Обзор программы SolidWorks для расчета вибропрочности плат

ЛИТЕРАТУРА

1. В. В. Маркелов, А. С. Кабаева Управление качеством электронных средств : учеб. пособие. -М.: Изд-во МГТУ им. И. Э. Баумана, 2014. - 272 с. : ил. (Библиотека «КЭВС» : в 25 кн. Кн. 2).

2. В.В.Маркелов, А.И.Власов, Д.Е.Зотьева Автоматизация методов входного статистического контроля при управлении качеством изделий электронной техники в среде MATHLAB // Надежность и качество сложных систем. - 2014. - №3. - С.38-44.

3. В.В.Маркелов, А.И.Власов, Д.Е.Зотьева Автоматизация многоступенчатого контроля качества в среде MATHLAB // Надежность и качество сложных систем. - 2015. - №1. - С.58-63.

4. Власов А.И., Карпунин А.А., Ганев Ю.М. Системный подход к проектированию при каскадной и итеративной модели жизненного цикла //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2015. Т. 1. - C.96-100.

5. Б.Л. Хэнсен. Контроль качества. Теория и применение. Пер. с англ. - М.: Прогресс, 1968.

6. Л. Иоулер и др. Статистические методы контроля качества продукции. Пер. с англ. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 96 с.

7 Управление качеством электронных средств: Учебник для вузов. О.П. Глудкин и д.р. - М.: Высшая школа, 199 - 414 с.

8. О.П. Глудкин. Всеобщее управление качеством: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1999.

9. Маркелов В.В., Власов А.И., Камышная Э.Н. Системный анализ процесса управления качеством изделий электронной техники // Надежность и качество сложных систем. - 2014. - №1. - С.35-43

10. В.В.Маркелов, А.И.Власов, Д.Е.Зотьева Управление и контроль качества изделий электронной техники. Семь основных инструментов системного анализа при управлении качеством изделий электронной техники // Датчики и системы. - 2014. - №8. - С.55-67.

11. Власов А.И., Иванов А.М. Визуальные модели управления качеством на предприятиях электроники// Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2011. № 11. С. 34-3

12. Дудко В.Г., Верейнов К.Д., Власов А.И., Тимошкин А.Г. Современные методы и средства обеспечения качества в условиях комплексной автоматизации // Вопросы Радиоэлектроники, Сер. АСУПР, 1996, №2, С.54-72.

13. Власов А.И. Системный анализ технологических процессов производства сложных технических систем с использованием визуальных моделей// Международный научно-исследовательский журнал - 2013. - №10. Часть 2. - С.17-26.

14. Власов А.И., Журавлева Л.В., Тимофеев Г.Г. Методы генерационного визуального синтеза технических решений в области микро- наносистем // Научное обозрение. 2013. №1. - С.107-111.

15. А.И.Власов, А.Е.Михненко Информационно-управляющие системы для производителей электроники/производство электроники: технологии, оборудование материалы. - 2006. - №3.

16. Власов А.И., Лыткин С.Л., Яковлев В.Л. Краткое практическое руководство разработчика по языку PL/SQL // Библиотека журнала "Информационные технологии", Том 2. 2000. 64 с.

17. Тимошкин А.Г., Власов А.И. О СТРАТЕГИИ И ТАКТИКЕ МАРКЕТИНГОВОЙ ПОЛИТИКИ МНОГОПРОФИЛЬНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ФИРМЫ // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 1996. № 9. С. 59-61.

18. Власов А.И., Ганев Ю.М., Карпунин А.А. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ "БЕРЕЖЛИВОГО ПРОИЗВОДСТВА" ИНСТРУМЕНТАМИ ВИЗУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2015. №4. С.19-25.

УДК 681.321

Моисеев1 С.А., Кочегаров1 И.И., Бростилов1 С.А., Трусов1 В.А., Китаев2 М.Ю.

1ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

2Военный институт Сил воздушной обороны Республики Казахстан им. Т.Я. Бегельдинова, Актобе, Казахстан

ОБЗОР ПРОГРАММЫ SOLIDWORKS ДЛЯ РАСЧЕТА ВИБРОПРОЧНОСТИ ПЛАТ

Данная статья посвящена обзору программного продукта SolidWorks Simulation, позволяющего кроме всего прочего производить анализ вибропрочности платы. Для сбора и анализа информации использовались технологии автоматизированного и ручного извлечения данных из современных информационно-справочных систем и библиотечных ресурсов. Данное исследование может послужить руководством, позволяющим провести анализ вибропрочности платы при заданных условиях эксплуатации (диапазон частот рабочих частот), распределенной массы на плату, геометрии платы и способов крепления платы. В статье показаны основные шаги процесса моделирования платы для анализа вибропрочности

Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Разработка методов и средств создания высоконадежных компонентов и систем бортовой радиоэлектронной аппаратуры ракетно-космической и транспортной техники нового поколения» (Соглашение № 1519-10037 от 20 мая 2015 г.) при финансовой поддержке Российского научного фонда.

Ключевые слова.

SolidWorks, Simulation, вибропрочность, резонанс, плата.

Все виды радиоэлектронной аппаратуры подвергаются воздействию внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию[1]. Механические воздействия имеют место как при работе РЭА, так и при транспортировке. При проектировании радиоэлектронной аппаратуры необходимо обеспечить вибрационную прочность. Вибрационная прочность - прочность при заданной вибрации и после ее прекращения [1]. Для предотвращения разрушения РЭА, необходимо и достаточно, чтобы частота собственных колебаний платы не совпала с частотой колебаний внешних воздействий.

Частотный диапазон механических нагрузок, усилия и ускорения при динамических ударных нагрузках, линейные нагрузки, которые будут действовать на аппаратуру в процессе эксплуатации, конструктор знает из технического задания на проектирование, либо из условий эксплуатации носителя, на котором будет установлена РЭА [1].

Конструктор при помощи САПР, в частности SolidWorks Simulation еще на стадии проектирования может предотвратить возникновения резонанса внешних частот с внутренними частотам платы, изменяя геометрию платы, материал платы или способ закрепления.

Для разнообразных анализов связанных с вибрацией широко распространены такие программы как ANSYS Workbench, Simens PLM NX, SolidWorks и многие другие. SolidWorks обладает рядом преимуществ: сравнительно низкая стоимость лицензии, широкая распространенность и самое главное на мой взгляд - простота освоения. Поэтому в данной статье рассмотрим использование SolidWorks с дополнением Simulation для анализа вибропрочности платы.

Анализ вибропрочности платы в SolidWorks Simulation состоит из нескольких этапов: создание геометрии платы, создание конечно-элементной модели, задание граничных условий, моделеривание, анализ результатов

У SolidWorks Simulation есть некоторые ограничения, а именно SolidWorks Simulation при моделировании вибрационных процессов не может учитывать влияние силы тяжести, давления окружающей среды и центробежную силу. Для преодоления данных ограничений необходимо воспользоваться программой Sparce.

Далее рассмотрим пример. Группа аппаратуры, к которой будет находиться плата - ВЗ- возимая,

устанавливаемая во внутренних помещениях речных судов (диапазон частот внешних воздействий 1070Гц). Размеры платы 50 мм х 50 мм, толщина 1 мм, распределенная масса элементов 50 г. Схема закрепления - по углам платы.

Для примера была создана плата длиной и шириной 50 мм, толщиной 1 мм, с отверстиями под крепеж по углам (рисунок 1) .

Рисунок 1 - Геометрия печатной платы

Теперь можно непосредственно переходить к анализу вибропрочности платы. Для этого во вкладке Simulation создается новое исследование, нужно выбрать исследование на частоту. В качестве входных данных необходимо выбрать материал

платы, при отсутствии необходимого материала в библиотеке необходимо создать собственный материал (рисунок 2).

Рисунок 2 - Создание нового материла в библиотеке

Программа дает подсказку, выделяя красным те строчки, которые необходимо заполнить для проведения частотного анализа, а именно - модуль упругости, коэффициент Пуассона и массовую плотность. Далее указывается крепление, в данном случае 4 винтовых соединения по углам платы (рисунок 3).

Далее в параметрах исследования необходимо выбрать диапазон исследуемых частот внешних воздействий, в данном случае достаточно выбрать верхнюю границу 100 Гц, но для большей наглядности верхний диапазон будет выставлен на уровне 1000 Гц (рисунок 4).

В заключение во вкладке Внешние нагрузки необходимо указать распределенную массу элементов находящихся на плате и запустить анализ. В зависимости от производительности компьютера, размеров платы и количества учтенных внешних факторов расчет может длиться от нескольких секунд до нескольких минут.

