Расчёт электроники на вибрацию и удар

[konstant55 6]

Добрый день! Пытаюсь посчитать электрическую плату с установленными на ней электронными компонентами на воздействие синусоидальной вибрации и многократного удара. Есть 3 D модель самой платы. Сами электронные компоненты (микросхемы, резисторы и т.д.) представлены в виде простых геометрических тел. Например, электролитический конденсатор представлен в виде цилиндра на ножках. Масса элементов задана подгонкой плотности в свойствах материалов. Проблема в том, что внутри самих электронных компонентов, например внутри микросхем и конденсаторов, есть элементы, устойчивость которых к указанным внешним воздействиям намного ниже чем у корпусов этих компонентов. Имею ввиду, что по результатам расчёта сам корпус компонента может "выжить" а вот его внутренние элементы выйдут из строя. Прорисовать в 3D внутренние элементы некоторых элекронных компонентов, на мой взгляд, не самая хорошая идея. Поэтому у меня вопрос - как можно учесть воздействие на внутренние элементы компонентов и по каким критериям можно  считать, что элемент "выжил" или вышел из строя?      

[Nikon6260 20]

В паспорте на каждый компонент написано, какие перегрузки он выдерживает. Вот по ним и смотрите. 

[konstant55 6]

Не всё так просто. Ну во первых не для каждого элемента указаны предельные значения по вибро и ударо устойчивости. А потом найти какие либо нормативные документы по предельным нагрузкам для электронных компонентов оказалось не так то просто...по крайней мере я пока ничего не нашёл. При этом я не совсем понимаю каким образом можно будет фиксировать выход из строя внутренних элементов электронного компонента. Может быть есть смысл нарисовать внутри электронного компонента некое тело, и задать для него такие свойства материала, при которых этот элемент будут выходить из строя при достижении предельной нагрузки, полученной либо из эксперимента, либо из ТУ на электронный компонент?  Господа, если  у кого есть какие либо нормативные документы по предельным нагрузкам для электронных компонентов (например очень интересует ОСТ В 11 0027-84) а еще лучше примеры расчётов электроники буду признателен! 

[Victor_M 30]

для начала:

 

1. Где Вы берете нагрузки?

если в нормативных документах - то там чаще всего спектры ускорений - они для РЕАЛЬНЫХ расчетов совершенно бесполезны

2. Ваши платы - многослойные?
если да - то ЭТО нужно учитывать ОБЯЗАТЕЛЬНО!

многослойные платы , порой имеющие сильную ортотропию - по существу являются композитами, которые имеют свойство модулировать движение по амплитудам, частотам и фазам.... 

3. КАК Вы хотите решать эти задачи?
*** про линейную динамику можете сразу забыть... - точнее даже не вспоминать

 

4. Вероятно возможны два варианта:

а) Вам нужно создать "адекватную" мат.модель (упрощенную с точки зрения детализации) и получить параметры движения интересующих Вас электронных компонентов, и используя эти результаты - изучать их влияние на прочность компонентов

б) на "упрощенной" мат.модели, создавать отдельные кусочки с достаточной степенью детализации и изучать прочность конкретных  элементов

но для начала Вы должны написать критерии прочности для каждого элемента - что само по себе уже весьма не просто
*** производители электронных компонентов (в том числе и иностранные производители) стараются не давать никакой конкретной информации о своей продукции, отчасти потому что многие сами толком не знают ничего о свойствах выпускаемой ими продукции, а отчасти что РЕАЛЬНЫЕ характеристики выпускаемой продукции не соответствуют декларируемым .....
 

 

ну и последнее, Вы либо начните разбираться с РЕАЛЬНОЙ прочностью, либо озадачьтесь вопросом о "соответствии" Вашей продукции нормативным документам....

*** соответствие продукции нормативным документам - никоим образом не гарантирует прочности!

Изменено 16 октября 2017 пользователем Victor_M

[piden 2 874]

5 minutes ago, Victor_M said:

3. КАК Вы хотите решать эти задачи?
*** про линейную динамику можете сразу забыть... - точнее даже не вспоминать

...

...Вы либо начните разбираться с РЕАЛЬНОЙ прочностью, либо озадачьтесь вопросом о "соответствии" Вашей продукции нормативным документам....

Опять общие слова.

По делу что-нибудь скажете?

 

А то выступали-агитировали за эксплисит методы, аж КАПС скрипел..

[konstant55 6]

1 час назад, Victor_M сказал:

для начала:

 

1. Где Вы берете нагрузки?

если в нормативных документах - то там чаще всего спектры ускорений - они для РЕАЛЬНЫХ расчетов совершенно бесполезны

Не моли бы пояснить почему спектры ускорений бесполезны для реальных конструкций? И раз уж вы сталкивались с нагрузками для компонентов, то может подкините какие нибудь подобные документы? Буду признателен!

 

1 час назад, Victor_M сказал:

2. Ваши платы - многослойные?
если да - то ЭТО нужно учитывать ОБЯЗАТЕЛЬНО!

