微组装组件振动疲劳寿命预测方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种微组装组件振动疲劳寿命预测方法和系统，根据微组装组件与固定件的结构，建立振动仿真有限元模型并提取其验证特性参数。根据验证特性参数和微组装组件的实验特性参数对振动仿真有限元模型进行修正得到振动仿真模型。根据振动仿真模型对微组装组件进行随机振动应力响应仿真分析，获取其振动疲劳危险点。提取振动疲劳危险点在随机振动载荷下的等效应力功率谱密度。对等效应力功率谱密度进行转换得到循环应力时域数据。根据振动疲劳危险点的S-N曲线和循环应力时域数据计算振动疲劳危险点在随机振动载荷下的振动疲劳寿命。采用固定件和微组装组件同步提取响应数据的方法进行微组装组件振动疲劳寿命预测，提高了测试准确度。
【专利说明】微组装组件振动疲劳寿命预测方法和系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子器件寿命预测【技术领域】，特别是涉及一种微组装组件振动疲劳寿 命预测方法和系统。
【背景技术】
[0002] 随着科学发展和社会进步，对电子产品的集成度要求越来越高。微组装组件是指 将电子元器件用金属等材料进行封装而成的高密度集成的功能器件，可保护其中的电子元 器件避免大气水汽腐蚀。
[0003] 由于微组装组件在实际应用中通常需要安装在如PCB(Printed Circuit Board， 印刷电路板）板等固定件上，而固定件为非刚性材料且尺寸较大，可能会因固定件谐振引 起微组装组件的同步谐振，使得微组装组件的密封薄弱环节产生材料疲劳，最终导致结构 受损开裂，因此需要对金属封装的电子组件振动疲劳寿命进行预测。目前没有关于微组装 组件振动疲劳预测的方法，现有文献关于PCB板上器件BGA(Ball Grid Array Package球栅 阵列封装）焊点振动疲劳寿命预测方法，为采用有限元模拟技术对PCB板振动特性进行仿 真，通过对有限元模型的模态特性参数验证后，利用焊点应力响应数据对PCB板上器件BGA 焊点振动疲劳寿命进行预测。
[0004] 由于PCB板上器件BGA焊点的振动疲劳寿命预测，仅需考虑PCB板谐振型变对塑 封器件BGA焊点施加的应力，若用于预测安装于固定件上承受两种谐振激励的微组装组件 的寿命，存在准确度低的缺点，不适用于微组装组件的测试。
【发明内容】
[0005]基于此，有必要针对上述问题，提供一种适用于微组装组件、可提高测试准确度的 微组装组件振动疲劳寿命预测方法和系统。
[0006] -种微组装组件振动疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：
[0007]根据微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立振动仿真有限元模 型，并提取所述振动仿真有限元模型的验证特性参数；
[0008]获取所述微组装组件的实验特性参数，并根据所述实验特性参数和验证特性参数 对所述振动仿真有限元模型进行修正，得到振动仿真模型；
[0009]根据所述振动仿真模型对所述微组装组件进行随机振动应力响应仿真分析，获取 所述微组装组件的振动疲劳危险点；
[0010]提取所述振动疲劳危险点在随机振动载荷下的等效应力功率谱密度（Power Spectral Density, PSD)；
[0011]对所述等效应力功率谱密度进行转换，得到循环应力时域数据；
[0012]获取所述振动疲劳危险点材料的S-N曲线，并根据所述S_ N曲线和循环应力时域 数据计算所述振动疲劳危险点在随机振动载荷下的振动疲劳寿命。
[0013] -种微组装组件振动疲劳寿命预测系统，包括：
[0014]建模模块，用于根据微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立振 动仿真有限元模型，并提取所述振动仿真有限元模型的验证特，性参数；
[0015]修正模块，用于获取所述微组装组件的实验特性参数，并根据所述实验特性参数 和验证特性参数对所述振动仿真有限元模型进行修正，得到振动仿真模型；
