CC BY
53
Критерий оптимальности конструкции РЭС при внешних механических воздействиях
А.М. Кожевников, К.А.Солякин Кафедра ’’Информационные технологии и автоматизированные системы ” МИЭМ
В настоящее время актуальной является задача оптимизации параметров проектируемых конструкций радиоэлектронных средств (РЭС), отвечающих требованиям по механическим характеристикам при минимально необходимых массе, габаритам и стоимости [1].
Для автоматизированного проектирования вибронадежных конструкций блоков РЭС необходимы критерии оптимальности и методы по поиску оптимальных средств (из заданного набора) и их параметров для доведения механических режимов печатных узлов (ПУ) и элементов несущей конструкции до допустимого уровня. Методы должны оптимально решать следующие функциональные задачи: определение габаритов печатных плат; определение расположения мест крепления ПУ; рекомендовать места размещения ЭРИ и ребер жесткости на печатной плате; определять параметры минивиброизоляторов для печатных узлов; определять параметры элементов несущей конструкции; вырабатывать требования к системе виброудароизоляции РЭС в целом в случае неудовлетворительных динамических механических характеристик конструкции.
Предлагается использовать в качестве основного критерия оптимальности разрабатываемых РЭС при учете механических воздействий минимум взвешенного показателя стоимости реализации проектных решений (РПР) при ограничениях на выполнение требований по надежности, площадям печатных плат, предельно допустимым режимам элементов, что выражается в виде следующего критерия оптимальности:
I N р
. Е тЭл, ЕV] Е С
ттг (а) = ; } ^—,
V ± / т л г Л V тт *^с
№± о V о Со
при ограничениях < 1эл,доп, С < Сдоп, 8эл < 8эл,доп, Оэл < Оэл,доп и других
возможных,
где Б - целевая функция; д - параметры конструкции; Хш, Ху, Хс - весовые коэффициенты для важности минимизации массы, объема и стоимости блока соответственно; М0, Уо, С0 - начальные масса, объем и стоимость блока соответственно; Ь, К, Р - количество элементов и узлов конструкции, учитываемых в процессе минимизации массы, объема и стоимости блока соответственно; шэлд, у,, ск -масса, объем и стоимость отдельного элемента или узла блока соответственно; 1эл, ^эл,доп, с, Сдоп, 8эл, 8эл,доп, Оэл, Оэл,доп - полученные и допустимые значения температуры элементов, стоимости блока, механических перегрузок и напряжений элементов соответственно.
Для построения математической модели динамики конструкции используется метод конечных элементов.
Метод поиска оптимального проектного решения состоит в следующей последовательности действий:
1) строится конечно-элементная модель структуры конструкции и задаются начальные значения параметров конструкции;
2) создается эквивалентная для виброударного воздействия спектральная плотность перегрузки в частотном диапазоне воздействия путем определения спектральной плотности перегрузок последовательности ударных импульсов и последующего сложения спектральных плотностей вибрационного, акустического и ударного воздействий;
3) задаются ограничения на перегрузки и допустимые температуры ЭРИ;
4) задаются ограничения на параметры конструктивных элементов и допустимые механические напряжения в них (площади плат, толщина плат, диаметры стоек и т.п.);
5) выбирается критерий оптимальности и назначаются весовые коэффициенты для каждого типа изменяемых параметров;
6) в процессе параметрической оптимизации изменяются параметры конструкции таким образом, чтобы максимумы АЧХ конструкции сдвигались в направлении минимумов спектральной
плотности внешнего механического воздействия и определяются величины дисперсии, среднеквадратических перегрузок и механических напряжений, при этом проверяются ограничения на параметры и режимы [2];
7) процесс оптимизации продолжается либо до нахождения оптимальных значений параметров, либо останавливается на улучшенном варианте параметров вследствие ограничений на параметры и режимы.
Список литературы
1. Кожевников А.М. Методология обеспечения надежности бортовых радиоэлектронных средств при учете их электрических, тепловых и механических нагрузочных режимов. Надежность: Науч.-техн. журн.-Технологии”, 2008, №1, с. 64-71.
2. Иванов А.А., Кожевников А.М., Усачев М.Л. Комплекс программ анализа динамических характеристик конструкций радиоэлектронных средств, подверженных внешним механическим воздействиям. Новые информационные технологии в автоматизированных системах: Материалы 12-го научнопрактического семинара, МИЭМ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ИПМ им.
М.В.Келдыша РАН, 2009, с.261-275.
