一种航空参数处理设备可靠性薄弱环节确定方法技术

一种航空参数处理设备可靠性薄弱环节确定方法，它有四大步骤：步骤一：确定航空参数处理设备任务过程中最恶劣的温度和振动环境，指航空参数处理设备在任务过程中所可能经历的最严酷的环境条件；步骤二：对航空参数处理设备进行Flotherm温度分布仿真；步骤三：对航空参数处理设备进行ANSYS振动应力分布仿真；步骤四：确定航空参数处理设备的可靠性薄弱环节。本发明专利技术是基于有限元温度分布仿真、有限元振动应力仿真的方法确定设备设计薄弱环节，为改进设计提供依据，从而提高航空参数处理设备的固有可靠性；它在产品可靠性仿真技术领域里具有较好的实用价值和广阔地应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供，特别是涉及一种基于最恶劣温度和振动应力仿真的航空参数处理设备可靠性薄弱环节确定方法，属于产品可靠性仿真领域。
技术介绍
随着科技的高速发展，航空电子设备的复杂程度不断提高，同时对可靠性的要求也越来越高，需要从设计的早期阶段就确定设备的可靠性薄弱环节，从而采取有针对性的措施改进设计，保证设备安全、可靠的工作。航空参数处理设备是采集航空参数并进行记录、处理、测量、报警，以监控飞机运行状态的电子设备。其结构是在封闭的机箱内安装着各种功能电路模块，各模块通过卡槽以及连接器、锁紧条固定到机箱四周。航空参数处理设备中的组成部分在飞机执行任务的过程中受到各种环境与工作条件的作用，其中温度与振动载荷是最主要的环境条件，电载荷是最主要的工作条件。温度载荷包括环境温度以及各元器件在工作时发热温度载荷。在这些载荷的作用下，航空参数处理设备的各组成部分可能会发生失效，从而可能导致整个产品的失效，引发可靠性问题。传统上，工程人员在设计的早期主要是根据经验的方法确定航空参数处理设备的可靠性薄弱环节，这种方法依赖于工程人员的主观判断，往往会造成定位不准确的过设计问题或者忽略某薄弱部位而造成的欠设计问题。随着数值仿真方法，如有限元、有限体积方法的发展以及商用软件的成熟，应力仿真技术已经开始应用于各种产品的设计和分析中。 通过对现有技术的查新和检索，国内外还没有采用最恶劣温度和振动应力仿真确定航空参数处理设备薄弱环节方面的报道。
技术实现思路
I、目的本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供，它是基于有限元温度分布仿真、有限元振动应力仿真的方法确定设备设计薄弱环节，为改进设计提供依据，从而提高设备的固有可靠性。2、技术方案本专利技术是通过以下技术方案实现的，确定设备任务过程中最恶劣的温度和振动环境，对航空参数处理设备进行Flotherm温度分布仿真，对航空参数处理设备进行ANSYS振动应力仿真，确定设备的可靠性薄弱环节。本专利技术，其具体步骤如下步骤一确定航空参数处理设备任务过程中最恶劣的温度和振动环境。主要是指航空参数处理设备(以下简称“设备”)在任务过程中所可能经历的最严酷的环境条件，主要包括a.若设备的设计要求中给出了设备的工作温度范围以及振动加速度功率谱密度剖面，则选择温度范围中的高温作为最恶劣的温度环境，选择所给出的振动加速度功率谱密度剖面中，振动加速度功率谱密度量值最大的一个做为最恶劣振动环境，若只给出一个振动加速度功率谱密度剖面，则将该剖面确定为最恶劣振动环境。b.若设备设计要求中未给出设备的工作温度范围以及振动剖面，根据国家标准 《GBT2423. 43-2008电工电子产品环境试验》确定最恶劣的温度和振动环境。步骤二 对航空参数处理设备进行Flotherm温度分布仿真。Flotherm是一种成熟的商业有限积分软件，主要功能是进行温度仿真。主要包括a.导入设备的三维CAD(计算机辅助设计，Computer Aided Design)模型。首先将建立好的设备三维CAD模型通过中间格式，如IGES、SAT、STEP等格式导入到Flotherm软件中，该三维CAD模型描述了航空参数处理设备的结构组成、装配连接关系，包括了航空参数处理设备所有的电路模块以及功耗超过O. Iff的元器件的几何结构，不需要建立元器件焊接点的几何结构。b.定义设备组成各部分的温度分布仿真材料参数。主要包括各组成材料的比热容、导热系数。c.对设备模型进行网格划分。利用Flotherm软件进行自动网格划分，网格长宽比应控制在20以内。d.施加温度载荷与边界条件。温度载荷主要包括最恶劣环境温度和元器件的工作实际功耗，利用Flotherm的温度施加命令，将步骤一中确定的最恶劣温度环境条件施加到设备模型中。将元器件的实际功耗除以元器件的表面积，得到面热流密度，利用Flotherm 的热流密度施加命令，输入到Flotherm软件中。利用Flotherm温度边界设置命令,设置元器件与空气相接触面的自然对流换热系数。e.实施温度分布仿真。利用Flotherm的求解命令进行该设备在最恶劣温度条件下的温度分布仿真，最终可以获得设备各部分，各位置点的温度分布。步骤三对航空参数处理设备进行ANSYS振动应力分布仿真。ANSYS是一种成熟的商业有限元仿真软件，可以进行功率谱密度仿真。主要包括a.导入设备的三维CAD模型。首先将建立好的设备三维CAD模型通过中间格式， 如IGS、STEP等格式导入到ANSYS软件中，该三维CAD模型描述了航空参数处理设备的结构组成、装配连接关系，包括了航空参数处理设备所有的电路模块以及重量大于O. I克的元器件的几何结构，不需要建立元器件焊接点的几何结构。b.定义设备组成各部分的振动应力仿真材料参数。主要包括各组成材料的密度、弹性模量、泊松比。c.对设备模型进行网格划分。利用ANSYS软件进行自动网格划分，网格长宽比应控制在5以内。d.施加振动加速度功率谱密度与边界条件。主要包括，利用ANSYS的加速度功率谱密度施加命令，将步骤一中确定的最恶劣振动加速度功率谱密度量值及其对应的频率值输入到ANSYS软件中，并施加到设备的固定位置部位，施加方向垂直于设备的安装方向。利用ANSYS的位移边界施加命令，对设备固定位置部位施加X、Y、Z三个方向的零位移约束。e.实施振动应力仿真。设置设备的振动阻尼值，根据工程经验一般选择O. 03到 O. 05之间的数量。利用ANSYS的求解命令进行该设备在最恶劣振动条件下的应力仿真，求解结束后可以获得设备各部位的响应，包括位移、速度以及加速度均方根。步骤四确定设备的可靠性薄弱环节。主要包括5a.确定最恶劣温度条件下的可靠性薄弱环节。根据步骤二仿真获得的设备各部分的温度分布及其量值，确定设备温度可靠性薄弱环节。主要是针对元器件耐热特性来确定，对于集成电路芯片、二极管、晶体管等分立器件，若芯片的质量等级为工业级，则当仿真得到其表面温度超过85°C时，该集成电路为可靠性薄弱环节；若芯片质量等级为军品级， 则当仿真得到其表面温度超过100°C时，该集成电路为可靠性薄弱环节；对于电阻器、电容器等元器件，若其与电路板的连接方式为表面贴装，则当仿真得到其表面温度超过90°C时， 该元器件定为可靠性薄弱环节。b.确定最恶劣振动条件下的可靠性薄弱环节。根据步骤三仿真获得的设备振动应力、位移，确定设备的振动可靠性薄弱环节。取电源模块、CPU模块、AD转换模块、数据处理模块上位移均方根、加速度均方根最大的部位为振动可靠性薄弱环节。综上所述，本专利技术的技术思路在于首先确定设备任务过程中最恶劣的温度和振动环境；其次将设备的CAD模型导入到Flotherm中，设定材料参数、施加温度或功率载荷和边界条件，进行温度分布仿真；然后将设备的CAD模型导入到ANSYS中，设定材料参数、施加振动载荷和边界条件，进行振动应力仿真；最后所选择的元器件的种类与质量等级确定设备热薄弱环节和振动薄弱环节。可以看出，基于温度分布和振动应力仿真的航空参数处理设备，可以在设计的早期阶段获得其使用过程中可能会产生可靠性问题的部位，从而有利于设计人员采取设计改进措施，避免设备失效，提高设备的固有可靠性。3、优点及功效本专利技术，具有以下优点a.利用最恶劣的温度和振动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈颖，谢丽梅，曹然，马响，康锐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：