CC BY
64
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
УДК 534.121.1
Сухова1 Ю.С., Катков1 А.Ю., Фаличев2 А.В., Ляшенко2 А.В.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия ОАО «НИИФИ», Пенза, Россия
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ НА СОБСТВЕННЫЕ ЧАСТОТЫ
Введение
Электронные средства (ЭС) широко применяются в различных подвижных объектах. Работают такие ЭС в условиях воздействия вибраций, ударов и других интенсивных механических воздействий. Надежность и стабильность работы при этом без применения специальных средств защиты могут значительно снижаться. Это вызывает необходимость виброзащиты ЭС - виброизоляцию, частотную отстройку, вибродемпфирование. То есть для исключения возможности резонансных колебаний необходимо, чтобы собственная частота колебаний превышала частоту возбуждения.
Повышение жесткости элементов конструкции радиоэлектронной аппаратуры необходимо для смещения спектра собственных частот колебаний в более высокочастотную область. Влиять на спектр
собственных частот колебаний можно изменением геометрических размеров плат, способов их крепления, материала, конфигурации и массы конструкции [1]. Наибольшее применение в настоящее время находит изменение способов крепления, площади и толщины плат, а также применение ребер жесткости. Дадим оценку эффективности этих способов.
Влияние способов крепления
Для оценки возможностей этого способа рассмотрим, например, влияние способов крепления на прямоугольные платы. На рисунке 1 приведено три способа крепления плат и соответствующие им коэффициенты усиления а. Видно, что изменение свободного опирания на жесткое защемление увеличивает первую собственную частоту колебаний примерно в 1,8 раза.
Рисунок 1 - Коэффициенты а для различные: способов крепления плат
Влияние способов крепления, в том числе и точечного, на три первые собственные частоты колебаний прямоугольных плат из эпоксидного стеклопластика размером 2,54^10^15,25 мм показано на рисунке 2 [2].
Гц, частота второго тона с 200 до 550 Гц. Это связано с увеличением жесткости платы.
SW
см
v////////////////,^ ■/,
г.
i
Фшшшт 456Гц 677 887
0
243 453
732
72 123 208
111 136
252
201
223
ф 9
271 279 281
♦ 13
6 ♦ 7
72 175
¡75 211
211 243
10 l 1 : и l
43 108
164 225
276 343
♦ + 14 ф ф • 15 ф ф *
4
2
218 271 279
V "л
4
12
б 8 /
10
165 217 343
* 16
ф * *
217 256 424
142 213 306
160 167 176
160 176 178
Рисунок 2 - Способы крепления плат
Видно, что увеличение точек крепления с четырех (случай 6) до семи (случай 13) повышает первую собственную частоту колебаний немногим более чем в три раза. Влияние увеличения точек крепления на вторую и третью частоты еще меньше.
Влияние площади и толщины плат
Для оценки влияния площади электромонтажных плат на собственные частоты приведем пример из [3], где даны графики, показывающие зависимость частот собственных колебаний различных плат от их площади при четырехточечном закреплении. На рисунке 3 для примера приведен такой график для квадратных стеклотекстолитовых плат толщиной 1,5-10-3 м.
Из графика на рисунке 3 видно, что при уменьшении площади платы с 500 до 200 см2 частота первого тона увеличивается с 100 до 250
Г-10 , Гц
Рисунок 3 - Зависимость собственны:': частот (Г) колебаний от площадей плат (S)
Таким образом, уменьшая площадь платы, мы смещаем весь спектр собственных частот в более высокую область.
Для монтажных плат с установленными на них микросхемами сохраняется примерно та же зависимость собственных частот от площадей плат, что и рассмотренная выше. Следовательно, при конструировании плат с высокими собственными частотами конструктор сталкивается с нежелательным уменьшением монтажного пространства, необходимого для размещения элементов монтажа.
Рассмотрим влияние толщины плат на собственные частоты колебаний, для чего воспользуемся формулой Рэлея - Ритца. Формулу Рэлея - Ритца можно записать в виде:
f =105КШ Кэрэ BH/a2.
где Km учитывает влияние сосредоточенной массы на собственную частоту колебаний; КЭРЭ -коэффициент, учитывающий массу ЭРЭ; B - частотный коэффициент; H - толщина; a - длина платы.
Из формулы следует, что увеличение толщины платы изменяет в сторону увеличения собственную частоту. Однако при этом увеличивается масса платы, что является нежелательным, особенно для аппаратуры летательных аппаратов.
