本發(fā)明屬于有限元模態(tài)分析及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種獲得印制電路板電路材料力學(xué)特性參數(shù)的方法。

背景技術(shù)：

機(jī)載電子設(shè)備在飛機(jī)起降、空中飛行過程中會(huì)受到多種因素引起的隨機(jī)振動(dòng)載荷、沖擊載荷、加速度載荷等的影響。由印制電路板及元器件組成的實(shí)現(xiàn)設(shè)備使用功能的各模塊是機(jī)載電子設(shè)備的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)性能直接關(guān)系著設(shè)備電信號(hào)能否有效傳輸，進(jìn)而影響著機(jī)載電子設(shè)備的可靠性。因此，對(duì)設(shè)備進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析考察各模塊印制電路板振動(dòng)特性尤為重要。而印制電路板密度、彈性模型、泊松比等材料力學(xué)特性參數(shù)的設(shè)置是否正確直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。而其力學(xué)特性因生產(chǎn)廠家、制造工藝等的差異而不同，導(dǎo)致無法通過查表等傳統(tǒng)方法準(zhǔn)確獲得印制電路板的材料力學(xué)特性參數(shù)；目前，在進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析時(shí)，印制板電路板材料特性賦值都是憑借經(jīng)驗(yàn)，精確賦值保證有限元建模的準(zhǔn)確性成了一個(gè)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種精確獲得機(jī)載電子設(shè)備印制板電路材料力學(xué)特性參數(shù)的方法，以解決機(jī)載電子設(shè)備有限元強(qiáng)度分析時(shí)賦值不準(zhǔn)確，無法保證建模準(zhǔn)確性的問題。

本發(fā)明的原理為：首先搭建LMS模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行硬件、軟件及激振系統(tǒng)的設(shè)置，采用錘擊法，測(cè)試獲得機(jī)載電子設(shè)備印制電路板自由狀態(tài)下的固有頻率與振型。再利用有限元分析軟件Hypermesh建立機(jī)載電子設(shè)備印制電路板有限元模型，在經(jīng)驗(yàn)值的基礎(chǔ)上通過調(diào)整印制電路板密度、彈性模型、泊松比等材料力學(xué)特性參數(shù)促使有限元模態(tài)分析得到的自由狀態(tài)下的固有頻率與振型接近其在模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)得到的固有頻率與振型。在各階陣型一致且固有頻率誤差在5％以內(nèi)即可認(rèn)為此情況下Hypermesh內(nèi)設(shè)置的印制電路板彈性模型、泊松比等參數(shù)是精確的?？蔀榻?zhǔn)確的工作狀態(tài)下的有限元強(qiáng)度分析模型提供依據(jù)，從而保證機(jī)載電子設(shè)備整機(jī)有限元分析結(jié)果的有效性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種獲得印制電路板材料力學(xué)特性參數(shù)的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：搭建LMS模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)，布置模態(tài)測(cè)試點(diǎn)，建立被測(cè)試印制電路板的模態(tài)測(cè)試模型；

步驟2：在LMS模態(tài)測(cè)試軟件中進(jìn)行激振系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，測(cè)試得到被測(cè)試印制電路板自由狀態(tài)下的固有頻率與振型；

步驟3：利用有限元分析軟件建立印制電路板的有限元模型；

步驟4：調(diào)整有限元模型中印制電路板密度、彈性模量、泊松比，使有限元模態(tài)分析得到的自由狀態(tài)下的至少前3階固有頻率和印制電路板在模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)得到的固有頻率誤差不大于5％，且振型一致；