[0016]仿真模块，用于根据所述振动仿真模型对所述微组装组件进机振动应力响应 仿真分析，获取所述微组装组件的振动疲劳危险点；
[0017]提取彳吴块，用于提取所述振动疲5?危险点在随机振动载荷下的等效应力功率谱密 度；
[0018]转换模块，用于对所述等效应力功率谱密度进行转换，得到循环应力时域数据； [0019]处理模块，用于获取所述振动疲劳危险点材料的S-N曲线，并根据所述 S-N曲线和 循环应力时域数据计算所述振动疲劳危险点在随机振动载荷下的振动疲劳寿命。
[0020]上述微组装组件振动疲劳寿命预测方法和系统，在验证得到振动仿真模型后，根 据振动仿真模型对微组装组件进行随机振动应力响应仿真分析，获取微组装组件的振动疲 方危险点。提取振动疲危险点在随机振动载荷下的等效应力功率谱密度频域数据。对等 效应力功率谱密度进行转换，得到循环应力时域数据。获取振动疲劳危险点材料的 S_N曲 线，并根据S-N曲线和循环应力时域数据计算振动疲劳危险点在随机振动载荷下的振动疲 劳寿命。利用频域法提取危险点数据，然后转换为时域数据进行振动疲劳寿命预测，避免了 利用时域法提取数据困难和数据处理量巨大的问题；同时采用固定件和微组装组件同步仿 真模拟验证并提取响应数据的方法，有效解决了固定件振动、微组装组件振动综合影响问 题。与PCB板上GBA焊点振动疲劳寿命预测方法相比，本方法采用固定件和微组装组件同 步提取响应数据的方法，解决了安装于固定件上微组装组件在两种谐振激励源作用下预测 其振动疲劳寿命预测的难题，提高了测试准确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为一实施例中微组装组件振动疲劳寿命预测方法的流程图；
[0022] 图2为一实施例中随机振动功率谱示意图；
[0023]图3为一实施例中振动疲劳危险点在随机振动载荷下的等效应力功率谱密度示 意图；
[0024] 图4为一实施例中振动疲劳危险点响应的等效应力时间历程数据示意图；
[0025] 图5为一实施例中微组装组件振动疲劳寿命预测系统的结构图。
【具体实施方式】
[0026] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发 明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。 [0027]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的【技术领域】的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0028] 一种微组装组件振动疲劳寿命预测方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0029] 步骤S110 :根据微组装组件与安装微组装组件的固定件的结构，建立振动仿真有 限元模型，并提取振动仿真有限元模型的验证特性参数。
[0030] 微组装组件具体可以是HIC (hybrid integrated circuit,混合集成电路）、微波 混合集成电路、微波组件或SiP (System In a Package，系统级封装）组件等，封装材料可以 是金属或塑料等，固定件用于安装微组装组件，可以是PCB板等。
[0031] 在其中一个实施例中，验证特性参数包括微组装组件的前八阶模态振型、前八阶 固有频率和随机振动响应均方根加速度。随机振动响应均方根加速度是指20?2000Hz频 率范围规定功率谱密度载荷下的均方根加速度值。步骤S110具体可包括步骤11和步骤 12。
[0032] 步骤11 :根据微组装组件与安装微组装组件的固定件的结构建立对应的实体模 型，并根据实体模型建立振动仿真有限元模型。
[0033] 步骤12 :根据振动仿真有限元模型对微组装组件的模态参数和随机振动响应特 性进行仿真，提取微组装组件的前八阶模态振型、前八阶固有频率和随机振动响应均方根 加速度。
[0034] 微组装组件的固有频率满足特征方程
[0035] | [Κ]-ω2[Μ] | = 0，
