电子设备环境振动仿真分析及其模型确认研究

中图分类号：TH113;O327论文编号：102870514-S151学科分类号：080203硕士学位论文电子设备环境振动仿真分析及其模型确认研究研究生姓名李同玉学科、专业机械设计及理论研究方向结构动态设计指导教师郭勤涛副教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一四年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringSimulationAnalysisinEnvironmentalVibrationandModelValidationofElectronicEquipmentAThesisinMachineDesignandTheorybyLiTongyuAdvisedbyProf.GuoQintaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2014承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文I摘要电子设备在使用过程中会承受来自不同方面和不同形式的振动作用，特别是在航天领域，对其振动环境下结构性能的要求更加严格，为了保证电子设备能够在工作环境中具有高可靠性，通过动力学有限元分析了解结构的动态特性就十分必要，动态响应分析的基础在于仿真模型准确与否。其中，结构复杂的印制电路板是电子设备的关键组件之一，在建模过程中需要考虑诸多的不确定性因素，本文以模块化的电子设备结构为载体，利用有限元仿真技术，对电子设备考虑不确定性因素的建模和随机振动分析作了相应探讨。针对模块化的电子设备，提出了螺栓连接四种不同的建模方案，并基于响应面法对优选方案的参数进行了修正，进一步缩小建模误差；对于附带器件的印制电路板，介绍了其几种常用的有限元建模方法，为了研究电路板上器件建模时的不确定性，通过对仿真模型不确定性参数的量化和传递，验证了蒙特卡洛结合响应面法和正态分布代数法的有效性；传统的对模型参数的不确定性研究都是基于样本试验数据进行的，本文对考虑先验信息的贝叶斯估计法做了相应探讨，采用马尔科夫链蒙特卡洛抽样技术，并运用MATLAB工具箱对其抽样过程加以实现，以附带器件的印制电路板参数为例，初步实现了其基于贝叶斯法的参数不确定性估计；以电子设备整体结构为研究对象，初步提出模型确认的基本步骤，并将分层的思想引入电子设备模型确认过程中，对相关参数进行分层校准和确认，以获得具有一定精度的整体模型，最终利用确认好的有限元模型对相关位置的随机响应进行预测，并用随机振动试验结果验证预测精度。关键词：电子设备，有限元建模，模型修正，印制电路板，不确定性，贝叶斯，模型确认，随机振动电子设备环境振动仿真分析及其模型确认研究IIABSTRACTIntheprocessofusing,theelectronicequipmentwillbearvibrationsindifferentformsfromdifferentaspects.Toguaranteethehighreliabilityoftheelectronicequipment,itisverynecessarytoknowitsstructuraldynamiccharacteristicsthroughundertakingafiniteelementdynamicanalysis.However,aprecisefiniteelementmodelisthefoundationfordynamicanalysis.Inthemodel,thePCBisavitalcomponentforrealizingtheoverallfunctionalcharacteristicsoftheelectronicequipment.Duetoitscomplexity,however,manyuncertainfactorsshouldbetakenintoaccountintheproduceofmodelbuilding.Thispaper,throughtakingmodularizedelectronicequipmentstructureasthecarrierandusingthefiniteelementsimulationtechnology,hasdiscussedthemodelbuildingwithconsiderationtouncertainfactorsoftheelectronicequipmentandrandomvibrationanalysis.Tomodularizedelectronicequipment,thispaperhascomeupwithfourmodelbuildingplansforboltedconnections;moreover,thispaperhascorrectedparametersintheoptimalplanupontheresponsesurfacemethod.TothePCBwithattacheddevices,theuncertaintyduringmodelbuildinghasbeenstudy.Thoughquantizingandtransmittinguncertainparametersofthesimulationmodel,thispaperhasprovedthatbothMC+RSMmethodandnormaldistributionalgebraicmethodareeffectivemethodsfortransmittinguncertainparametersforwardlyandback-forwardly.ThispaperhasalsofirstlydiscussedtheBayesevaluationmethodforconsideringthepriorinformationwhileapplyingMCMCandMATLABtoolcasetorealizethesamplingprocess;moreover,thispaperhastakenthePCBasanexampletorealizeevaluationontheuncertaintyofmodelparameterswithBayesmethod;bytakingtheoverallstructureoftheelectronicequipmentasthestudyobject,thispaperhascomeupwiththeabasicprocedureformodelvalidation;afterthat,hierarchicalthinkinghasbeenintroducedintotheprocessofmodelvalidationandattainanoverallmodelwithcertainprecision;finally,theconfirmedfiniteelementmodelhasbeenusedtoforecasttherandomresponseofrelevantpositionsandithasbeenvalidatedthroughundertakingarandomvibrationtest.Keywords:electronicequipment;finiteelementmodeling;modelupdating;printedcircuitboard;uncertainty;Bayes;modelvalidation;randomvibration南京航空航天大学硕士学位论文III目录第一章绪论..........................................................................................................................................11.1选题背景.................................................................................................................................11.2国内外电子设备结构动力学分析现状..................................................................................21.3有限元仿真分析技术相关概述..............................................................................................31.4有限元模型确认技术相关概述..............................................................................................41.5本文课题来源与研究目标......................................................................................................51.6本文研究内容..........................................................................................................................6第二章电子设备整体螺栓连接结构建模方法及模型修正...............................................................72.1引言.........................................................................................................................................72.2电子设备机箱框架结构建模..................................................................................................82.2.1电子设备机箱结构简述...............................................................................................82.2.2单个框架子结构有精细建模.......................................................................................92.2.3接触刚度及BUSH单元..........................................................................................