Анализ прочности печатного узла при воздействии ударов.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

В результате воздействия одиночного удара или последовательности ударов элементы и узлы конструкции приходят в колебательное движение. Напряжения и деформации, возникающие при этом, могут достигать больших значений, что может привести к потере прочности и жесткости.

Проверим прочность платы при воздействии на корпус блока ударного импульса синусоидальной формы.

Исходные данные:

Амплитуда ударного импульса прямоугольной формы – = 150 м/с²

Длительность удара – от 2 до 15 мс

Частота собственных колебаний платы - f₀= 46, 2 Гц.

Общая масса платы и микросхем – m = 18, 7 г = 18, 7۰ 10^{-3 кг}

Высота платы – L = 174 мм = 0, 165 м

Толщина платы – h = 1, 5 мм;

Ширина полосы платы – b = 17, 5 мм;

Статическая сила - Р_ст = 0, 183 Н

Допускаемое напряжение в опасном сечении - [σ ]_д = 10 МПа

Решение.

1. Определение коэффициента динамичности.

Коэффициент динамичности достигает максимального значения при τ = 15 мс

μ _{у мах} = =1.71

=0.73

2. Определение максимального ускорения.

= μ _{у мах}۰ = 1.71۰ 150 = 256.5 м/с²

3. Определение динамической силы, действующей на плату при ударе.

Р_д = m = 18, 7۰ 10^-3 ۰ 256.5 = 4, 8 Н

4. Определение полного изгибающего момента от статических и динамических сил.

М_{у мах} = Р_Σ L / 4 = (Р_ст + Р_д) L /4 = (0, 183 + 4, 8)۰ 0, 165 / 4 = 0, 2 Нм

5. Определяем полное напряжение изгиба в опасном центральном сечении платы.

σ _мах = М_{у мах} / W_у = М_{у мах}۰ 6 / b h² = 0, 2۰ 6 / 17, 5۰ 10^-3۰ (1, 5۰ 10^-3)²= 30, 5 МПа

Вывод: условие прочности платы при ударе не выполняется, т.к.

σ _мах = 30.5 МПа > [σ ]_д = 10 МПа.

Анализ жесткости печатного узла при воздействии удара.

Необходимо проверить жесткость платы при ударе. Допустимый прогиб

платы в центральном сечении – [w] = 0, 01 L = 1, 65 мм;

Решение.

1. Определение максимального динамического перемещения середины платы.

W_д = z₁_m = μ _{у мах} / ω ₀² =1.71 ۰ 150 / (2 ۰ 3, 14۰ 46, 2)²= 3, 05۰ 10^{-3 м = 3, 05 мм}

2. Статический прогиб платы под действием собственного веса и веса микросхем

w_ст = Р_ст L³ / 48 E J_y = 0, 183۰ 0, 165³ / 48۰ 30۰ 10⁹۰ 4, 92۰ 10^-12= 0, 14۰ 10^-3м=0, 12 мм

3. Определение полного прогиба центрального сечения платы

w_мах= w_ст+ w_д = (0, 12 + 3, 05)۰ 10^-3 = 3, 17۰ 10^{-3 м = 3, 17 мм}

Вывод: условие жесткости при ударе не выполняется, т.к.

w_мах= 3, 17 мм > [w] = 2 мм.

Заключение.

Выполненные расчеты показали, что несущие конструкции спроектированного электронного модуля обладают достаточной прочностью и жесткостью при статическом нагружении и недостаточной прочностью и жесткостью при динамическом воздействии вибраций и удара.

Общим методом повышения виброударопрочности и жесткости НК

электронных модулей является использование рациональных поперечных

сечений элементов и узлов НК. Критерием рациональности является наибольшее значение удельного момента сопротивления W_уд сечения.

Для повышения значения W_уд целесообразно использовать пустотелые

конструкции и элементы, вытянутые в направлении действия нагрузки, а

также ребра жесткости, отбортовки и выдавки.

При динамических воздействиях наиболее " слабым" элементом модуля является печатная плата, закрепленная в НК. Наибольшие напряжения идеформации возникают в плате при резонансе, когда коэффициент динамичности достигает своего максимального значения.

Одним из способов повышения жесткости является изменение способа крепления платы в НК. Целесообразно использовать в качестве закрепления жёсткое защемление платы в НК, что повышает коэффициент жесткости с в 4 раза. При этом соответственно в 2 раза повышается собственная частота f₀ и плата, как правило, выходит из зоны резонанса.

Жесткость платы можно повысить путем установки ребра жесткости, которое должно проходить через центр платы и располагаться параллельно короткой стороне. Тот же эффект может быть получен введением дополнительной центральной точки крепления платы. Однако использование этих прямых конструктивных способов повышения жесткости уменьшает полезную площадь платы и усложняет конструкцию модуля.

Частоту f₀ можно повысить путем увеличения толщины платы. Однако переход от стандартной толщины 1, 5 мм на большую толщину приводит в ряде случаев к необходимости замены типа микросхем и усложняет изготовление платы.

Повышение частоты f_Q путем уменьшения массы микросхем, установленных на плате, малоэффективно. Например, снижение массы (числа) микросхем в 2 раза повышает частоту f_o всего на 16 %.

Наиболее эффективным способом снижения коэффициента динамичности является нанесение на плату виброзащитного покрытия с большим значением коэффициента механических потерь γ. Однако использование виб-розащитного покрытия ухудшает теплоотвод от электрорадиоэлементов и делает плату неремонтопригодной.

Использование того или иного способа защиты или нескольких способов одновременно зависит от условий эксплуатации и ремонта, серийности производства, стоимости, требований надежности и выбирается индивидуально для каждого типа изделия.

Список литературы.

Несущие конструкции РЭА: Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Прикладная механика»./ Сост: Ю.Н.Исаев, Г.Ф.Морозов, М.Д.Стерльцова; ГЭТУ – С-Пб 1993.
Несущие конструкции РЭА/ Под редакцией П.И.Овсищева; Радио и связь 1988.
Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справочное пособие / Э.Т.Романычева и др.; Радио и связь 1984.
В помощь радио любителю вып.109 под ред. М.Е.Орехова; изд. Патриот 1991.
Справочник по сопротивлению материалов. Г.С.Писаренко, А.П. Яковлев, В.В.Матвеев. 1998

⇐ Предыдущая 1 2 34