[0036] 其中，[Κ]为微组装组件的总刚度矩阵，[Μ]为微组装组件的总质量矩阵，ω2为微 组装组件的谐振频率。
[0037] 随机振动载荷下微组装组件运动满足基本方程
[0038] [μ]{χ} Φ. [^]{x}+|c]{x} = ：|t},
[0039] 其中，[C]为微组装组件的总阻尼矩阵，{p}为作用在微组装组件上的随机振动 力，{x}为微组装组件的位移响应。
[0040] 本实施例中即是提取微组装组件安装于固定件的条件下的约束模态特性参数和 随机振动响应特性参数，作为振动仿真有限元模型的验证特性参数。其中，约束模态特性参 数具体包括微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，随机振动响应特性参数具体 包括随机振动响应均方根加速度。可以理解，验证特性参数的具体数据并不是唯一的，可根 据实际情况调整。
[0041] 步骤S120 :获取微组装组件的实验特性参数，并根据实验特性参数和验证特性参 数对振动仿真有限元模型进行修正，得到振动仿真模型。
[0042] 对应地，在其中一个实施例中，实验特性参数也包括约束模态特性参数和随机振 动响应特性参数。其中，约束模态特性参数包括微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固 有频率，随机振动响应特性参数包括随机振动响应均方根加速度。步骤S120可包括步骤21 至步骤28。
[0043] 步骤21 :模拟微组装组件安装于固定件的约束条件。
[0044] 具体可通过带散热装置的弹性约束振动试验夹具固定微组装组件，模拟微组装组 件安装在固定件上的约束条件，以便对微组装组件进行约束模态试验和随机振动试验。带 散热装置的弹性约束振动试验夹具具体可包括夹具底座、约束单元支架和弹性约束单元。 夹具底座用于连接夹具与振动试验台和固定约束单元支架。约束单元支架包括2个，用于 支撑弹性约束单元。弹性约束单元由可更换的PCB板和散热片组成，用于约束微组装组件 的外引脚和金属腔体。采用PCB板和散热片实现弹性约束，既可以很好地模拟微组装组件 在整机中实际应用状态的结构刚性和固支条件，又可以满足与振动试验台的连接条件和紧 固要求。
[0045] 步骤22 :根据验证特性参数获取微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域。
[0046] 根据步骤S110中得到的验证特性参数进行分析，将各参数低于阈值的区域作为 微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域。阈值的设定可根据对应部位的材料等实际情况调 整。
[0047] 步骤23 :对微组装组件预设的锤击点连续锤击预设次数，采集微组装组件的频率 响应函数。
[0048] 具体可采用等间距移动力锤法，对安装在弹性约束振动试验夹具上的微组装组件 进行模态试验。预设的锤击点的数量可根据微组装组件表面大小调整，本实施例中各锤击 点之间的间隔距离为1〇_以下，连续5次重复锤击同一锤击点。针对微组装组件平坦封装 的特点，采用等间距移动力锤法进行模态实验，便于后续步骤中更准确地获取微组装组件 的约束模态特性参数。
[0049] 将加速度传感器布置在微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域的预设参考点上，当 移动力锤敲击微组装组件的锤击点时，采集参考点的力信号和加速信号，进而获得对应的 频率响应函数。
[0050] 步骤24 :根据频率响应函数分析并提取微组装组件的前八阶模态振型和前八阶 固有频率。
[0051] 将试验获得的频率响应函数导入到模态分析软件中，进行模态识别，剔除虚假模 态后，获得微组装组件的前八阶固有频率和振型。根据八阶振型的模态置信因子MAC值和 固有频率值，当前八阶振型彼此正交，利用前八阶振型拟合频响函数。
[0052] 可通过采集和计算频率响应函数的线性平均值消除随机噪声的千扰，对过滤后的 频率响应函数还可利用模态识别技术去除固定件的固有频率，也可通过采用移动力锤法敲 击固定件，获得对应的频率响应函数并确定固定件的固有频率，通过最后去除固定件的固 有频率后得到的频率响应函数来分析微组装组件的模态参数，提高数据准确性。