многослойные платы , порой имеющие сильную ортотропию - по существу являются композитами, которые имеют свойство модулировать движение по амплитудам, частотам и фазам.... 

 А нас сколько на практике вообще имеет смысл учитывать многослойность плат? И если это необходимо то как учесть ортотропность в линейной модели (ведь модальник и гармонический анализ работает только с линейщиной)? Может быть можно это как нибудь учесть посредством подбора параметров демпфирования?

 

1 час назад, Victor_M сказал:

б) на "упрощенной" мат.модели, создавать отдельные кусочки с достаточной степенью детализации и изучать прочность конкретных  элементов

 С трудом представляю как можно прорисовать внутренние элементы электролитического конденсатора или ещё хуже элементы микросхемы.

 

Спасибо за ответ, но на самом деле хотелось бы какой-то конкретики. Ну там может каки-нибудь примеры подскажите или ссылки на литературу порекомендуете?

[Victor_M 30]

спектры ускорений - это спектры амплитуд ускорений в зависимости от частот, полученные путем преобразование Фурье из временной области в частотную область

 

как правило частотные спектры "теряются" при написании нормативов в России, поскольку "узаконено" применение спектрального анализа - что сделано было в общем-то давно, когда вычислительной техники в распоряжении инженеров в общем-то не было.

спектральный анализ - это СУММИРОВАНИЕ разложений по всем заданным частотам, без учета знака - т.е. это как бы "верхняя" оценка возможных перемещений....

 

кроме того, при спектральном анализе не учитывается так же сдвиг по фазам, простой пример:

у Вас есть конструкция на которую воздействует несколько гармоник, так вот - Вы можете получить "что угодно" - если будете менять моменты приложения каждой гармоники относительно "нулевой" точки отсчета по времени приложения первой гармоники

 

*** нужно понимать, что линейное решение - подразумевает ЛИНЕЙНОЕ поведение физической модели, что на самом деле для плат электроники почти всегда не годится... - т.е. почти всегда платы с электроникой имеют нелинейные характеристики с точки зрения зависимости "нагрузка- перемещение"

 

кроме того, одно из условий линейности системы - это независимость амплитуд-фаз-частот... - что опять же для подобных конструкций почти никогда не выполняется....

 

т.е. выполнив спектральный анализ - Вы получаете "нечто" - не имеющее никакого отношения к реальной физике...

Вы даже сравнить это "нечто" ни с чем не сможете - по причине, что это "нечто" никак в эксперименте смоделировать нельзя!

 

Вы почитайте учебники по линейной динамике - этот раздел весьма прост и там никаких специальных знаний по физике и вычислительной математике не нужно

 

я не понял Ваш вопрос про какие-то документы?

я не понимаю что Вы имеете ввиду.

Методики проведения расчетов?

или что-то иное?

 

 

[konstant55 6]

2 часа назад, piden сказал:

Опять общие слова.

По делу что-нибудь скажете?

Присоединяюсь к мнению коллеги)

[Victor_M 30]

31 минуту назад, konstant55 сказал:

 А нас сколько на практике вообще имеет смысл учитывать многослойность плат? И если это необходимо то как учесть ортотропность в линейной модели (ведь модальник и гармонический анализ работает только с линейщиной)? Может быть можно это как нибудь учесть посредством подбора параметров демпфирования?

все зависит от постановки задач - которые Вам нужны....

 

Вот Вы пишите о прочности - я так понимаю Вас не интересуют линейные - упругие колебания...

Вас же интересует пределы прочности конструкции и каких-то элементов в отдельности - что автоматически исключает применение теории линейных колебаний в принципе

 

многослойные платы - штуки хитрые, они не просто ортотропные, они часто имеют "нерегулярную" структуру по слоям, поэтому их чаще всего приходится моделировать "в лоб" - т.е. "склеивать" оболочки задавая какие-то критерии деламинации.... - в общем это отдельная тематика... порой довольно сложная....

 

проблема в том, что часто происходит расслоение плат (совершенно "неожиданно" для изготовителей) и как следствие очень сильно меняются жесткостные характеристики самой платы.... ну и потом - когда в какой-то момент времени часть энергии уходит на разрушение - деламинацию платы - у Вас происходит качественное изменение колебаний, как с точки зрения амплитуд, так и с точки зрения фаз

*** в данном случае нужно понимать частоты , фазы - как "мгновенные" значения характеризующие колебания системы в данный момент времени.

 

подбор параметров демпфирования - это из "другой" плоскости знаний и он тут никак не поможет.....

 

Тем не менее, если Вы уверены что в процессе нагружения Ваша плата не будет разрушаться, Вы про "сложности связанные с деламинацией можете забыть"

 

 

3 минуты назад, konstant55 сказал:

Присоединяюсь к мнению коллеги)

Уважаемый @konstant55

 

поскольку то что я пишу Вам вероятно непонятно и не интересно,
приношу свои извинения за то что отвлекаю Вас от плодотворной работы.

