电子设备机械环境适应性与加固性设计范文

摘要：飞机作战性能的提升，作战环境的多元化，对电子设备的机械环境适应性进一步提高了要求。而在恶劣环境下，提高电子设备的生存能力，是现阶段设备结构设计需要积极关注的重点。据此，本文主要对电子设备机械环境的适应性与加固性设计进行了详细分析。

关键词：电子设备；机械环境；适应性；加固性；设计

1电子设备机械环境适应性设计

电子设备需要进行机械环境试验，也就是振动、冲击、加速和炮击振动，主要是为了对设备的结构强度和元器件的抗冲振耐受力进行全面考核。一般情况下，在耐久振动和炮击振动环节，电子设备容易发生故障，特别是处于翼尖和垂尾等位置。在耐久振动时，均方根加速基本上会处于20g左右，时间相对较长，可达到5-6h。受振动疲劳效应和共振等的影响，电子设备在振动的时候，会发生一些不良现象，电性能有所下降，疲劳损伤或者破坏等等。所以，在结构设计时，应该重视刚度、强度、隔振缓冲等设计，防止集中应力，在最轻状态下，确保产品性能与可靠性。为了最大程度上防止机械环境影响电子设备的可靠性与稳定性，在既定空间与重量范围内，通过带有隔振器的方式方法安装电子设备。具体见图1所示，其是一个非常典型的带隔振电子设备，在安装架上，带有隔振器与通风管，这样一来，不仅可以避免振动，还能够解决散热问题。其中，电子设备带着隔振器，需要重视其中的隔振空间、供风管路、波导转换等过渡位置的连接稳定性。在翼尖与垂尾等环节安装的电子设备，隔振空间比较小，重量要求严格，在结构设计时，应注重小型化和刚性化的合理设计，确保电子设备的固有频率稳定，并在设计初始阶段，还需要做结构动力学和静力学仿真分析。加速环境的适应性是在装机要求上有所体现，既要详细分析电子设备加速过载的时候结构的静强度，还需要对带隔振器设备在过载的时候，不会和其他设备之间产生摩擦，也就是隔振器的动刚度和设备最大位移需要满足装机的要求，给予积极关注。炮击振动试验的典型图谱是宽带随机振动，适当叠接窄带的随机峰，瞬间加速响应几乎可以上百G，其严重损害着电子设备。在装机协调时，需要确保敏感设备与振源之间的距离，尽量远离蒙皮。在设计初期，对结构动力学进行全面分析，确保电子设备或支架的固有频率，可以与炮击速率保持适当的距离，在有条件的基础上，设备安装则宜选用减振的方式。就电子设备的机械环境适应性设计而言，主要采取一些有效措施。其一，避免悬臂结构和直角过渡，通过斜筋作为载体过渡，或者倒圆角，以此有效控制应力集中现象。其二，科学合理地选择材料，并对结构形式和内部布局进行优化与改进。其三，在印制板上，大的元器件支脚应合理进行点胶，其中，尺寸大的在中间部分，增添结构支撑点和加强筋，利用导热板，保证印制板的结构刚度。其四，进行结构设计，保证其集成化、轻量化、小型化，减重的同时，设计刚度与强度。在控制重量的时候，部分可以通过使用高强度材料。其五，在进行印制板设计时，薄弱元件部分，应适当增加加固措施，在工艺处理上，根据具体需求，利用硅橡胶，灌封整件或者是局部，这样的话，元器件就会在充分具备抗振性能时，兼备三防性能。其六，在安装振动比较敏感，炮振量级、耐久振动量级都比较高，时间也相对较长的电子设备，应该利用带减振进行安装，隔振器则应选用可以在恶劣环境下不受太大影响的干摩擦高阻尼隔振器。其七，在承力位置，利用强度较高的紧固件，也就是航标螺钉。长期在动载荷连接的影响下，应综合考虑紧固件的抗疲劳性能，选择高强度的紧固件，有效降低具体重量。其八，在安装配置射频连接器后，充分合理利用打保险丝的方式，避免出现松动。其九，在能够承受高振动量级场所，尽量不要利用沉头螺钉，这主要是由于没有垫圈，疲劳很容易导致螺钉出现松动和脱落现象，在安装时，沉头螺钉位置应该点胶以此加固。其十，电缆连接端头，利用夹子或者热缩管等进行加固，自由悬空的电缆设计需要固定装置，在走线时，扎紧线束，并采用一定的工艺措施，加以固定。