[0053] 步骤25 :获取振动疲劳损伤敏感区域预设的监测点的加速度响应时域信号。
[0054] 采用加速度响应同步监测法，对安装在弹性约束振动试验夹具上的微组装组件进 行随机振动试验，获取各监测点的加速度响应时域信号。可将微组装组件通过振动夹具固 定在随机振动台上，布置加速度计传感器同步监测各监测点的振动响应，施加典型随机振 动功率谱密度进行随机振动试验，同时也监测固定件的振动响应。监测点的位置可在步骤 22确定的振动疲劳损伤敏感区域进行设置，监测点的具体数量同样也可根据微组装组件的 尺寸进行调整。
[0055] 步骤26 :根据加速度响应时域信号计算对应监测点的均方根加速度功率谱密度。
[0056] 具体可先对获取的加速度响应时域信号进行滤波，然后计算各监测点的均方根加 速度功率谱密度。
[0057] 步骤27 :根据均方根加速度功率谱密度计算对应监测点的随机振动均方根加速 度。
[0058] 根据得到的均方根加速度功率谱密度计算各监测点的随机振动均方根加速度，至 此便得到了微组装组件的实验特性参数。
[0059] 步骤28 :判断验证特性参数与实验特性参数的相对误差是否小于或等于预设的 对应误差阈值；若否，则对振动仿真有限元模型进行修正，并重新获取验证特性参数再次进 行判断；若是，则得到振动仿真模型。
[0060] 对应误差阈值也可根据实际情况进行调整。本实施例中具体的判断标准为，微组 装组件的前八阶固有频率每一阶频率相对误差 Sl < 5%、每一阶模态振型相同，各监测点的 随机振动均方根加速度对相对误差s2 < 6. 5%。
[0061] 如果验证特性参数与实验特性参数的相对误差大于对应误差阈值，说明模型准确 度低，根据参数误差对模型进行修正，对模型进行修正具体可包括：有限元网格类型及疏密 修正、边界自由度约束条件修正、界面接触方式修正、材料力学参数修正。采用逐一模态振 型对比法对模型的模态振型进行修正，修正过程中同时兼顾对应的固有频率结果，以保证 模态振型和固有频率都与实测结果一致。
[0062] 可对振动疲劳敏感区域的至少6个监测点进行相对误差分析，如果相对误差大于 6. 5%,对模型进行随机振动均方根加速度的修正，具体也可以是包括网格划分、约束条件 和界面处理等方式。修正过程中同时兼顾相应的模态特性参数，以保证模态振型、固有频率 和随机振动均方根加速度都与实测结果一致。
[0063] 修正后重新获取验证特性参数再次与实验特性参数比较，直至相对误差均小于或 等于对应误差阈值，最终得到的模型即为振动仿真模型。
[0064] 采用约束模态参数和振动载荷响应参数同时对振动仿真有限元模型验证，由于增 加了与寿命预测随机振动相同量级载荷的振动载荷响应特性验证，使验证得到的振动仿真 模型更接近于实际使用状态，提高了模型验证的准确性，在后续步骤中利用验证后的模型 进行寿命预测时，也可进一步提高测试准确性。
[0065] 可以理解，在其他实施例中，步骤S110和步骤S120中在建模及进行验证时，验证 特性参数和实验特性参数也可只包括约束模态特性参数，不包括随机振动响应特性参数。 [0066] 步骤S130 :根据振动仿真模型对微组装组件进行随机振动应力响应仿真分析，获 取微组装组件的振动疲劳危险点。
[0067] 在其中一个实施例中，步骤S130具体包括步骤31至步骤33。
[0068] 步骤31 :对微组装组件在随机振动载荷下的应力响应分布进行仿真，得到仿真结 果。
[0069] 具体可利用应力响应仿真分析方法对微组装组件在随机振动载荷下的应力响应 分布进行仿真，获取仿真结果。仿真结果具体可包括微组装组件各部位在随机振动载荷下 的等效应力等。
[0070] 步骤32 :提取安装于固定件的微组装组件振动开裂的历史失效数据。
[0071] 历史失效数据指安装于相同固定件的相同微组装组件在使用或试验考核中的振 动开裂数据，包括各相同微组装组件的开裂部位等信息。
[0072] 步骤33 :根据仿真结果及历史失效数据获取微组装组件的振动疲劳危险点。