Изменено 16 октября 2017 пользователем Victor_M

[piden 2 874]

Нда, диалог не состоялся. Как обычно..

 

2 hours ago, Victor_M said:

они для РЕАЛЬНЫХ расчетов совершенно бесполезны

2 hours ago, Victor_M said:

Ваши платы - многослойные?
если да - то ЭТО нужно учитывать ОБЯЗАТЕЛЬНО!

2 hours ago, Victor_M said:

Вы либо начните разбираться с РЕАЛЬНОЙ прочностью, либо озадачьтесь вопросом о "соответствии" Вашей продукции нормативным документам...

Остается только замереть в немом благоговении.. 

 

 

***********

@konstant55 , вообще по вопросу вся сермяжная правда во втором посте)

Cложно придумать какой-либо другой критерий оценки "сломается или нет" при отсутствии экспериментальных данных и инфы от производителя.

 

Советую попробовать поспрашивать гугл на английском, можно найти чтотт такое, можно статьи, и уже смотреть, какие данные и критерии использовали их авторы.

 

Может помочь поиск по форуму (знаю, та еще забава), здесь всплывали темы про вибрацию и вынужденные колебания, где в обсуждении принимали участие люди, сведущие в этом поболе, чем piden или Victor_M...

 

 

 

[Fedor 1 597]

Считайте так как считают здания и сооружения на землетрясения и все дела. Спектр  ускорений это по существу коэффициент динамичности. Массы элементов известны, ускорения тоже. Какие могут быть проблемы ?  :)

[konstant55 6]

1 час назад, piden сказал:

Советую попробовать поспрашивать гугл на английском, можно найти чтотт такое, можно статьи, и уже смотреть, какие данные и критерии использовали их авторы.

 

Может помочь поиск по форуму (знаю, та еще забава), здесь всплывали темы про вибрацию и вынужденные колебания, где в обсуждении принимали участие люди, сведущие в этом поболе, чем piden или Victor_M...

 

 

 

Спасибо, буду копать)

[Fedor 1 597]

Выполним расчет модели здания из раздела 16.5.1 на условный спектр землетрясения, рис. 16.39. Этот

спектр ускорений по своему смыслу является графиком коэффициентов динамичности    http://cnit.ssau.ru/TechFEM/TextBook_Femap_w_N/Part_16_5_3.pdf   :)

[Narwhal 132]

@Fedor , за 5 лет стало много понятней

 

Изменено 16 октября 2017 пользователем Narwhal

[Fedor 1 597]

Тут все от частот зависит. Мягкое подрессоривание не пропускает высоких частот. Можно на грубой модели оценить. Но на плохих грунтах обычно динамичность здания растет при сейсмике. Рекомендуется бальность повышать на единицу, а это удваивает ускорения...   А про удары было в книжке Бирбраера  вроде. Да и в сопромате были формулы. Я по ним считал воздействие падающей на перекрытие колонны. Только сосчитал как уронили. Прихожу на работу, а мне звонят и говорят, что правильно все посчитал, не пробила перекрытие. :)

Изменено 16 октября 2017 пользователем Fedor

[piden 2 874]

18 minutes ago, Fedor said:

Только сосчитал как уронили.

Абсолютно правильный подход. Расчет должен поверяться экспериментом!

[Fedor 1 597]

Это был не эксперимент , а разгильдяйство. Колонну из мощного двутавра стали поднимать на тряпичных тросах краном, она скользнула и перерезала их. Ну и грохнулась на перекрытие. Хорошо никого не придавило...  

[piden 2 874]

30 minutes ago, Fedor said:

Это был не эксперимент , а разгильдяйство

Я знаю  

[hr4d 87]

Я так понимаю все микросхемы, резисторы и тд должны выдерживать уровень перегрузок, написанных в ТЗ на плату. Так что это должна быть проблема завода-изготовителя или вашего поставщика. Если же хотите посчитать какие-то компоненты отдельно - без эксперимента совершенно не обойтись.

Нужно определить демпфирование, коэфф. усиления в определенных точках, а потом считать уже отдельно и по частям на амплитуды, умноженные на усиление. 

Если у вас в ТУ спектры, то это похуже. Но все равно можно определить амплитуда ускорения в зависимости от собств частоты и также демпфирования. Все можно в конечном итоге свести к простейшей колебательной системе.

3 часа назад, Fedor сказал:

про удары было в книжке Бирбраера  вроде.

В Батуеве наверное было

[Fedor 1 597]

Не первый раз платы делаются. Найдите такую которая выдерживала нужные режимы и посчитайте ее. Сделайте так чтобы и в новой были условия не хуже существующей. Подобный подход описан Крыловым для судостроения когда он описывал что такое эксперимент в механике в начале прошлого века был :)

 

https://dwg.ru/dnl/8048  

Изменено 16 октября 2017 пользователем Fedor