一种具有多孔径的电连接器接触可靠性建模方法技术

本发明专利技术公开了一种具有多孔径的电连接器接触可靠性建模方法，首先建立接触压力与插针半径之间的关系模型；然后分别计算接触区所有接触斑点的收缩电阻、膜层电阻，并结合接触对自身的体电阻，建立接触电阻与接触压力之间的关系模型；接着，通过对多孔径电连接器的失效退化分析得到接触电阻退化率与温度以及接触压力等因素之间的关系表达式；最后计算多孔径电连接器达到失效阈值的时间，借助试验得到电连接器的失效分布，通过失效分布得到最终所需要建立的多孔径电连接器接触可靠性模型。本发明专利技术解决了现有技术没有专门针对多孔径电连接器的寿命评估模型的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多孔径的电连接器接触可靠性建模方法
本专利技术属于电连接器
，具体涉及一种具有多孔径的电连接器接触可靠性建模方法。
技术介绍
电连接器是各类电气和电子系统不可缺少的电子元器件，主要用于实现信号的传输和控制以及电气设备之间的电连接，在航空、航天和国防等军民用系统中应用广泛，数量可观，地位重要。据美国航天失效故障率统计，系统中电子元器件发生故障的比例约为40％，其中电连接器的失效比例大约占20％～30％，电连接器已被列为型号系统四种可靠性较差的元件之一。电连接器的接触对材料为铜基底表面镀金，长期贮存过程中，接触对表面会生成电阻率较大的氧化膜，插孔会发生蠕变，接触对压力减小，具体表现为接触电阻增大和电接触不良等，造成电连接器的接触失效。因此，对电连接器接触可靠性的评估对确保型号系统的可靠性显得尤为重要。目前，对于电连接器接触可靠性研究所涉及的失效机理分析、统计建模和寿命评估，大多聚焦在接触对孔径尺寸相同的电连接器，对于具有多种接触对孔径尺寸的电连接器，对其进行寿命评估时，因不同尺寸接触对的性能退化趋势并不相同，若忽视其接触对尺寸之间的差异，仍然采用接触对孔径尺寸相同的电连接器的可靠性模型进行评估，难免造成评估结果的不准确。
技术实现思路
为克服现有技术的上述不足，本专利技术提出一种具有多孔径的电连接器接触可靠性建模方法，为具有多孔径接触对的电连接器产品的寿命评估提供理论支撑。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种具有多孔径的电连接器接触可靠性建模方法，包括如下步骤：步骤一、建立接触压力与插针半径之间的关系模型，具体如下：接触对的接触压力表达式为：其中，E为簧片材料的弹性模量，Iz为簧片横截面关于中性层z的惯性矩，L为簧片长度，f为簧片的收口量，R2为簧片自由端端面内壁在收口前的曲率半径，R为插针半径。步骤二、建立接触电阻与接触压力之间的关系模型，具体如下：将接触件分为n段，结合体电阻、收缩电阻和膜层电阻进行分析，得到接触电阻r的具体表达式：其中，ρ表示标准温度下接触件的电阻率(Ω·m)，α1为电阻温度系数，Δt表示环境温度与标准温度之差，Lo表示第o段的长度，So表示第o段的横截面积，为表面粗糙度影响校准系数，R3为簧片自由端内壁处的圆角半径，E1、E2分别为插针、插孔材料的弹性模量，E1＝E，v1、v2分别为插针、插孔材料的泊松比，为簧片与插针接触区的孔隙平均面积，t为时间，k1、q为常数，H表示插针和插孔中硬度较小的材料的硬度，N为插孔的簧片数量。k2为温度应力下的反应常数，表示为：其中，AE为激活能；kb为玻尔兹曼常数；T为温度；Λ为频率因子。由于多孔径电连接器出厂后，体电阻和收缩电阻均已经确定，故为定值，则接触对的接触电阻r的表达式为：步骤三、建立接触电阻退化率与温度之间的关系模型，具体如下：将接触压力F代入式(4)中，接触电阻r简化为：r＝r0+αtq/3(5)其中，对多孔径电连接器进行加速退化寿命试验，得到不同时间的接触电阻r和接触电阻退化率α，进而拟合得到q，则接触电阻退化率α表示为：将k2代入式(6)得：步骤四、建立多孔径电连接器的接触可靠性模型，具体如下：多孔径电连接器接触对的接触电阻r随着时间发生变化，则单个接触对的寿命为接触电阻达到失效阈值D的时间：其中，r0为接触电阻的初值，参数β＝q/3。令对U取对数得lnU，lnU服从正态分布，因此，接触对接触电阻的退化率α服从对数正态分布LN(μα，σ2)，其中，μα和σ分别表示接触电阻退化率分布的对数均值和对数标准差。接触对的退化失效分布表达式为：其中，P为接触对的失效概率。设多孔径电连接器中有x组不同孔径的接触对，每组分别有ny个接触对，y＝1，2，…，x，第y组的第u个接触对的寿命表示为u＝1，2，…，ny，则第y组接触对的寿命Ty表达式为：设各接触对相互独立，故第y组接触对的寿命分布函数为：多孔径电连接器的接触可靠性寿命分布函数为：多孔径电连接器的接触可靠度为：与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种具有多孔径的电连接器接触可靠性建模方法，通过对电连接器失效模式分析和失效机理研究，建立接触对力学结构参数(F)-接触电阻(r)-接触对寿命(Ty)-电连接器接触可靠度(R(t))模型，得到多孔径电连接器在t时刻的可靠度。同时也通过对体电阻、收缩电阻和膜层电阻的综合考虑，结合了不同孔径对接触作用力产生的影响以及环境温度因素对多孔径电连接器的退化失效产生的影响，为多孔径电连接器的寿命评估提供了方法，解决了现有技术没有专门针对多孔径电连接器的寿命评估模型的缺陷。附图说明图1为本专利技术的整体流程图；图2为四槽插孔及簧片的示意图；图3为图2的A-A剖视图；图4为插针与插孔在插合状态下的剖视图；图5为簧片内壁与插针的力学模型示意图；图6为簧片与插针的接触简化示意图；图7为图6的B-B剖视图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。本专利技术采用图2和图3所示的四槽插孔与插针形成接触对并达到稳定的状态后，建立接触压力与接触对孔径之间的模型。其中，如图4所示，可清楚地看到插针与插孔相互插合后插孔上簧片的变化。如图1所示，本专利技术提供了一种具有多孔径的电连接器接触可靠性建模方法，在插合状态下，插针与簧片之间的作用力等效简化为作用在簧片端部的集中力，故可将簧片简化为悬臂梁力学模型，如图5所示，簧片自由端端部的挠度为δ，插针半径为R，簧片自由端端面的内壁在收口前的曲率半径为R2，簧片收口量为f，可得到挠度公式δ＝f-(R2-R)＝f-R2+R，从而得到接触压力与接触对孔径之间的关系，然后建立接触电阻与接触压力之间的关系模型，分别计算接触区所有接触斑点的收缩电阻、膜层电阻以及接触对自身的体电阻，由于收缩电阻与膜层电阻受接触压力的影响，从而得到更加具体的接触电阻表达式。接着，通过对多孔径电连接器的失效退化分析得到接触电阻退化率与环境温度以及接触压力等因素之间的关系表达式，最后计算电连接器达到失效阈值的时间，借助试验得到电连接器的失效分布，通过失效分布得到最终所需要建立的电连接器接触可靠性模型。下面首先阐述一下插针和插孔的串并联电阻模型：当电流流经接触斑点实现电传导时，单个接触斑点i处的接触电阻可视作收缩电阻与膜层电阻的串联，即得到接触区单个接触斑点处接触电阻微观方面的表达式为：其中，为接触斑点处的收缩电阻；为接触斑点处的膜层电阻；推至宏观方面，由于各个接触斑点的形貌差异极小，因此，单个簧片j(j＝1，2，…，N，N为插孔的簧片数量)处的接触电阻可视作所有接触斑点的接触电阻的并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多孔径的电连接器接触可靠性建模方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：/n步骤一、建立接触压力与插针半径之间的关系模型，具体如下：/n接触对的接触压力表达式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种具有多孔径的电连接器接触可靠性建模方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤一、建立接触压力与插针半径之间的关系模型，具体如下：
接触对的接触压力表达式为：



其中，E为簧片材料的弹性模量，Iz为簧片横截面关于中性层z的惯性矩，L为簧片长度，f为簧片的收口量，R2为簧片自由端端面内壁在收口前的曲率半径，R为插针半径；
步骤二、建立接触电阻与接触压力之间的关系模型，具体如下：
将接触件分为n段，结合体电阻、收缩电阻和膜层电阻进行分析，得到接触电阻r的具体表达式：



其中，ρ表示标准温度下接触件的电阻率，α1为电阻温度系数，Δt表示环境温度与标准温度之差，Lo表示第o段的长度，So表示第o段的横截面积，为表面粗糙度影响校准系数，R3为簧片自由端内壁处的圆角半径，E1、E2分别为插针、插孔材料的弹性模量，E1＝E，v1、v2分别为插针、插孔材料的泊松比，为簧片与插针接触区的孔隙平均面积，t为时间，k1、q为常数，H表示插针和插孔中硬度较小的材料的硬度，N为插孔的簧片数量；
k2为温度应力下的反应常数，表示为：



其中，ΔE为激活能；kb为玻尔兹曼常数；T为温度；Λ为频率因子；
由于多孔径电连接器出厂后，体电阻和收缩电阻均已经确定，故为定值，则接触对的接触电阻r的表达式为：



步骤三、建...

【专利技术属性】
技术研发人员：林敏，钱萍，陈文华，王哲，钟立强，张通，郭明达，姚华军，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33