[0073] 本实施例中将微组装组件在随机振动载荷下的等效应力最高的部位，以及历史失 效数据中微组装组件的开裂部位作为振动疲劳危险点。
[0074]步骤31至步骤33根据微组装组件在随机振动载荷下的应力响应分布进行仿真获 取的仿真结果，以及历史失效数据确定微组装组件的振动疲劳危险点，更准确定位了影响 微组装组件振动疲劳寿命的振动疲劳危险点，同样可进一步提高测试准确性。可以理解，在 其他实施例中，步骤S130中也可不提取历史失效数据，只根据仿真结果确定振动疲劳危险 点。
[0075]步骤S140 :提取振动疲劳危险点在随机振动载荷下的等效应力功率谱密度。
[0076]根据步骤S130中确定的振动疲劳危险点，提取微组装组件在随机振动载荷下振 动疲劳危险点的等效应力功率谱密度相应结果，即振动疲劳危险点的等效应力功率谱密度 频域数据，作为微组装组件振动疲劳寿命预测的载荷应力基础数据。
[0077]步骤S150 :对等效应力功率谱密度进行转换，得到循环应力时域数据。
[0078] 步骤Sl5〇包括步骤51和步骤52。
[0079]步骤51 :对等效应力功率谱密度进行傅立叶反变换，得到振动疲劳危险点响应的 等效应力时间历程数据。
[0080]利用根据傅立叶反变换原理对步骤S140中得到的等效应力功率谱密度进行转 换，实现振动疲劳危险点等效应力功率谱密度数据从频域到时域的转换，得到振动疲劳危 险点响应的等效应力时间历程数据。
[0081] 步骤52 :对等效应力时间历程数据进行排序，得到循环应力时域数据。
[0082] 可利用雨、流计数法将振动疲劳危险点的等效应力时间历程数据从不规则、随机的 载荷一时间历fe进行排序，转化成为一系列符合正太分布的循环应力和循环次数，作为微 组装组件振动疲劳寿命预测的载荷应力直接数据。
[0083]利用频域方法获取数据然后转换为时域数据进行振动疲劳寿命预测，避免了利用 时域法提取数据处理量大的问题，降低了测试成本。
[0084]、步骤S160 :获取振动疲劳危险点材料的s-N曲线，并根据s-N曲线和循环应力时 域数据计算振动疲劳危险点在随机振动载荷下的振动疲劳寿命。
[^085] , S-N曲线为以材料标准试件疲劳强度为纵坐标，以疲劳寿命的对数值为横坐标，表 不一定循环特征下标准试件的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的曲线，不同材料的标准试件 的S-N曲线不同。根据步骤S150中得到的循环应力时域数据，以及振动疲劳危险点对应的 S-N曲线可计算振动疲劳危险点在随机振动载荷下的振动疲劳寿命。
[0086]在其中一个实施例中，步骤S160包括步骤61至步骤63。
[0087]步骤61 :获取振动疲劳危险点材料的S_N曲线。
[0088]由于微组装组件在振动疲劳危险点处的材料是已知的，根据振动疲劳危险占的材 料可直接获取对应的S-N曲线。 ^ _9]步骤62 :棚循环应力时域数据和S_N曲线计算单一循环应力 占 的损伤增量。 m撒力她… _〇] fi设材料在单-觸酿力Si作用下，獅寿命次数为Ni (Si和Νι的关系即s_N 曲线）；在单-周期性应力s2作用下，循环寿命次数为n2。材料在应力Si侧下循环?次 (η! < N!)，又转移至在应力民作用下解％次（ri2 < n2)，……，如此不断地更变应力等级。 [0091]单一循环应力下振动疲劳危险点的损伤增量具体计算方式为：
[0092]
【权利要求】
1. 一种微组装组件振动疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤： 根据微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立振动仿真有限元模型， 并提取所述振动仿真有限元模型的验证特性参数； 获取所述微组装组件的实验特性参数，并根据所述实验特性参数和验证特性参数对所 述振动仿真有限元模型进行修正，得到振动仿真模型； 根据所述振动仿真模型对所述微组装组件进行随机振动应力响应仿真分析，获取所述 微组装组件的振动疲劳危险点； 提取所述振动疲劳危险点在随机振动载荷下的等效应力功率谱密度密度； 对所述等效应力功率谱密度进行转换，得到循环应力时域数据； 获取所述振动疲劳危险点材料的S-N曲线，并根据所述S-N曲线和循环应力时域数据 计算所述振动疲劳危险点在随机振动载荷下的振动疲劳寿命。
