随机振动载荷下塑封球栅阵列含铅焊点疲劳寿命模型

对塑封球栅阵列(PBGA)封装器件Sn37Pb焊点进行了正弦振动、随机振动实验,得到各个载荷下焊点的疲劳寿命结果。建立了三维有限元模型,进行与实验条件一致的有限元分析,计算焊点的应力;将实验结果与有限元计算相结合,并基于Steinberg寿命预测模型,发展了随机振动载荷下焊点疲劳寿命预测方法。结果表明,疲劳寿命模型预测结果与实验结果吻合较好,该方法可应用于PBGA封装焊点在随机振动载荷下的疲劳寿命评估,为PBGA封装器件的设计与使用提供指导。     

基于Patran及频域分析的叠层焊点随机振动可靠性分析

基于Patran软件建立了叠层焊点三维有限元分析模型,分析了随机振动条件下叠层焊点的固有频率、振型和频率响应规律,获得了叠层焊点应力应变分布和应变功率谱密度响应曲线,并基于功率谱和雨流计数法计算出了叠层焊点振动疲劳寿命;分析了焊盘直径和焊点最大径向直径对叠层焊点随机振动寿命影响。仿真结果表明:在叠层焊点高0.5 mm、焊盘直径0.3 mm和焊点径向最大直径0.4 mm时其随机振动疲劳寿命为3 132 h;当焊盘直径从0.2 mm增加到0.35 mm时,叠层焊点振动疲劳寿命随焊盘直径增大而增大;当焊点最大径向直径从0.4 mm增加到0.55 mm时,叠层焊点振动疲劳寿命随焊点最大径向直径增大而减少。     

球栅阵列无铅焊点随机振动失效研究

通过非接触式激光全息激振方法对试件(电路板组件)进行试验模态分析,了解其动态特性;以其第一阶固有频率作为中心频率,分别进行了三种不同加速度功率谱密度幅值的窄带随机振动疲劳试验,并对失效焊点进行金相剖面分析,探究球栅阵列(BGA)无铅焊点在随机振动载荷下的失效机理。结果表明,三种加速度功率谱密度幅值的随机振动试验中BGA无铅焊点的失效机理不尽相同,随着功率谱密度幅值增加,焊点失效位置由靠近电路板(PCB)一侧向靠近封装一侧转变,分别是靠近PCB一侧的焊球体,焊点颈部以及靠近封装一侧的Ni/金属间化合物(IMC)界面处,相应的失效模式由疲劳断裂转为脆性断裂     

跌落碰撞下SMT焊点可靠性研究进展

针对在跌落碰撞条件下便携式电子产品中SMT连接焊点的可靠性问题,对该领域相关的理论和实验研究成果进行了综述。介绍了跌落碰撞环境下SMT焊点在跌落试验、数值模拟、寿命预测模型以及无铅焊点的可靠性研究的现状和进展,并对跌落碰撞下SMT焊点的可靠性研究进行了展望。     

基于响应面-遗传算法的CSP焊点随机振动应力与回波损耗双目标优化设计

建立了芯片尺寸封装(Chip Scale Package,CSP)焊点有限元分析模型和电磁仿真模型,选取焊点直径、焊点高度和焊盘直径作为设计变量,以CSP焊点随机振动应力和回波损耗为目标值,设计17组焊点形态参数水平组合并建模进行仿真计算,采用响应曲面法对17组组合应力值、回波损耗值与CSP焊点形态参数间关系进行拟合,结合遗传算法对拟合函数进行优化设计,得到CSP焊点随机振动应力值和回波损耗值同时降低参数水平组合,并通过回波损耗测试实验对优化结果进行了验证。结果表明:优化后CSP焊点最大等效应力下降11%的同时回波损耗降低了2.78%,回波损耗实测试验验证了优化结果的正确性。     

随机振动加载条件下焊点形态参数对板级光互连模块对准偏移影响分析

建立了光互连模块有限元分析模型并进行随机振动加载有限元分析,获取了垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)与耦合元件间的对准偏移;采用水平正交表设计了不同焊点结构参数组合并建立有限元模型,获取了对准偏移数据并进行方差分析。结果表明:在随机振动加载后,光互连模块VCSEL与耦合元件间会产生水平、垂直、轴向的偏移;陶瓷基板焊点高度、VCSEL焊点高度对对准偏移具有高度显著性影响;因素显著性排序由大到小依次为:陶瓷基板焊点高度、VCSEL焊点高度、陶瓷基板焊点体积和VCSEL焊点体积;单因子分析表明VCSEL与耦合元件对准偏移值随陶瓷基板焊点高度增加而增大,随VCSEL焊点高度增加而增大。     

超高斯随机振动疲劳加速试验模型研究EI北大核心CSCD

通过理论分析,针对超高斯随机振动激励建立了相应的振动疲劳加速试验数学模型,给出了模型中未知参数的具体求解方法,并通过实际试验进行了验证。该模型十分便于进行振动疲劳加速试验的定量设计,具有很好的工程实用性,可用于评估随机振动环境下工程结构的疲劳寿命与可靠性。     

超高斯随机振动疲劳加速试验模型研究

通过理论分析,针对超高斯随机振动激励建立了相应的振动疲劳加速试验数学模型,给出了模型中未知参数的具体求解方法,并通过实际试验进行了验证。该模型十分便于进行振动疲劳加速试验的定量设计,具有很好的工程实用性,可用于评估随机振动环境下工程结构的疲劳寿命与可靠性。     

基于比例风险模型的板级无铅焊点跌落寿命分析

文中进行了三组跌落高度下的焊点疲劳寿命试验,采用比例风险模型(PHM)分析跌落高度对焊点寿命分布的影响。PHM模型估计得到的焊点寿命期望(MTTF)及寿命失效概率密度与实验数据都能够较好的吻合,验证了模型的有效性。且由焊点跌落MTTF值随高度变化曲线可看出,当跌落高度略大于0.6m时焊点MTTF值都小于10次,表明无铅焊点对冲击载荷非常敏感。最后用估计得到的寿命期望结合Miner准则得到板极无铅焊点跌落寿命损伤累积模型。     

某结构件的随机振动疲劳分析

为了对某机载产品进行结构疲劳分析,采用有限元分析软件ANSYS对产品结构进行了模态分析和随机振动分析。结合模态试验修正了有限元模型,由随机振动分析得到应力响应功率谱,最后利用频域方法计算结构的疲劳损伤。仿真结果基本吻合强化试验结果,并给出了产品结构设计改进方案。     

A damage gradient model for fatigue life prediction of notched metallic structures under multiaxial random vibrations

In the present paper, a damage gradient model combing the damage concept with the theory of critical distance (TCD) is established to estimate the fatigue lives of notched metallic structures under multiaxial random vibrations. Firstly, a kind of notched metallic structure is designed, and the biaxial random vibration fatigue tests of the notched metallic structures are carried out under different correlation coefficients and phase differences between two vibration axes. Then, the fatigue lives of the notched metallic structures are evaluated utilizing the proposed model with the numerical simulations. Finally, the proposed model is validated by the experiment results of the biaxial random vibration fatigue tests. The comparison results demonstrate that the proposed model can provide fatigue life estimation with high accuracy.     

Accelerated Random Vibration Testing of Transport Packaging System Based on Acceleration PSD

Transport packaging of products is a complex structural system, having a variety of modes for vibration damage failure under the action of random vibration in logistics. In order to evaluate the packaging performance effectively, the accelerated random vibration testing becomes one of important tools. This paper develops a more general and practical method for accelerated random vibration testing of transport packaging in the framework of linear random vibration of discrete packaged product. The suggested method is based on the response acceleration power spectral density (PSD) of component which is easy to measure, and suitable for the different fatigue models more than Basquin fatigue model. It is confirmed by the experiments of a packaged desk computer that exerted two types of acceleration PSDs. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

长寿命路面疲劳寿命预测的频域分析方法

笔者分别从沥青路面和水泥混凝土路面两个方面分析了路面疲劳寿命预测的相关方法。重点对疲劳寿命预测的频域分析方法进行了较为详细的分析,结合车辆–道路耦合振动系统模型,对路面不平整引起的车辆与道路之间的随机振动进行了分析,指出车辆–道路耦合振动的随机功率谱密度是进行路面疲劳寿命预测的一种手段和方法,并提出了相应的预测步骤,旨在为长寿命路面的设计和性能评价提供参考。     

