本發(fā)明屬于有限元模態(tài)分析及測試技術領域，涉及一種獲得印制電路板電路材料力學特性參數的方法。

背景技術：

機載電子設備在飛機起降、空中飛行過程中會受到多種因素引起的隨機振動載荷、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現設備使用功能的各模塊是機載電子設備的重要組成部分，其結構動力學性能直接關系著設備電信號能否有效傳輸，進而影響著機載電子設備的可靠性。因此，對設備進行有限元強度分析考察各模塊印制電路板振動特性尤為重要。而印制電路板密度、彈性模型、泊松比等材料力學特性參數的設置是否正確直接影響分析結果的準確性。而其力學特性因生產廠家、制造工藝等的差異而不同，導致無法通過查表等傳統方法準確獲得印制電路板的材料力學特性參數；目前，在進行有限元強度分析時，印制板電路板材料特性賦值都是憑借經驗，精確賦值保證有限元建模的準確性成了一個問題。

技術實現要素：

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

本發(fā)明的原理為：首先搭建LMS模態(tài)分析測試系統，進行硬件、軟件及激振系統的設置，采用錘擊法，測試獲得機載電子設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建立機載電子設備印制電路板有限元模型，在經驗值的基礎上通過調整印制電路板密度、彈性模型、泊松比等材料力學特性參數促使有限元模態(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)分析測試系統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％以內即可認為此情況下Hypermesh內設置的印制電路板彈性模型、泊松比等參數是精確的?？蔀榻蚀_的工作狀態(tài)下的有限元強度分析模型提供依據，從而保證機載電子設備整機有限元分析結果的有效性。

本發(fā)明的技術方案為：

所述一種獲得印制電路板材料力學特性參數的方法，其特征在于：包括以下步驟：

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

步驟2：在LMS模態(tài)測試軟件中進行激振系統的參數設置，測試得到被測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)分析測試系統得到的固有頻率誤差不大于5％，且振型一致；

步驟5：根據步驟4的調整結果，確定印制電路板密度、彈性模量、泊松比。

進一步的優(yōu)選方案，所述一種獲得印制電路板材料力學特性參數的方法，其特征在于：所述LMS模態(tài)分析測試系統中，被測試印制電路板放置在彈簧繩上，以處于自由狀態(tài)；在被測試印制電路板選擇若干點，其中1點作為激勵點，其余點作為測點并設置加速度傳感器；當測試時用力錘敲擊激勵點，力錘上的加速度傳感器和測點加速度傳感器能夠將測試信號傳回LMS模態(tài)測試數據采集儀；在LMS數據分析軟件中根據測點和激勵點的坐標信息建立被測試印制電路板的模態(tài)測試模型。

進一步的優(yōu)選方案，所述一種獲得印制電路板材料力學特性參數的方法，其特征在于：步驟2中，采用錘擊法多次敲擊激勵點，LMS模態(tài)測試軟件通過模態(tài)測試數據采集儀采集信號數據，得到印制電路板自由狀態(tài)下的固有頻率與陣型。

進一步的優(yōu)選方案，所述一種獲得印制電路板材料力學特性參數的方法，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，將印制電路板上質量超過5g的電子元器件簡化為質量點，并根據實際中電子元器件與印制電路板的連接狀態(tài)對質量點與印制電路板局部區(qū)域面網格進行接觸設置。

進一步的優(yōu)選方案，所述一種獲得印制電路板材料力學特性參數的方法，其特征在于：步驟4中，有限元模型對應的印制電路板密度、彈性模量、泊松比的經驗值為密度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特性參數的同時，也對其有限元分析模型進行了校正，可為有限元軟件分析整個機載電子設備工作情況下的變形、等效應力時設置其內部的印制電路板參數提供依據，保證分析的準確性。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點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)點從結合下面附圖對實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)分析測試系統實物圖.

圖2印制電路板模態(tài)測試1階自由模態(tài)陣型，其中線條1為建立的模態(tài)測試節(jié)點分析模型，線條2為模態(tài)測試陣型，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.

具體實施方式

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

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

首先搭建LMS模態(tài)分析測試系統，進行硬件、軟件及激振系統的設置，采用錘擊法，測試獲得機載電子設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建立機載電子設備印制電路板有限元模型，在經驗值的基礎上通過調整印制電路板密度、彈性模型、泊松比等材料力學特性參數促使有限元模態(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)分析測試系統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％以內即可認為此情況下Hypermesh內設置的印制電路板彈性模型、泊松比等參數是精確的?？蔀榻蚀_的工作狀態(tài)下的有限元強度分析模型提供依據，從而保證機載電子設備整機有限元分析結果的有效性。

具體包括以下步驟：

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

如附圖1所示搭建LMS模態(tài)分析測試系統。將被測試印制電路板放在柔軟的彈簧繩上使其處于自由狀態(tài)。根據印制電路板的尺寸、LMS模態(tài)測試數據采集儀通道數在被測試印制電路板上合理布置模態(tài)測試點數及位置。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)測試模型中均可簡化為一個面，其實際尺寸長×寬為207mm×156mm，根據被測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個點，將其中1個點設置為激勵點，在測試時用力錘敲擊該點，其余11個點作為測點預設加速度傳感器，力錘上的加速度傳感器和11個測點出的加速度傳感器會將測試信號傳回LMS模態(tài)測試數據采集儀。在LMS數據分析軟件中根據測點和激勵點的坐標信息建立印制電路板的模態(tài)測試模型，見附圖2中的線條1。

步驟2：在LMS模態(tài)測試軟件中進行激振系統的參數設置，測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)測試軟件中激振系統參數設置時尤其要考慮11個測點和力錘敲擊點傳感器方向的設置，印制電路板分正反兩面，若11個測點傳感器法向和力錘敲擊點法向不完全一致，可規(guī)定印制電路板一面法向為正，另一面法向為負。

錘擊法多次敲擊激勵點，LMS模態(tài)測試軟件會通過模態(tài)測試數據采集儀采集信號數據，并自動判斷多組數據的相關性和有效性。經過軟件數據處理，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，將其上質量超過5g的電子元器件簡化為多個質量點RBE3，并根據實際中與印制電路板的固定連接情況將質量點與印制電路板局部區(qū)域面網格進行接觸設置。

步驟4：調整印制電路板密度、彈性模量、泊松比等材料力學特性參數促使有限元模態(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)分析測試系統得到的固有頻率誤差不大于5％，且振型一致。

在經驗值印制電路板密度1.85e-9t/mm³，彈性模量為2.2e4MPa，泊松比0.28的基礎上調整力學特性參數，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。多次調整后得到理想的分析結果，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：進一步對比分析，確定印制電路板電路密度、彈性模量、泊松比等材料力學特性參數。

有限元分析模態(tài)分析與LMS模態(tài)測試系統測試得到其對比分析結果見表1。前3階固有頻率相對誤差最大為5％，滿足預期精度5％要求，即可認為此情況下有限元軟件模態(tài)分析中設置的印制電路板力學特性參數是精確的，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調整印制電路板力學特性參數后有限元模態(tài)分析結果和模態(tài)測試分析結果對比。

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