Page 44 - 现代工业绿色技术创新研究

Research on Innovation of Modern Industrial Green Technology
现代工业绿色技术创新研究

一、模型构造

FPGA 器件是电路板中质量及体积较大的元器件，且其安装位置靠近电路板
中心，在振动中位移及应力响应大。FPGA 器件质量为 16g，通过 208 个四周排

布的引脚与电路板焊盘连接。引脚宽度 0.21mm，厚度 0.16mm，使用矩形梁单元
进行建模，材料为可伐合金（FeNi29Go17），抗拉极限取 585MPa。由于 RBE2
为刚性连接，在处理胶粘、焊接等不能视为完全刚性连接的模型时，使用节点耦

合的方式，将引脚单元与电路板、FPGA 单元连接。
FPGA 使用壳单元建模，由于芯片使用同一种塑料封装，对模型中所有芯片
采用相同材料参数，再修改材料密度让元器件达到真实质量。电路板基板使用壳
单元建模，材料为酚醛。印制电路板及元器件总质量为 250g。模型材料如表 1-1
所示。

表 1-1 电路板材料属性表
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名称 弹性模量 /GPa 泊松比 密度 /（t·m ）
引脚 158 0.3 8.2
PCB 17 0.28 2
芯片 16 0.38 2.4

二、约束及加载方式

为了真实模拟电路板边界状态，模态分析时将电路板模型通过 MPC 固定在
其所在产品安装架上，再对产品螺孔施加全约束。正弦、随机振动分析时加载使
用大质量点法进行加载，激励从产品固定端输入。

三、有限元分析

为确保航天产品能承受发射过程中的振动载荷，在发射前都会对其进行地面

振动试验，包括正弦振动和随机振动试验，并在试验前进行相应的有限元分析。
例如分析航天产品的动态刚度与结构强度等。动态刚度主要指产品基频，结构强
度主要指产品在正弦振动与随机振动时的加速度、应力、应变响应。
（一）模态分析
对产品连接螺孔全约束。对工装进行模态分析，印制电路板在产品螺孔全约

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