本发明涉及民用运输类飞机电子产品的振动故障分析领域，具体是采用计算机技术确定防滑刹车控制装置振动薄弱环节的方法。
背景技术：
：防滑刹车控制装置是飞机刹车系统中的电子产品。防滑刹车控制装置的工作原理是，接收机轮速度传感器传输的机轮转速变化电信号，根据该电信号进行着陆防滑刹车过程中的刹车压力控制，能够完成正常着落防滑刹车控制，起飞线刹车控制，轮间保护压力控制，主机轮接地保护控制，起落架收上后的机轮止转刹车各种控制功能。防滑刹车控制装置在使用过程中承受振动应力，存在振动薄弱环节的条件下，就会发生振动引起的故障。通过计算确定防滑刹车控制装置的振动薄弱环节，目的是针对振动薄弱环节制定设计改进措施，改进进行到消除振动薄弱环节为止。国内外为了确定电子产品的振动薄弱环节，开发了相应的技术。国外现状：国外采用下列技术确定电子产品的振动薄弱环节：1)按照美国通用汽车公司颁布的标准GMW8287《高加速寿命、高加速应力筛选和抽检》进行振动步进试验，确定振动薄弱环节；2)按照MIL-STD-2164《电子设备环境应力筛选》标准进行元器件筛选，筛选过程中出现振动故障的元器件作为振动薄弱环节；3)按照MIL-STD-781《产品研制，鉴定和生产中的可靠性试验》进行可靠性试验，将试验中出现振动故障的元器件作为振动薄弱环节；4)采用计算的方法确定电子产品的振动薄弱环节；5)采用MIL-STD-217F《电子产品可靠性预计》确定薄弱环节，预计过程中采用指数分布。上述方法虽然可以确定一部分电子产品的振动薄弱环节；但存在下列不足：1)高加速寿命试验是破坏性试验，整机进行高加速寿命试验确定振动薄弱环节代价太高，费用太大；2)环境应力筛选是一种低应力试验，在环境应力筛选中出现振动故障的元器件，其原因有：制造质量低、凝露引起的短路、振动损伤；不能肯定是振动薄弱环节；3)可靠性试验中出现振动故障的元器件，其原因有：制造质量低、振动损伤；不能肯定是振动薄弱环节；4)采用计算的方法确定振动薄弱环节，对计算模型的修正不足，计算精度差；5)采用MIL-STD-217F《电子产品可靠性预计》确定薄弱环节，预计过程中采用指数分布，在申请号为201610373390.6的发明创造中公开了一种确定防滑刹车控制装置振动故障分布的方法，该方法证明元器件的故障不服从指数分布，在这种条件下进行故障预计，预计结果会产生不符合实际的结果国内现状：受国外电子产品研制技术的影响，国内电子产品也采用下列技术确定电子产品的振动薄弱环节：1)按照美国通用汽车公司颁布的标准GMW8287《高加速寿命、高加速应力筛选和抽检》采用高加速寿命试验的方法进行振动步进试验，将试验中出现振动故障的元器件作为振动薄弱环节；2)按照GJB1032《电子设备环境应力筛选》标准进行元器件筛选，筛选过程中出现振动故障的元器件作为振动薄弱环节；3)按照GJB899《可靠性鉴定和验收试验》进行可靠性试验，将试验中出现振动故障的元器件作为振动薄弱环节；4)采用计算的方法确定电子产品的振动薄弱环节；5)采用GJB299C《电子产品可靠性预计》预计振动薄弱环节；6)ZL201110310884.7公开的确定飞机防滑刹车控制盒振动工作应力极限的方法中，采用可靠性强化试验设备确定了模拟电路防滑刹车控制盒的振动工作极限；7)ZL201310169895.7公开的一种防滑刹车控制盒振动破坏极限测试的方法中，采用三综合试验设备确定了数字电路防滑刹车控制盒的振动破坏极限；国内采用的上述技术虽然可以发现一部分电子产品的振动薄弱环节，但同样存在下列不足：1)高加速寿命试验是破坏性试验，整机进行高加速寿命试验确定振动薄弱环节代价太高，一套防滑刹车控制装置的售价100万元，用费太大；2)在环境应力筛选中出现振动故障的元器件，其原因有：制造质量低、凝露引起的短路，振动损伤，不能肯定是振动薄弱环节；3)可靠性试验中出现振动故障的元器件，其原因有：制造质量低、凝露引起的短路，振动损伤，不能肯定是振动薄弱环节；4)采用计算的方法确定振动薄弱环节，对计算模型的修正不足，计算精度差；5)采用GJB299C《电子产品可靠性预计》确定薄弱环节，预计过程中采用指数分布。在申请号为201610373390.6的发明创造中提出了一种确定防滑刹车控制装置振动故障分布的方法。该方法采用威布尔分布抽取一组固态继电器的振动故障数据进行分析，分析结果该组故障数据服从形状参数m＝3.569，尺度参数t0＝2.6828×1016的威布尔分布，当采用指数分布进行故障率计算时，产生大于103的误差。