实,EMC是可以藉由数学公式来理解的。不过,纵使有数学分析方法可以利用,但那些数学方程式对实际的EMC电路设计而言,仍然太过复杂了。幸运的是,在大多数的实务工作中,工程师并不需要完全理解那些复杂的数学公式和存在于EMC规范中的学理依据,只要藉由简单的数学模型,就能够明白要如何达到EMC的要求。   本文藉由简单的数学公式和电磁理论,来说明在印刷电路板(PCB)上被动组件(passive component)的隐藏行为和特性,这些都是工程师想让所设计的电子产品通过EMC标准时,事先所必须具备的基本知识。     导线和PCB走线   导线(wire)、走线
[电源管理]
EMI/EMC设计讲座(一)<font color='red'>PCB</font>被动<font color='red'>组件</font>的隐藏特性解析
Aeroflex S系列信号发生器新增航空电子波形
以提供航空电子业界标准产品而闻名的Aeroflex,将流行的功能增加到其新型信号发生器系列中 英国斯蒂夫尼奇,2011年6月—追随着Aeroflex业界标准的2030系列航空电子信号发生器的脚步,Aeroflex控股公司(纽约证券交易所:ARX)旗下的全资子公司Aeroflex有限公司日前宣布:为其S系列信号发生器新增广为流行的航空电子测试用波形。所有的航空电子主管部门(民用或军用)、机场、飞机机身制造商、飞机系统制造商和军事分包商都使用航空电子设备专用的信号发生器来测试重要的导航功能。 带有选件6的Aeroflex SGA模拟信号发生器新增了测试各种航空电子功能所需的内置波形生成器。该新选件包括的波形可用于测试仪表着陆系
[测试测量]
小广播
最新模拟电子文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved