Введение 4
1 Анализ механических характеристик печатных узлов 6
1.1 Задачи анализа механических характеристик 6
1.2 Инструменты анализа механических характеристик 8
2 Метод конечных элементов как основа анализа 17
механических характеристик 17
2.1 Алгоритм метода конечных элементов 17
2.2 Архитектура комплексов программ, основанных на методе 24
конечных элементов 24
2.3 Конечно-элементный анализ в Компас-3Р 28
2.4 Конечно-элементный анализ в ANSYS 30
Заключение 58
Список сокращений 60
Список использованных источников 61
При транспортировке и эксплуатации радиоэлектронная аппаратура подвергается различным механическим воздействиям, в результате которых может быть нарушено нормальное функционирование как отдельных элементов, так и аппаратуры в целом. Причинами таких воздействий могут быть дорожные не-ровности, падения, удары и многое другое. Нарушение работоспособности аппаратуры может быть связано с разрушением диэлектрического основания печатной платы, появлением микротрещин в соединениях, отрывом электронного компонента и др. Чаще всего, все это выявляется на завершающих этапах раз-работки изделия и может привести к затратным процессам оптимизации конструкции. Поэтому уже на стадии проектирования электронных устройств следует проводить инженерный анализ, учитывать влияние механических воздействий на конструкцию и закладывать проектные решения, снижающие воздействие данных негативных факторов на приборы.
В настоящее время осуществлять анализ влияния механических воздействий на основные конструктивные элементы электронной аппаратуры - печатные платы (узлы) - затруднительно, поскольку увеличивается разнообразие типов электронных компонентов и способов их установки, повышается интенсивность механических воздействий и их виды. Также стоит учитывать постоянный рост номенклатуры применяемых для изготовления радиоэлектронных модулей технологических материалов, что накладывает дополнительные ограничения на использование существующих методов и автоматизированных средств проведения инженерного анализа.
Учитывая довольно высокую стоимость проверки функциональных, электрических и механических характеристик на испытательных стендах и отсутствие возможности моделирования процессов нарушения контактов «плата- компонент», целесообразно использовать методы комплексного анализа механических характеристик радиоэлектронных модулей с применением возможностей современных средств автоматизированного проектирования и инженерного анализа, которые позволят определить основные механические свойства модулей.
Актуальность темы работы определяется высокой стоимостью проведения натурных испытаний конструкций печатных плат и необходимостью оценки механических характеристик печатных узлов с целью снижения трудоемкости и стоимостных затрат на проектирование.
Цель работы заключается в проведении анализа и адаптации методики расчета механических характеристик для решения задачи проектирования печатных узлов радиоэлектронной аппаратуры.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
- изучить конструктивные особенности печатных плат, выявить граничные условия, которые необходимо учитывать при моделировании механических характеристик изделий;
- провести анализ механических воздействий на конструкции печатных плат с использованием САПР КОМПАС и ANSYS;
- предложить варианты выбора способов доработки и оптимизации конструкции с учетом полученных результатов комплексного анализа механических характеристик печатных узлов;
- предложить методику использования САПР с учетом приложенных механических воздействий при проектировании печатных узлов.
В результате выпускной квалификационной работы проведен конечно-элементный анализ конструкции печатной платы, полученной на АО НПП «Радиосвязь». Для выполнения поставленных задач проведен анализ теоретического материала по рассматриваемой теме, рассмотрены возможности современных САПР, позволяющие осуществлять конечно-элементный анализ конструкций (SCAD, ABAQUS, ANSYS).
В основе прочностного расчета в CAE-системах обычно лежит метод конечных элементов - численный метод решения дифференциальных уравнений с частными производными, а также интегральных уравнений, возникающих при решении задач прикладной физики. Исходным объектом для применения МКЭ является материальное тело, которое разбивается на части - конечные элементы. В результате разбивки создается сетка из границ элементов. Совокупность всех конечных элементов и узлов является основой конечно-элементной моде¬ли деформируемого тела.
Алгоритм расчета характеристик любой конструкции включает три основных этапа:
- описание геометрии, генерация сетки конечных элементов, описание физических характеристик,
- расчет с помощью метода конечных элементов;
- визуализация и интерпретация результатов моделирования.
Именно по такому общему алгоритму в работе проведен расчет механических характеристик конструкции печатной платы в двух коммерческих программных комплексах - КОМПАС-3Р и ANSYS.Для проведения расчета к модели печатной платы приложены нагрузки в соответствии с техническими требованиями АО «НПП «Радиосвязь», установлены необходимые закрепления. Как в КОМПАС-3Р, так и в ANSYSполучены сетки конечных элементов для рассматриваемой конструкции, а также проведен статистический расчет и получены карты результатов для визуальной оценки.
Согласно полученным результатам, наибольшие нагрузки и деформации возникают в местах закрепления печатной платы к корпусу прибора, а также в местах крепления лепестков по краю конструкции. Для устранения перемещений (колебаний) конструкции печатной платы, превышающих значения, установленные по ГОСТ 23752-79, предложен вариант установки дополнительных закреплений вдоль боковых граней платы. Моделирование предложенных изменений в креплениях показало снижение возможных колебаний печатной платы до уровня, установленного по ГОСТ 23752-79.
Таким образом, результаты работы показывают целесообразность использования методов комплексного анализа механических характеристик радио-электронных модулей с применением современных средств автоматизированного проектирования и инженерного анализа, которые позволяют определить основные механические свойства модулей, для своевременного выявления недостатков конструкции и, по возможности, внесения необходимых изменений. В качестве обобщения полученных результатов предложена методика использования конечно-элементного анализа, учитывающего особенности процесса сквозного проектирования печатных узлов АО «НПП «Радиосвязь».
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