В результате убеждаемся, что пластина, закрепленная в углах, имеет несколько частот собственных колебаний [1]. Резонансные частоты данной платы показаны на рисунке 5. Результаты были занесены в сводную таблицу.

Картины колебаний в момент наибольших амплитуд при резонансных частотах показаны на рисунке

Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», 2016, том 1

I ЪОииНОЫЪ [! - - ' Э - - -  -__|© Поиск .Справке по ЮШМОИВ Д » ?' - б X

Рисунок 3

Крепление платы

Рисунок 4

Указание диапазона частот

Рисунок 5

Резонансные частоты платы

Рисунок 6 - Колебания платы при резонансных частотах

Таблица

Частотный диапазон внешних частот по ТЗ 10-70 Гц

1 резонансная частота 5 4 0,49 Гц

2 резонансная частота 890,32 Гц

3 резонансная частота 8 92,4 8 Гц

4 резонансная частота 976, 97 Гц

Вывод. Вибропрочность платы при заданных диапазоне частот внешних воздействий, геометрии платы, распределённой массе элементов и схеме закрепления удовлетворительная.

Заключение. С помощью SolidWorks Simulation так же можно проводить статические и термические анализы конструкций, исследования на потерю устойчивости, испытания на ударную нагрузку, усталостные анализы, а так же проектирование сосудов давления.

Как видим, в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц данная плата имеет 4 резонансные частоты, которые не входят в диапазон внешних частот по техническому заданию, а значит, никаких изменений в конструкции данной платы не требуется.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ямпурин, Н. П. Основы надежности электронных средств [Текст] учеб. заведений / Н. П. Ямпурин, А. В. Баранова ; под ред. Н. П. центр «Академия», 2010. - 240 с.

2. Леухин, В.Н. Радиоэлектронные узлы с монтажом на поверхн.: конструирование и технология [Текст] : учеб. пособие / В.Н. Леухин; под ред. В.Н. Леухина. - Йошкар-Ола : МарГТУ, 2006. - 248

учеб. пособие для студ. высш. Ямпурина. - М. : Издательский

УДК 004.94

Севцов И.А., Юдин А.А., Жихарев К.В., Кочегаров И.И.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

МЕТОДИКА ПЕРЕНОСА ЭР-МОДЕЛЕЙ МЕЖДУ СИСТЕМАМИ CAD И CAE

Актуальность данной статьи заключается в том, что на сегодняшний день существует большое количество САПР для автоматизации различных конструкторских задач. Универсальной системы не существует и она вряд ли появится. Поэтому задача переноса данных из одной САПР-системы в другую всегда актуальна для инженера конструктора. Далее рассмотрим общие подходы к выбору формата обмена и конкретные рекомендации на примере программ Компас и ANSYS.

КОМПАС - продукт российской компании «АСКОН». Это система автоматизированного проектирования с возможностью оформления документации в соответствии со стандартами серии ЕСКД [1].

Программный пакет Компас-SD обладает мощным чертежно-графическим редактором Компас-График для двухмерного проектирования, обеспечивающим поддержку всех отечественных стандартов и международного стандарта ISO. Основой автоматизированного проектирования в системе Компас-SD является реализованный в ядре графической системы и производящий трехмерные изображения серьезный математический аппарат, включающий математические зависимости, описывающие формирование цифровой модели реальных объектов, и алгоритмы для просчета освещения трехмерных сцен.

При помощи системы КОМПАС можно создавать 3х-мерные ассоциативные модели деталей и отдельных единиц, которые содержат оригинальные либо стандартизированные конструктивные элементы. Благодаря параметрической технологии, модели типовых изделий быстро создаются на основе ранее рассчитанных прототипов. САПР Комрас в версии 16 поддерживает экспорт в 23формата и импорт из 18 форматов .

Программа ANSYS, использующая метод конечных элементов. Многоцелевая направленность программы, независимость от аппаратных средств (от персональных компьютеров до рабочих станций и суперкомпьютеров), средства геометрического моделирования на базе B-сплайнов (технология NURBS), полная совместимость с CAD/CAM/CAE системами ведущих производителей и «дружеский» интерфейс привели к тому, что именно ANSYS в настоящее время используется во многих университетах для обучения студентов и выполнения научно-исследовательских работ[2].

Более 35 лет использование программы ANSYS дает возможность ее клиентам производить продукцию высокого качества и быстро добиваться успеха на рынке товаров и услуг.