Обеспечение надежной работы конструкции

4. Обеспечение надежной работы конструкции

электронной аппаратуры

4.1. Защита конструкции ВТ от механических воздействий

На средства ВТ в процессе работы, в процессе эксплуатации на разных видах транспорта воздействуют внешние механические факторы (вибрации, удары, ускорения, акустические шумы), передающие ей механическую энергию. Это количество переданной энергии, может изменить конструкцию. Допустимые пределы механического изменения конструкции определяются её прочностью и устойчивостью к механическим воздействиям.

Под прочностью конструкции понимается способность аппаратуры выполнять функции и сохранять определенные параметры после приложения механических воздействий.

Под устойчивостью конструкции понимается способность аппаратуры сохранять функции и параметры в процессе механических воздействий.

Существуют следующие разновидности откликов:

- механические напряжения в элементах конструкции;

- перемещения элементов конструкции и их соударения;

- деформации и разрушения конструктивных элементов;

- изменения свойств и параметров конструкции.

Механические воздействия могут привести к непредусмотренным перемещениям деталей и узлов из-за возникающих инерционных сил. Как следствие этого, может возникнуть деформация крепежных несущих и других элементов конструкции и их соударения.

При незначительных механических воздействиях в элементах конструкции возникают упругие деформации, которые, как правило, не влияют на работоспособность конструкции и аппаратуры в целом.

Увеличение нагрузки приводит к появлению остаточной деформации и, при определённых условиях, к разрушению конструкции.

Отказы аппаратуры бывают восстанавливаемые после снятия или ослабления механических воздействий (вибрация, удары, возникновение шумов) и невосстанавливаемые (обрывы, замыкания электрических соединений, отслаивание проводников от печатных плат, нарушение элементов крепления несущих конструкций).

Рассмотрим конструкцию при воздействии на неё некоторых механических нагрузок.

Основными параметрами любой конструкции, с позиций реакции на механические воздействия, являются: масса, жесткость, механическое сопротивление (демпфирование).

При анализе явления вибрации или влияния вибрации на конструкцию модуля, последний можно представить в виде системы с сосредоточенными параметрами, в которой заданы масса изделия – m, элемент жесткости в виде пружины и элемент механического сопротивления в виде демпфера, характеризующиеся параметрами – k и r, рис.5.
Р
ис.5. Модель механической системы с одной степенью свободы.

Если построить более сложную модель, например, в виде панели с установленными на ней модулями, то можно получить модель с распределёнными параметрами, рис.6.

Рис.6. Модель системы с распределёнными параметрами.

В системе с одной степенью свободы внешней силе в каждый момент времени будут противодействовать силы инерции массы – , жесткости – , демпфирования – .

В таком случае, мы получаем линейное дифференциальное уравнение:

Уравнение собственных колебаний системы можно получить, приравнивая к 0.

решение этого уравнения обычно записывается в следующем виде:

В реальных механических системах в каждом цикле колебаний происходят потери энергии, в результате чего колебания затухают.

Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний системы принимает вид:
(4.5)
Решение этого уравнения:
(4.6)
Описывает собственные Вынужденные колебания сис- колебания системы с частотой . темы с частотой .

– амплитуды собственных и вынужденных колебаний.

Когда частота собственных колебаний системы близка к частоте вынужденных колебаний, в колебательной системе возникает явление механического резонанса, при котором резко возрастает амплитуда колебательного движения элементов конструкции, что приводит их к поломкам.