李思陽 陳麗麗
摘 要:螺栓緊固型印制電路板組件(PCBA)在航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。為了仿真獲得螺栓緊固型印制電路板組件的精確模態(tài)頻率,提高分析效率,必須對(duì)螺栓接觸中存在的復(fù)雜非線性行為進(jìn)行簡化建模處理。針對(duì)螺接型PCBA,提出螺栓連接的簡化建模方案,利用ANSYS?Workbench仿真軟件,在各方案下進(jìn)行仿真模態(tài)分析。通過模態(tài)仿真與掃頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差分析比較,得到了螺接型PCBA的高效準(zhǔn)確的建模方案。利用該方案對(duì)螺接型PCBA簡化建模,獲得的模態(tài)分析結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合很好。
關(guān)鍵詞:印制板組件; 螺栓緊固; 簡化建模; 模態(tài)仿真
中圖分類號(hào):TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004?373X(2013)02?0068?03
0 引 言
星載電子設(shè)備在運(yùn)輸、發(fā)射、工作過程中都要經(jīng)歷惡劣的振動(dòng)環(huán)境,其振動(dòng)可靠性問題一直是航天關(guān)注的焦點(diǎn)。印制電路板組件(PCBA)又是振動(dòng)問題的核心。為提高印刷電路板組件的抗振性能,航天領(lǐng)域多采用螺栓緊固方式,將印制板與加強(qiáng)筋連接加固。但螺栓連接中存在摩擦、非線性邊界約束及螺栓預(yù)緊力的影響[1?2],給仿真獲得螺接型PCBA的模態(tài)頻率帶來困難。不掌握結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率,避開外部激勵(lì)頻率,抗振問題就無從談起[3]。因此在有限元仿真過程中,合理簡化螺栓建模及接觸,降低模態(tài)分析誤差,對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員了解螺接型PCBA的動(dòng)態(tài)特性,解決抗振問題具有重要意義。
本文針對(duì)螺栓緊固型PCBA,提出四種螺栓建模及接觸簡化方案。
在4種方案下,利用ANSYS?Workbench仿真軟件,對(duì)目標(biāo)PCBA分別建模仿真,得出仿真模態(tài)頻率與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差,并比較大小,從而提出分析精度高、時(shí)間省的建模方案。
1 螺栓緊固型PCBA模態(tài)分析
1.1 螺栓緊固型PCBA有限元建模
進(jìn)行模態(tài)分析的有限元建模方案如下:
方案1:忽略螺釘實(shí)體,忽略安裝孔,將PCB與框架接觸面綁定。
方案2:忽略螺釘實(shí)體,建立PCB安裝孔特征,將PCB安裝孔邊與框架接觸面綁定。
方案3:將螺釘模型簡化為圓柱,將PCB安裝孔和框架安裝孔分別與圓柱接觸面綁定,忽略預(yù)緊力。
方案4:建立螺釘模型,忽略螺紋特征,將印制板上表面和螺釘帽接觸面綁定,在螺栓柱與印制板孔接觸面施加400 N預(yù)緊力,再將螺栓柱與框架孔接觸面綁定[4]。
依據(jù)以上各方案,對(duì)目標(biāo)螺接型PCBA建立三維模型,印制板為FR?4環(huán)氧玻璃纖維板,尺寸為237 mm×160 mm×2.0 mm,左右板面中心處裝聯(lián)有3D?PLUS公司的SOP封裝芯片,實(shí)物及整板模型圖如圖1所示,方案4螺栓連接局部特征如圖2所示。
3 結(jié) 語
(1)在只關(guān)注1階模態(tài)頻率時(shí),方案2~4都可以滿足模態(tài)分析精度要求;在關(guān)注多階模態(tài)頻率時(shí),尤其要基于模態(tài)結(jié)果繼續(xù)進(jìn)行振動(dòng)應(yīng)力分析時(shí),建議使用方案4建立有限元模型,應(yīng)力計(jì)算結(jié)果將更加精確。
(2)使用方案4對(duì)螺栓緊固型PCBA建立有限元模型,仿真模態(tài)結(jié)果更加接近實(shí)際螺栓安裝情況下組件結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率。
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