2. 根据权利要求1所述的微组装组件振动疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述验证 特性参数包括所述微组装组件的前八阶模态振型、前八阶固有频率和随机振动响应均方根 加速度；所述根据微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立振动仿真有限 元模型，并提取所述振动仿真有限元模型的验证特性参数的步骤，包括： 根据所述微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构建立对应的实体模型，并 根据所述实体模型建立所述振动仿真有限元模型； 根据所述振动仿真有限元模型对所述微组装组件的模态参数和随机振动响应特性进 行仿真，提取所述微组装组件的前八阶模态振型、前八阶固有频率和随机振动响应均方根 加速度。
3. 根据权利要求2所述的微组装组件振动疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述实验 特性参数包括所述微组装组件的前八阶模态振型、前八阶固有频率和随机振动响应均方根 加速度；所述获取所述微组装组件的实验特性参数，并根据所述实验特性参数和验证特性 参数对所述振动仿真有限元模型进行修正，得到振动仿真模型的步骤，包括： 模拟所述微组装组件安装于所述固定件的约束条件； 根据所述验证特性参数获取所述微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域； 对所述微组装组件预设的锤击点连续锤击预设次数，采集所述微组装组件的频率响应 函数； 根据所述频率响应函数分析并提取所述微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有 频率； 获取所述振动疲劳损伤敏感区域预设的监测点的加速度响应时域信号； 根据所述加速度响应时域信号计算对应所述监测点的均方根加速度功率谱密度； 根据所述均方根加速度功率谱密度计算对应所述监测点的随机振动均方根加速度； 判断所述验证特性参数与实验特性参数的相对误差是否小于或等于预设的对应误差 阈值；若否，则对所述振动仿真有限元模型进行修正，并重新获取所述验证特性参数再次进 行判断；若是，则得到所述振动仿真模型。
4. 根据权利要求1所述的微组装组件振动疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述根据 所述振动仿真模型对所述微组装组件进行随机振动应力响应仿真分析，获取所述微组装组 件的振动疲劳危险点的步骤，包括： 对所述微组装组件在随机振动载荷下的应力响应分布进行仿真，得到仿真结果； 提取安装于所述固定件的所述微组装组件振动开裂的历史失效数据； 根据所述仿真结果及历史失效数据获取所述微组装组件的振动疲劳危险点。
5. 根据权利要求1所述的微组装组件振动疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述对所 述等效应力功率谱密度进行转换，得到循环应力时域数据的步骤，包括： 对所述等效应力功率谱密度进行傅立叶反变换，得到所述振动疲劳危险点响应的等效 应力时间历程数据； 对所述等效应力时间历程数据进行排序，得到所述循环应力时域数据。
6. 根据权利要求1所述的微组装组件振动疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述获取 所述振动疲劳危险点材料的S-N曲线，并根据所述S-N曲线和循环应力时域数据计算所述 振动疲劳危险点在随机振动载荷下的振动疲劳寿命的步骤，包括： 获取所述振动疲劳危险点材料的S-N曲线； 根据所述循环应力时域数据和S-N曲线计算单一循环应力下所述振动疲劳危险点的 损伤增量； 根据各单一循环应力下所述振动疲劳危险点的损伤增量计算危险点累积损伤指数，并 当所述危险点累积损伤指数与预设的失效判断数据匹配时，获取所述振动疲劳危险点在随 机振动载荷下的振动疲劳寿命。