На рисунке 4 приведен график зависимости относительной собственной частоты от относительной толщины платы [4]. Видно, что увеличение толщины платы существенно повышает собственную
Так, в рассмотренном примере повышение толщины платы в четыре раза увеличит массу ячейки в три раза. Таким образом, уменьшая площадь платы, мы смещаем весь спектр собственных частот в более высокую область.
Вывод
Таким образом, было выяснено, что первую собственную частоту колебаний можно увеличить, изменяя свободное опирания на жесткое защемление, увеличивая количества точек крепления, уменьшая площадь платы и увеличивая толщину платы.
толщины платы)
ЛИТЕРАТУРА
1. Маквецов Е.Н., Тартаковский А.М. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. для вузов. - М.: Радио и связь, 1993. - 200 с.
2. Токарев М.Ф., Талицкий Е.Н., Фролов В.А. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов / Под ред. В.А. Фролова. — М.: Радио и связь, 1984. — 224 с.
3. Алгоритм выявления латентных технологических дефектов печатных плат методом оптического контроля / И.И. Кочегаров, И.В. Ханин, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков, В.Б. Алмаметов / Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2013. № 3 (27). С. 105-114.
4. Лысенко, А.В. Анализ особенностей применения современных активных систем виброзащиты для нестационарных РЭС / А.В. Лысенко, Г.В. Таньков, Д.А. Рындин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 155-158.
5. Затылкин, А.В. Методика исследования радиоэлектронных средств опытно-теоретическим методом на ранних этапах проектирования / А.В. Затылкин, Д.А. Голушко, А.В. Лысенко // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2012. № 7 (38). С. 91-96.
6. Лысенко, А.В. Методика моделирования внешних механических воздействий на бортовую РЭА / А.В. Лысенко, Е.А. Данилова, Г.В. Таньков / Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2013. Т. 1. С. 226-228.
7. Кочегаров И.И. Программно-аппаратный комплекс разработки РЭС на основе ПЛИС и исследования их механических параметров / Кочегаров И.И., Таньков Г.В., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 421-424.
8. Рындин, Д.А. Применение индикаторных проникающих веществ для повышения эффективности работы автоматических систем оптического контроля печатных плат / Д.А. Рындин, А.В. Лысенко, Е.А. Сидорова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 84-86.
9. Лысенко, А.В. Способ снижения величины вибрационных нагрузок в несущих конструкциях ЭС и методика его реализующая / А.В. Лысенко // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 4. С. 41-44.
10. Обеспечение термокомпенсации синтезатора частоты за счёт применения интегрального безкон-тактного измерителя температуры / Н.В. Горячев, И.Д. Граб, А.В. Лысенко, Н.К. Юрков // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2011. № 1. С. 303-305.
11. Лысенко, А.В. Классификация амортизаторов радиоэлектронных средств на основе фасетной структуры / А.В. Лысенко // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 242-247.
12. Лысенко, А.В. Конструкция и методика расчета гибридного виброамортизатора с электромагнитной компенсацией / А.В. Лысенко, А.В. Затылкин, Н.А. Ястребова // Вестник Пензенского государственного университета. 2013. № 4. С. 73-78.
13. Функциональная модель информационной технологии обеспечения надежности сложных электронных систем с учетом внешних воздействий / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, С.Н. Полесский, И.А. Иванов, А.В. Лысенко / Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 184-187.
14. Лысенко, А.В. Методика моделирования влияния внешних механических воздействий на динамические параметры РЭА в среде MATHCAD / А.В. Лысенко // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 68-69.
15. Особенности разработки макромоделей надежности сложных электронных систем / Н.К. Юрков, А.В. Затылкин, С.Н. Полесский, И.А. Иванов, А.В. Лысенко / Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 101-102.
16. Баранов, Н.А. Управление состоянием готовности системы безопасности к отражению угрозы / Н.А. Баранов, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 8-10.
17. Дедков, В.К. Компьютерное моделирование характеристик надежности нестареющих восстанавливаемых объектов / В.К. Дедков, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 368-370.
18. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
19. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва, 2005.
20. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
21. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
22. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
23. Кочегаров И.И. Обзор методик получения нанопорошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 426-428.
24. Кочегаров И.И. Методы контроля дисперсности порошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 475-477.
частоту, но при этом значительно возрастает и масса конструкции.
повышения собственной частоты колебаний от относительного увеличения толщины платы (£н, НН - начальные значения собственной частоты и