基于车桥耦合随机振动分析的钢桥疲劳可靠度评估

发展了一种基于车桥耦合系统随机振动分析的铁路钢桥疲劳可靠度评估方法,建立车桥耦合系统模型,选取车速和轨道不平顺作为基本随机变量进行随机振动分析,以此确定桥梁构件等效疲劳应力幅及其循环次数的概率模型。在此基础上,建立基于S-N曲线法的疲劳极限状态函数并进行疲劳可靠度分析。以一座铁路下承式钢桁梁桥为例进行了疲劳可靠度评估,并讨论了车速及轨道平顺性对构件疲劳可靠性的影响。结果表明:该文方法可有效用于铁路钢桥疲劳可靠度评估;受车速及轨道不平顺随机性的影响,列车引起的桥梁构件等效疲劳应力幅及其循环次数均具有一定的不确定性,应视为随机变量,二者可采用对数正态分布表示;车速和轨道不平顺可显著影响桥梁构件的疲劳可靠性,疲劳关键构件的可靠度指标随着轨道平顺性增强而提高。     

基于随机振动理论的焊接结构疲劳寿命概率预测方法研究

为了能够在设计阶段对承受随机载荷作用的焊接结构的焊缝进行疲劳寿命预测,该文以随机振动理论为基础,结合主S-N曲线法,通过推导证明了用于焊接结构疲劳寿命评估的等效结构应力与激励载荷之间存在线性传递关系,从而提出了一个频域的焊接结构随机振动疲劳寿命概率预测新方法。该方法能够解决多随机载荷作用下复杂焊接结构振动疲劳寿命预测问题。通过T型接头的算例对比分析,证明了该方法能够考虑激励载荷的频率对焊缝疲劳寿命的影响。直接以线路实测随机加速度谱做为激励载荷,对某轨道集装箱平车车体结构关键焊缝的振动疲劳寿命进行预测,结果表明:该方法的预测结果与实际情况吻合,便于工程应用。     

Random fatigue life prediction of carbon fibre-reinforced composite laminate based on hybrid time-frequency domain method

To evaluate fatigue life of composite laminate with hole under random loading, a random fatigue life prediction model is established by hybrid time-frequency domain method in this paper. Firstly, dynamic response of composite laminate is obtained from FE model in frequency domain. Secondly, root mean square of stress of six stress components of critical damage point in frequency domain are transferred to stresses in time domain. At last, 3D Tsai–Hill static failure criterion is adopted to convert the multiaxial stress into the uniaxial equivalent stress. Fatigue life is predicted by equivalent stress fatigue life code. The method is validated with the random vibration fatigue test of carbon fibre-reinforced composite laminate. Numerical results are compared with random fatigue experiments which show good agreement with numerical results.     

薄壁结构高温随机振动疲劳寿命估算方法

为了研究涡轮转子叶片在高温环境中气流激振力作用下随机振动疲劳失效机理,从基础研究出发,采用薄壁板件为研究对象。基于高温试验台与振动台联合试验,结合数值仿真,得到了不同温度和不同振动量级组合下试验件根部与颈部的轴向动应力响应规律。基于疲劳累积损伤理论,采用改进的雨流计数法预估试验件的疲劳寿命。通过高温随机振动试验,同时参照常温随机振动试验,获得试验件在实际工况下的应力、应变、频率等动力学响应和寿命数据,并对各个试验组的响应与寿命进行数据统计,仿真与试验结果比较发现:数值仿真对试验件破坏位置判断准确,应力响应误差在5.6%以内,频率响应相差1%左右,疲劳寿命相差28.6%以内,证明了高温条件下随机振动疲劳分析方法是有效的而且精确的。     

A hybrid frequency–time domain method for predicting multiaxial fatigue life of 7075‐T6 aluminium alloy under random loading

A hybrid frequency–time domain method for predicting multiaxial fatigue life under random loading is developed on the basis of combination of the frequency domain and time domain analysis. The critical damage point of the structure is determined by the frequency domain equivalent stress method. Then, the fatigue life prediction is made in time domain by generating random load‐time histories from the power spectral density of the critical point. The method is validated with the random vibration fatigue test of 7075‐T6 aluminium alloy. It has been shown that the results of fatigue life calculated by hybrid method are well correlated with the experiment.