弹载模块电路结构振动分析及优化方法研究

摘要

对电子设备进行振动性能分析及结构抗振优化,是提高其在振动环境下工作可靠性的主要手段之一,也是电子技术发展的重要前提。本文针对某种弹载模块电路,运用数值仿真方法对其动力学相关性能进行了分析,并提出相应的电子设备结构动力优化方法,目的是提升该弹载电路在复杂环境下的抗振能力。为此本文从以下几个方面进行了研究:
　　(1)模块电路有限元建模方法研究。根据总质量等效法简化掉电路中的微小细节与元器件,对分析结果影响不大;在对模型固定方式及部件连接方式建模的研究中发现,在软件中使用孔面固定仿真螺钉固定、梁单元仿真连接螺钉、铆接仿真引脚焊接都可以简化建模过程,提高计算效率,同时也能保证数值仿真的精度。
　　(2)模块电路动力学性能分析。利用ANSYS Workbench软件完成对模块电路的模态分析;为确保建模方法与仿真分析的正确性,分别采用了锤击和扫频两种实验方法进行了验证,实验表明仿真结果可以接受,建模方法有效可行;在此基础上,完成了对模块电路的随机振动分析,得出在给定输入功率谱下结构的加速度响应情况。
　　(3)模块电路动力特性优化方法研究。根据弹性薄板小挠度理论和横向振动理论,推导出基板在安装元器件前后的固有频率表达式,并利用仿真软件对所推导理论进行了算例分析。理论和仿真的结果揭示出:安装元器件后的固有频率大小由元器件质量和安装位置决定;而元器件安装位置对固有频率的影响与基板振型有关,当元器件位于基板振幅较大位置时,频率值较小,反之频率较大。根据这一规律,本文提出了基于元器件布局的电路板固有频率优化方法,并运用于实际模块电路中,优化后各阶固有频率皆有10％以上的增幅。
　　(4)模块电路随机振动响应优化方法研究。对采用虚拟激励法得出的随机振动响应表达式做了进一步推导,将影响响应大小的因素挖掘出来。并从这些影响因素出发,提出相应的结构优化方法。将这些方法在算例模型上实现,并从对算例的分析中总结出规律,最后运用于模块电路,根据优化结果对各优化方法进行客观的评价。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 课题的来源及研究意义

1.2 相关领域国内外研究现状及发展趋势

1.3 文章组织结构

1.4 本文的主要研究内容

第二章 模块电路建模方法研究与模态分析

2.1 模块电路有限元建模方法研究

2.2 数值模态分析

2.3 实验模态分析

2.4 本章小结

第三章 模块电路动力特性优化方法研究

3.1 引言

3.2 基于调整元器件布局的优化方法研究

3.3 数值算例分析

3.4 针对模块电路的布局优化

3.5 本章小结

第四章 模块电路随机振动分析及动力响应优化

4.1 引言

4.2 模块电路的随机振动分析

4.3 针对随机振动响应的结构优化方法研究

4.4 响应优化方法在模块电路中的实现

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献