7. -种微组装组件振动疲劳寿命预测系统，其特征在于，包括： 建模模块，用于根据微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立振动仿 真有限元模型，并提取所述振动仿真有限元模型的验证特性参数； 修正模块，用于获取所述微组装组件的实验特性参数，并根据所述实验特性参数和验 证特性参数对所述振动仿真有限元模型进行修正，得到振动仿真模型； 仿真模块，用于根据所述振动仿真模型对所述微组装组件进行随机振动应力响应仿真 分析，获取所述微组装组件的振动疲劳危险点； 提取模块，用于提取所述振动疲劳危险点在随机振动载荷下的等效应力功率谱密度； 转换模块，用于对所述等效应力功率谱密度进行转换，得到循环应力时域数据； 处理模块，用于获取所述振动疲劳危险点材料的S-N曲线，并根据所述S-N曲线和循环 应力时域数据计算所述振动疲劳危险点在随机振动载荷下的振动疲劳寿命。
8. 根据权利要求7所述的微组装组件振动疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述验证 特性参数包括所述微组装组件的前八阶模态振型、前八阶固有频率和随机振动响应均方根 加速度；所述建模模块包括： 建模单元，用于根据所述微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构建立对应 的实体模型，并根据所述实体模型建立所述振动仿真有限元模型； 提取单元，用于根据所述振动仿真有限元模型对所述微组装组件的模态参数和随机振 动响应特性进行仿真，提取所述微组装组件的前八阶模态振型、前八阶固有频率和随机振 动响应均方根加速度。
9. 根据权利要求8所述的微组装组件振动疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述实验 特性参数包括所述微组装组件的前八阶模态振型、前八阶固有频率和随机振动响应均方根 加速度；所述修正模块包括： 模拟单元，用于模拟所述微组装组件安装于所述固定件的约束条件； 第一获取单元，用于根据所述验证特性参数获取所述微组装组件的振动疲劳损伤敏感 区域； 采集单元，用于对所述微组装组件预设的锤击点连续锤击预设次数，采集所述微组装 组件的频率响应函数； 第二获取单元，用于根据所述频率响应函数分析并提取所述微组装组件的前八阶模态 振型和前八阶固有频率； 第三获取单元，用于获取所述振动疲劳损伤敏感区域预设的监测点的加速度响应时域 信号； 第一计算单元，用于根据所述加速度响应时域信号计算对应所述监测点的均方根加速 度功率谱密度； 第二计算单元，用于根据所述均方根加速度功率谱密度计算对应所述监测点的随机振 动均方根加速度； 判断单元，用于判断所述验证特性参数与实验特性参数的相对误差是否小于或等于预 设的对应误差阈值；若否，则对所述振动仿真有限元模型进行修正，并重新获取所述验证特 性参数再次进行判断；若是，则得到所述振动仿真模型。
10.根据权利要求7所述的微组装组件振动疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述处理 模块包括： 第一处理单元，用于获取所述振动疲劳危险点材料的S-N曲线； 第二处理单元，用于根据所述循环应力时域数据和S-N曲线计算单一循环应力下所述 振动疲劳危险点的损伤增量； 第三处理单元，用于根据各单一循环应力下所述振动疲劳危险点的损伤增量计算危险 点累积损伤指数，并当所述危险点累积损伤指数与预设的失效判断数据匹配时，获取所述 振动疲劳危险点在随机振动载荷下的振动疲劳寿命。
【文档编号】G06F17/50GK104268335SQ201410491538
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】何小琦, 恩云飞, 周斌, 李勋平 申请人:工业和信息化部电子第五研究所