2电子设备的随机振动

2.1建立有限元模型就精简原则来讲，在进行CAD建模时，利用软件对零部件进行简化并安装，通过三维模型数据交换格式，有效导入软件中去，在软件中对CAD模型通过十节点四面体单元进行网格划分。通过合理控制网格划分器的参数，保证模型内部与外部网格密度充分均匀，从而获得有限元模型。

2.2边界条件电子设备的安装方式，限制并刺激箱体结构底部的安装孔。

2.3模态分析所谓模态分析主要就是确定设计结构的既有频率和振动。通过模态分析，初步评估结构刚性。通过软件进行有限元模态分析，结构前10阶模态具体见表2。就模态仿真结果分析可知，电子设备的前9阶模态振动，就是模块印制板的弯曲振动。但是在第10阶，其固有频率是969.29Hz，振型是机箱与模块的弯曲振动。根据模态频率来讲，能够得知整机设备刚性相对较高，可知结构的抗变形能力也相对较好。

2.4随机振动响应分析通过计算，获得系统模态，施加载荷，利用模态法进行详细分析，获得指定频率范围以内的响应。对模型进行随机振动刺激谱进行振动分析，以此获得系统垂直设备的加速分布和设备既定位置的加速相应曲线。其中，机箱与印制板在具体的冲击点位置上，会不断释放更多的能量，再加上印制板自身的加速量非常大，因此，增加一定的减振措施是非常有必要的。

2.5随机振动动应力分析和验证一般随机振动应力会遵守高斯合理分布，因此，机箱强服应满足屈服极限和疲劳极限。电子设备垂直方向的随机振动应力最大点在安装孔的周围，就相关数据可知，机箱结构可以满足动强度的要求。

3电子设备的加固性设计

电子设备加固设计主要是为了提高外购件的环境适应性能力，以及电子设备薄弱环节的抗振、抗冲击能力。首先，应该根据相关标准，对电子设备的元器件和结构件进行温度环境、随机振动环境条件应力筛选，以此促使试验之后设备的抗振和抗冲击能力得到提高。其次，微波集成技术因为微波器件和高频组件在电容和电感分布上十分敏感，太过剧烈的振动冲击，势必会导致微波器件内部分布电参数产生一定的变化，利用这一技术进行固化，则能够有效改善其工作稳定性与效率。再次，针对机械结构，施加逆向预变形、预应力技术就是在受压构件上预加拉应力，确保构件在工作过程中，可以有效抵挡部分预应力，从而改善应力状况。结构刚度加固在剧烈的振动和冲击等外部刺激和内部刺激的双重作用下，电子设备刚度设计应遵守以下设计原则，其一，在振动刺激频率的范围以内，层次结构不能出现有害结构谐振。其二，层次结构和连接刚度应该与二倍频规则相符。其三，与机电性能密切相联的模块或者组合，在任何情况下，发生结构变形，都不能导致电子设备的电讯功能出现下降或者失灵现象。其四，可折叠式或者可翻转式的连接结构，应及时消除结合位置的缝隙，防止出现附加冲击和机械结构噪音等不良现象。其五，显控台和机箱机柜的框架结构，应该设计成比较稳定的结构面积比较大的侧板和面板，底板内部应该增加加强筋，并配置充足的螺钉进行连接。其六，板的内部可以利用高阻尼板进行粘贴，从而有效控制共振，并大大降低噪声。

4结语

综上所述，就现阶段的发展趋势来看，电子设备的重量指标要求不断提高，环境条件不断恶化，因此，必须加强对电子设备机械环境适应性和加固性设计的重视。其中，环境适应性设计需要对各种环境影响因素之间的作用机制进行充分考虑，尽量最大程度上一举多得，还应多专业、多学科交叉协同设计，提高电子设备的环境适应性与加固性。在环境适应性与加固性设计前，对于没有把握的关键性技术，应进行反震分析，并进行相关试验，从而有效保证电子设备机械环境的适应性和加固性。

参考文献：

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[4]季馨，王树荣.电子设备振动环境适应性设计[M].电子工业出版社，2012.

作者：刘艳；黄杰 单位：北方联创通信有限公司