電子設備機械環境適應性與加固性設計范文

本站小編為你精心準備了電子設備機械環境適應性與加固性設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：飛機作戰性能的提升，作戰環境的多元化，對電子設備的機械環境適應性進一步提高了要求。而在惡劣環境下，提高電子設備的生存能力，是現階段設備結構設計需要積極關注的重點。據此，本文主要對電子設備機械環境的適應性與加固性設計進行了詳細分析。

關鍵詞：電子設備；機械環境；適應性；加固性；設計

1電子設備機械環境適應性設計

電子設備需要進行機械環境試驗，也就是振動、沖擊、加速和炮擊振動，主要是為了對設備的結構強度和元器件的抗沖振耐受力進行全面考核。一般情況下，在耐久振動和炮擊振動環節，電子設備容易發生故障，特別是處于翼尖和垂尾等位置。在耐久振動時，均方根加速基本上會處于20g左右，時間相對較長，可達到5-6h。受振動疲勞效應和共振等的影響，電子設備在振動的時候，會發生一些不良現象，電性能有所下降，疲勞損傷或者破壞等等。所以，在結構設計時，應該重視剛度、強度、隔振緩沖等設計，防止集中應力，在最輕狀態下，確保產品性能與可靠性。為了最大程度上防止機械環境影響電子設備的可靠性與穩定性，在既定空間與重量范圍內，通過帶有隔振器的方式方法安裝電子設備。具體見圖1所示，其是一個非常典型的帶隔振電子設備，在安裝架上，帶有隔振器與通風管，這樣一來，不僅可以避免振動，還能夠解決散熱問題。其中，電子設備帶著隔振器，需要重視其中的隔振空間、供風管路、波導轉換等過渡位置的連接穩定性。在翼尖與垂尾等環節安裝的電子設備，隔振空間比較小，重量要求嚴格，在結構設計時，應注重小型化和剛性化的合理設計，確保電子設備的固有頻率穩定，并在設計初始階段，還需要做結構動力學和靜力學仿真分析。加速環境的適應性是在裝機要求上有所體現，既要詳細分析電子設備加速過載的時候結構的靜強度，還需要對帶隔振器設備在過載的時候，不會和其他設備之間產生摩擦，也就是隔振器的動剛度和設備最大位移需要滿足裝機的要求，給予積極關注。炮擊振動試驗的典型圖譜是寬帶隨機振動，適當疊接窄帶的隨機峰，瞬間加速響應幾乎可以上百G，其嚴重損害著電子設備。在裝機協調時，需要確保敏感設備與振源之間的距離，盡量遠離蒙皮。在設計初期，對結構動力學進行全面分析，確保電子設備或支架的固有頻率，可以與炮擊速率保持適當的距離，在有條件的基礎上，設備安裝則宜選用減振的方式。就電子設備的機械環境適應性設計而言，主要采取一些有效措施。其一，避免懸臂結構和直角過渡，通過斜筋作為載體過渡，或者倒圓角，以此有效控制應力集中現象。其二，科學合理地選擇材料，并對結構形式和內部布局進行優化與改進。其三，在印制板上，大的元器件支腳應合理進行點膠，其中，尺寸大的在中間部分，增添結構支撐點和加強筋，利用導熱板，保證印制板的結構剛度。其四，進行結構設計，保證其集成化、輕量化、小型化，減重的同時，設計剛度與強度。在控制重量的時候，部分可以通過使用高強度材料。其五，在進行印制板設計時，薄弱元件部分，應適當增加加固措施，在工藝處理上，根據具體需求，利用硅橡膠，灌封整件或者是局部，這樣的話，元器件就會在充分具備抗振性能時，兼備三防性能。其六，在安裝振動比較敏感，炮振量級、耐久振動量級都比較高，時間也相對較長的電子設備，應該利用帶減振進行安裝，隔振器則應選用可以在惡劣環境下不受太大影響的干摩擦高阻尼隔振器。其七，在承力位置，利用強度較高的緊固件，也就是航標螺釘。長期在動載荷連接的影響下，應綜合考慮緊固件的抗疲勞性能，選擇高強度的緊固件，有效降低具體重量。其八，在安裝配置射頻連接器后，充分合理利用打保險絲的方式，避免出現松動。其九，在能夠承受高振動量級場所，盡量不要利用沉頭螺釘，這主要是由于沒有墊圈，疲勞很容易導致螺釘出現松動和脫落現象，在安裝時，沉頭螺釘位置應該點膠以此加固。其十，電纜連接端頭，利用夾子或者熱縮管等進行加固，自由懸空的電纜設計需要固定裝置，在走線時，扎緊線束，并采用一定的工藝措施，加以固定。