步驟5：根據(jù)步驟4的調(diào)整結(jié)果，確定印制電路板密度、彈性模量、泊松比。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種獲得印制電路板材料力學(xué)特性參數(shù)的方法，其特征在于：所述LMS模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)中，被測(cè)試印制電路板放置在彈簧繩上，以處于自由狀態(tài)；在被測(cè)試印制電路板選擇若干點(diǎn)，其中1點(diǎn)作為激勵(lì)點(diǎn)，其余點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)并設(shè)置加速度傳感器；當(dāng)測(cè)試時(shí)用力錘敲擊激勵(lì)點(diǎn)，力錘上的加速度傳感器和測(cè)點(diǎn)加速度傳感器能夠?qū)y(cè)試信號(hào)傳回LMS模態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)采集儀；在LMS數(shù)據(jù)分析軟件中根據(jù)測(cè)點(diǎn)和激勵(lì)點(diǎn)的坐標(biāo)信息建立被測(cè)試印制電路板的模態(tài)測(cè)試模型。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種獲得印制電路板材料力學(xué)特性參數(shù)的方法，其特征在于：步驟2中，采用錘擊法多次敲擊激勵(lì)點(diǎn)，LMS模態(tài)測(cè)試軟件通過模態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)采集儀采集信號(hào)數(shù)據(jù)，得到印制電路板自由狀態(tài)下的固有頻率與陣型。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種獲得印制電路板材料力學(xué)特性參數(shù)的方法，其特征在于：步驟3中，利用有限元分析軟件建立印制電路板的有限元模型，將印制電路板上質(zhì)量超過5g的電子元器件簡(jiǎn)化為質(zhì)量點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際中電子元器件與印制電路板的連接狀態(tài)對(duì)質(zhì)量點(diǎn)與印制電路板局部區(qū)域面網(wǎng)格進(jìn)行接觸設(shè)置。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種獲得印制電路板材料力學(xué)特性參數(shù)的方法，其特征在于：步驟4中，有限元模型對(duì)應(yīng)的印制電路板密度、彈性模量、泊松比的經(jīng)驗(yàn)值為密度1.85e-9t/mm³，彈性模量E為2.2e4MPa，泊松比0.28。

有益效果

該方法在獲得印制電路板材料力學(xué)特性參數(shù)的同時(shí)，也對(duì)其有限元分析模型進(jìn)行了校正，可為有限元軟件分析整個(gè)機(jī)載電子設(shè)備工作情況下的變形、等效應(yīng)力時(shí)設(shè)置其內(nèi)部的印制電路板參數(shù)提供依據(jù)，保證分析的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1搭建的印制電路板LMS模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖.

圖2印制電路板模態(tài)測(cè)試1階自由模態(tài)陣型，其中線條1為建立的模態(tài)測(cè)試節(jié)點(diǎn)分析模型，線條2為模態(tài)測(cè)試陣型，1階自由模態(tài)頻率為74Hz.

圖3印制電路板模態(tài)測(cè)試2階自由模態(tài)陣型，2階自由模態(tài)頻率為87Hz.

圖4印制電路板模態(tài)測(cè)試3階自由模態(tài)陣型，3階自由模態(tài)頻率為172.5Hz.

圖5印制電路板有限元軟件Hypermesh模態(tài)分析1階自由模態(tài)陣型，1階自由模態(tài)頻率為77.7Hz.

圖6印制電路板有限元軟件Hypermesh模態(tài)分析2階自由模態(tài)陣型，2階自由模態(tài)頻率為89Hz.

圖7印制電路板有限元軟件Hypermesh模態(tài)分析3階自由模態(tài)陣型，3階自由模態(tài)頻率為167.7Hz.

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本發(fā)明的目的在于提供一種精確獲得機(jī)載電子設(shè)備印制板電路材料力學(xué)特性參數(shù)的方法，以解決機(jī)載電子設(shè)備有限元強(qiáng)度分析時(shí)賦值不準(zhǔn)確，無法保證建模準(zhǔn)確性的問題。

首先搭建LMS模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行硬件、軟件及激振系統(tǒng)的設(shè)置，采用錘擊法，測(cè)試獲得機(jī)載電子設(shè)備印制電路板自由狀態(tài)下的固有頻率與振型。再利用有限元分析軟件Hypermesh建立機(jī)載電子設(shè)備印制電路板有限元模型，在經(jīng)驗(yàn)值的基礎(chǔ)上通過調(diào)整印制電路板密度、彈性模型、泊松比等材料力學(xué)特性參數(shù)促使有限元模態(tài)分析得到的自由狀態(tài)下的固有頻率與振型接近其在模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)得到的固有頻率與振型。在各階陣型一致且固有頻率誤差在5％以內(nèi)即可認(rèn)為此情況下Hypermesh內(nèi)設(shè)置的印制電路板彈性模型、泊松比等參數(shù)是精確的?？蔀榻?zhǔn)確的工作狀態(tài)下的有限元強(qiáng)度分析模型提供依據(jù)，從而保證機(jī)載電子設(shè)備整機(jī)有限元分析結(jié)果的有效性。

具體包括以下步驟：

步驟1：搭建LMS模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)，布置模態(tài)測(cè)試點(diǎn)，建立模態(tài)測(cè)試模型。

