Метод оценки времени до разрушения радиоэлементов при вибрационных воздействиях

НАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 531.3

МЕТОД ОЦЕНКИ ВРЕМЕНИ ДО РАЗРУШЕНИЯ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ВИБРАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

© 2008 г. К.В. Рощин

Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону

Donskoy State Technical University, Rostov-on-Don

Актуальной научной задачей является разработка метода оценки времени до усталостного разрушения выводов радиоэлементов (РЭ) в составе бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) при вибрационных воздействиях. для этого в свою очередь требуется разработать расчетные модели для оценки времени до усталостного разрушения выводов РЭ и расчетные модели для анализа механических процессов в конструкциях РЭА, а также на их основе создать программные и методические средства для обеспечения длительной работоспособности РЭ в составе бортовой РЭА при вибрационных воздействиях.

Ключевые слова: выводы радиоэлементов, гармоническая, случайная вибрация, колебания, напряжения, динамические воздействия.

Actual scientific problem is design of a method of a time estimation up to a fatigue damage of radioelements (RE) outputs in a composition of board radioelectronic equipment (REE) at vibrational impacts. For this purpose in turn it is required to develop computational models for an time estimation up to a fatigue damage of outputs RE and computational models for the analysis of mechanical processes in REE's constructions, and also to create program and methodical tools on their basis for provision of the long-lived RE's serviceability in a REE composition at vibrational impacts.

Keywords: findings radioelement, harmonic, casual vibration, fluctuations, voltages, dynamic influences.

Для оценки времени до усталостного разрушения пластинчатых и стержневых элементов конструкций блоков кассетного типа (БКТ) и блоков этажерочного типа (БЭТ) бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) при вибрационных воздействиях автором разработаны расчетные модели. В отличие от известных, расчетные модели радиоэлементов (РЭ) позволяют получать механические напряжения в выводах РЭ и время до их усталостного разрушения. Разработанные макромодели блоков позволяют получить параметры вибрационных воздействий на печатные узлы (ПУ) и РЭ, установленные на стенках блоков, не проводя полного анализа блока, точность расчета которых вполне приемлема при проектировании.

Предложен метод оценки времени до усталостного разрушения пластинчатых и стержневых элементов конструкций БКТ и БЭТ при вибрационных воздействиях. В отличие от известных, метод предусматривает моделирование механических процессов в выводах РЭ в составе самих блоков. Время до усталостного разрушения выводов РЭ при гармонической вибрации определяется по формуле [1]:

t„ =-

f

где N - число циклов напряжений до разрушения; f - текущая частота колебаний.

Число циклов до усталостного разрушения при гармонической вибрации рассчитывается по формуле [2]:

С „ \т

N. = Nк

где ст 0 - предел усталости материала вывода; т -параметр кривой усталости (кривой Веллера), зависящий от материала, размеров и формы вывода (данные значения получаем путем идентификации согласно разработанной автором методике и проведенными экспериментальными работами по определению неизвестных в настоящее время параметров кривых усталости выводов РЭ различного конструктивного исполнения, с различными вариантами установки и различной формой выводов и их сечений, необходимых для расчета времени до их усталостного разрушения); Nв - базовое число циклов (задается в справочной литературе); сттах - максимальное механическое напряжение в выводе РЭ - рассчитывается по моделям, разработанным автором.

Для случайного процесса использована гипотеза суммирования усталостного повреждения при циклическом нагружении, основанная на суммировании энергии колебаний на отдельных частотах [3]. В соответствии с этой гипотезой время до усталостного раз-

V ^ max J

рушения выводов РЭ при случайном воздействии может быть найдено по формуле

t = -

2nA

А'

V2)

m m + 2 m

JS0 (ю)ю mdю

где Д = у/о - среднеквадратическое отклонение текущих значений напряжений; Б - дисперсия;

/ ч ^ (ю) ^о () = —

D

приведенная спектральная плот-

m + 2

п — п

А т m л . w max mm N рп a = A ; П 0 =-2-

амплитуда напряже-

ния в цикле; ст m

- минимальное механическое на-

ность; (ю) - спектральная плотность; Г

гамма-функция; ю - круговая частота гармонического нагружения (ю = 2л/); А и т - характеристики кривой усталости в соответствии с уравнением

пряжение в выводе РЭ (с учетом знака).

Данная формула и гипотеза разработаны Райхе-ром для суммирования усталостных повреждений. Формула идеально подходит для решения главной задачи, решаемой автором, - анализа времени до усталостного разрушения при динамической нагрузке пластинчатых и стержневых элементов конструкций бортовой РЭА. Ни одна формула, кроме формулы Райхера, не позволяет рассчитать время до усталостного разрушения при случайной вибрации. Таким образом, альтернативы гипотезе Райхера на сегодня не существует. Данная формула была проверена экспериментально для расчета времени до усталостного разрушения выводов РЭ. Проверка дала положительные результаты.

Алгоритм расчета таков:

1. Согласно методике, разработанной автором, определяются А и т - характеристики кривой усталости (кривой Веллера).

2. По разработанным моделям рассчитывается спектральная плотность 5(ю), а на ее основе средне-

квадратические значения механических напряжений в

Р

выводах РЭ Д по формуле: Д = 5(/{)Д/.

3. Для дальнейшего расчета приведенной спектральной плотности нужно знать дисперсию, которая рассчитывается на основе среднеквадратических значений механических напряжений в выводах РЭ Д по формуле: Б = Д2.

Таким образом, все необходимые данные для расчета времени до усталостного разрушения в выводах РЭ определяются на основе разработанных моделей и метода. Без этих данных воспользоваться формулой Райхера для прогноза времени до усталостного разрушения в выводах РЭ невозможно.

Гипотеза Райхера относится к большим машиностроительным конструкциям. В работе впервые доказано, что ее можно использовать для выводов РЭ, и для этого нами получены кривые усталости для выводов РЭ. Гипотеза Райхера дает возможность произвести суммирование усталостных повреждений при случайной вибрации и определить конечное время.

Так как эти расчеты достаточно сложны и трудоемки, потребовалось разработать специальное программное обеспечение. Разработана структура автоматизированной подсистемы анализа и обеспечения времени до усталостного разрушения пластинчатых и стержневых элементов конструкций БКТ и БЭТ при вибрационных воздействиях, в которой реализованы созданные метод и модели.

Литература

1. Токарев М.Ф., Талицкий Е.Н., Фролов В.А. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры. М., 1983.

2. Иосилевич Г.Б., Лебедев П.А., Стреляев В.С. Прикладная механика: Для студентов втузов. М., 1985.

3. Райхер В.Л. Гипотеза спектрального суммирования и ее

применение к определению усталостной долговечности при действии случайных нагрузок // Проблемы надежности в строительной механике. Вильнюс, 1968. С. 267-273.

Поступила в редакцию

1 июля 2008 г.

Рощин Константин Владимирович - соискатель Донского государственного технического университета, г. Ростов-на-Дону. Тел.: 8-918-399-77-00. E-mail: kostik777@mail.ru_

m

2