2電子設備的隨機振動

2.1建立有限元模型就精簡原則來講，在進行CAD建模時，利用軟件對零部件進行簡化并安裝，通過三維模型數據交換格式，有效導入軟件中去，在軟件中對CAD模型通過十節點四面體單元進行網格劃分。通過合理控制網格劃分器的參數，保證模型內部與外部網格密度充分均勻，從而獲得有限元模型。

2.2邊界條件電子設備的安裝方式，限制并刺激箱體結構底部的安裝孔。

2.3模態分析所謂模態分析主要就是確定設計結構的既有頻率和振動。通過模態分析，初步評估結構剛性。通過軟件進行有限元模態分析，結構前10階模態具體見表2。就模態仿真結果分析可知，電子設備的前9階模態振動，就是模塊印制板的彎曲振動。但是在第10階，其固有頻率是969.29Hz，振型是機箱與模塊的彎曲振動。根據模態頻率來講，能夠得知整機設備剛性相對較高，可知結構的抗變形能力也相對較好。

2.4隨機振動響應分析通過計算，獲得系統模態，施加載荷，利用模態法進行詳細分析，獲得指定頻率范圍以內的響應。對模型進行隨機振動刺激譜進行振動分析，以此獲得系統垂直設備的加速分布和設備既定位置的加速相應曲線。其中，機箱與印制板在具體的沖擊點位置上，會不斷釋放更多的能量，再加上印制板自身的加速量非常大，因此，增加一定的減振措施是非常有必要的。

2.5隨機振動動應力分析和驗證一般隨機振動應力會遵守高斯合理分布，因此，機箱強服應滿足屈服極限和疲勞極限。電子設備垂直方向的隨機振動應力最大點在安裝孔的周圍，就相關數據可知，機箱結構可以滿足動強度的要求。

3電子設備的加固性設計

電子設備加固設計主要是為了提高外購件的環境適應性能力，以及電子設備薄弱環節的抗振、抗沖擊能力。首先，應該根據相關標準，對電子設備的元器件和結構件進行溫度環境、隨機振動環境條件應力篩選，以此促使試驗之后設備的抗振和抗沖擊能力得到提高。其次，微波集成技術因為微波器件和高頻組件在電容和電感分布上十分敏感，太過劇烈的振動沖擊，勢必會導致微波器件內部分布電參數產生一定的變化，利用這一技術進行固化，則能夠有效改善其工作穩定性與效率。再次，針對機械結構，施加逆向預變形、預應力技術就是在受壓構件上預加拉應力，確保構件在工作過程中，可以有效抵擋部分預應力，從而改善應力狀況。結構剛度加固在劇烈的振動和沖擊等外部刺激和內部刺激的雙重作用下，電子設備剛度設計應遵守以下設計原則，其一，在振動刺激頻率的范圍以內，層次結構不能出現有害結構諧振。其二，層次結構和連接剛度應該與二倍頻規則相符。其三，與機電性能密切相聯的模塊或者組合，在任何情況下，發生結構變形，都不能導致電子設備的電訊功能出現下降或者失靈現象。其四，可折疊式或者可翻轉式的連接結構，應及時消除結合位置的縫隙，防止出現附加沖擊和機械結構噪音等不良現象。其五，顯控臺和機箱機柜的框架結構，應該設計成比較穩定的結構面積比較大的側板和面板，底板內部應該增加加強筋，并配置充足的螺釘進行連接。其六，板的內部可以利用高阻尼板進行粘貼，從而有效控制共振，并大大降低噪聲。

4結語

綜上所述，就現階段的發展趨勢來看，電子設備的重量指標要求不斷提高，環境條件不斷惡化，因此，必須加強對電子設備機械環境適應性和加固性設計的重視。其中，環境適應性設計需要對各種環境影響因素之間的作用機制進行充分考慮，盡量最大程度上一舉多得，還應多專業、多學科交叉協同設計，提高電子設備的環境適應性與加固性。在環境適應性與加固性設計前，對于沒有把握的關鍵性技術，應進行反震分析，并進行相關試驗，從而有效保證電子設備機械環境的適應性和加固性。

參考文獻：

[1]翟瑋.機載電子設備環境適應性設計[J].電子機械工程，2012，28（5）：7-10.

[2]宋敏，付娟.高原電子設備環境適應性改進設計[J].機械與電子，2016，34（3）：32-35.

[3]邸蘭萍.某機載電子設備環境適應性設計與驗證[J].機械工程師，2014（10）：130-132.

[4]季馨，王樹榮.電子設備振動環境適應性設計[M].電子工業出版社，2012.

作者：劉艷；黃杰 單位：北方聯創通信有限公司