如附圖1所示搭建LMS模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)。將被測(cè)試印制電路板放在柔軟的彈簧繩上使其處于自由狀態(tài)。根據(jù)印制電路板的尺寸、LMS模態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)采集儀通道數(shù)在被測(cè)試印制電路板上合理布置模態(tài)測(cè)試點(diǎn)數(shù)及位置。印制電路板在有限元分析中屬于薄板類零部件，在有限元分析模型及模態(tài)測(cè)試模型中均可簡(jiǎn)化為一個(gè)面，其實(shí)際尺寸長(zhǎng)×寬為207mm×156mm，根據(jù)被測(cè)試印制電路板尺寸及其上面元器件分布情況在印制電路板上均勻選取12個(gè)點(diǎn)，將其中1個(gè)點(diǎn)設(shè)置為激勵(lì)點(diǎn)，在測(cè)試時(shí)用力錘敲擊該點(diǎn)，其余11個(gè)點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)預(yù)設(shè)加速度傳感器，力錘上的加速度傳感器和11個(gè)測(cè)點(diǎn)出的加速度傳感器會(huì)將測(cè)試信號(hào)傳回LMS模態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)采集儀。在LMS數(shù)據(jù)分析軟件中根據(jù)測(cè)點(diǎn)和激勵(lì)點(diǎn)的坐標(biāo)信息建立印制電路板的模態(tài)測(cè)試模型，見附圖2中的線條1。

步驟2：在LMS模態(tài)測(cè)試軟件中進(jìn)行激振系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，測(cè)試得到印制電路板自由狀態(tài)下的固有頻率與振型。

在LMS模態(tài)測(cè)試軟件中激振系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置時(shí)尤其要考慮11個(gè)測(cè)點(diǎn)和力錘敲擊點(diǎn)傳感器方向的設(shè)置，印制電路板分正反兩面，若11個(gè)測(cè)點(diǎn)傳感器法向和力錘敲擊點(diǎn)法向不完全一致，可規(guī)定印制電路板一面法向?yàn)檎硪幻娣ㄏ驗(yàn)樨?fù)。

錘擊法多次敲擊激勵(lì)點(diǎn)，LMS模態(tài)測(cè)試軟件會(huì)通過模態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)采集儀采集信號(hào)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)判斷多組數(shù)據(jù)的相關(guān)性和有效性。經(jīng)過軟件數(shù)據(jù)處理，可得到印制電路板自由狀態(tài)下的固有頻率與陣型，本發(fā)明舉例只給出其模態(tài)測(cè)試分析前3階自由模態(tài)陣型及固有頻率，見附圖2-圖4。

步驟3：利用有限元分析軟件Hypermesh建立印制電路板的有限元模型。

利用有限元分析軟件Hypermesh建立印制電路板的有限元分析模型，將其上質(zhì)量超過5g的電子元器件簡(jiǎn)化為多個(gè)質(zhì)量點(diǎn)RBE3，并根據(jù)實(shí)際中與印制電路板的固定連接情況將質(zhì)量點(diǎn)與印制電路板局部區(qū)域面網(wǎng)格進(jìn)行接觸設(shè)置。

步驟4：調(diào)整印制電路板密度、彈性模量、泊松比等材料力學(xué)特性參數(shù)促使有限元模態(tài)分析得到的自由狀態(tài)下至少前3階的固有頻率和其在模態(tài)分析測(cè)試系統(tǒng)得到的固有頻率誤差不大于5％，且振型一致。

在經(jīng)驗(yàn)值印制電路板密度1.85e-9t/mm³，彈性模量為2.2e4MPa，泊松比0.28的基礎(chǔ)上調(diào)整力學(xué)特性參數(shù)，直到有限元軟件Hypermesh模態(tài)分析得到的陣型一致、固有頻率趨于接近。多次調(diào)整后得到理想的分析結(jié)果，本發(fā)明舉例只給出其有限元分析前3階自由模態(tài)陣型及固有頻率其陣型見圖5—圖7。

步驟5：進(jìn)一步對(duì)比分析，確定印制電路板電路密度、彈性模量、泊松比等材料力學(xué)特性參數(shù)。

有限元分析模態(tài)分析與LMS模態(tài)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試得到其對(duì)比分析結(jié)果見表1。前3階固有頻率相對(duì)誤差最大為5％，滿足預(yù)期精度5％要求，即可認(rèn)為此情況下有限元軟件模態(tài)分析中設(shè)置的印制電路板力學(xué)特性參數(shù)是精確的，印制電路板密度2e-9t/mm³，彈性模量E為1.95e4MPa，泊松比0.28。

表1調(diào)整印制電路板力學(xué)特性參數(shù)后有限元模態(tài)分析結(jié)果和模態(tài)測(cè)試分析結(jié)果對(duì)比。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。