发明201610373390.6证明了现有技术的不足。6)ZL201110310884.7的目的是确定模拟电路防滑刹车控制盒性能超差的振动工作极限，该试验具有破坏性，试验结束后可以更换损伤元器件修复产品。虽然可以根据试验过程分析振动薄弱环节，但是一次试验投入2套防滑刹车控制盒经济损失就是50万元，试验费用30万元。而且2套数量少，确定振动薄弱环节的精度低；该发明中的防滑刹车控制盒即防滑刹车控制装置。7)ZL201310169895.7的目的是确定数字电路防滑刹车控制盒的振动破坏极限，这是一种破坏性试验，试验结束后修复产品已经没有经济价值。虽然可以根据试验过程分析振动薄弱环节，但是一次试验投入2套防滑刹车控制盒经济损失就是200万元。而且2套数量太少，确定低温薄弱环节的精度低。该发明中的防滑刹车控制盒即防滑刹车控制装置。技术实现要素：为克服现有技术中存在的试验时间长、费用高、资金消耗大，计算精度低的缺点，本发明提出一种确定防滑刹车控制装置振动薄弱环节的方法。本发明的具体过程是：步骤1，确定该防滑刹车控制装置振动薄弱环节计算的条件：第一步：确定计算中施加的振动量值。定计算过程中施加的振动量值为：10Grms～20Grms。第二步，确定计算中的激振位置。确定控制板和记录板的激振位置为该控制板均与记录板与壳体相连的螺钉安装部位。第三步，确定计算中的激振方向。确定激振方向为垂直于控制板和记录板的方向。第四步，确定计算中的振动谱型。确定计算中的振动谱型为HB5830.5宽带随机振动谱。第五步，确定电路板的约束位置和约束方向。确定电路板的约束位置为螺钉位置；约束方向为三个平动自由度、三个转动自由度的约束条件。步骤2，确定该防滑刹车控制装置的振动模型：第一步，建立该防滑刹车控制装置的三维几何图形。建立该防滑刹车控制装置的三维几何图形。第二步，修改三维几何图形。根据有限元建模需求，按照下列规则修改防滑刹车控制装置的三维几何图形；所述的规则是：去掉直径小于1mm的孔；去掉厚度小于0.5mm的凸台；去掉半径小于1mm的的圆角；将小于等于2g部件的重量加在电路板上，质量大于2g的部件进行建模及重量设置，使该防滑刹车控制装置的重量不变；元器件采用等质量、等体积的质量块替代。第三步，设置该防滑刹车控制装置的参数：所述设置的参数包括：设置防滑刹车控制装置壳体为铝材料；设置防滑刹车控制装置电路板的材料为FR4环氧玻璃纤维板。元器件的封装汇总。所述元器件的封装汇总包括塑料封装、金属封装和陶瓷封装。第四步，有限元网格划分：采用扫掠完成防滑刹车控制装置的网格划分，对壳体进行单独划分，对二块电路板进行单元大小控制，对各模块进行区域划分，对元器件进行单独划分。步骤3，修正该防滑刹车控制装置的振动模型：模态误差计算的公式：计算模态误差δ＝[(计算模态-测试模态)/计算模态]％，模态的量纲为Hz。控制板一阶模态误差计算：(215-212)/215＝1.4％；控制板二阶模态误差计算：(301-295)/301＝2％；记录板一阶模态误差计算：(224-221)/224＝1.3％；记录板二阶模态误差计算：(318-313)/318＝1.6％；步骤4，确定各电路板的谐振频率和最大振型位置：依次确定控制板的谐振频率与最大振型位置和记录板的谐振频率与最大振型位置。分别得到该控制板的一阶谐振频率、二阶谐振频率和三阶谐振频率和记录板的一阶谐振频率、二阶谐振频率和三阶谐振频率。步骤5，确定电路板随机振动的加速度响应数值：得到电路板的一阶谐振频率、二阶谐振频率和三阶谐振频率。步骤6，确定随机振动位移响应数据：分别得到整机、控制板和记录板的位移最大值。步骤7，确定振动薄弱环节：根据该防滑刹车控制装置使用中的振动量值范围和计算结果确定振动薄弱环节。根据得到的所述到整机、控制板和记录板的随机振动的加速度响应数据以及防滑刹车控制装置随机振动位移响应数值，确定振动薄弱环节。若加速度响应数值超出使用中最大量值，且位移最大的部位为振动薄弱环节。当存在振动薄弱环节时应进行设计改进。至此，采用计算机技术确定了该防滑刹车控制装置的振动薄弱环节，所确定的振动薄弱环节作为设计改进依据。所述步骤4～步骤6中确定控制板的谐振频率和最大振型位置的过程为：a、在各安装螺钉的位置输入激励信号，b、确定模态分析阶数：三阶；c、输入激振位置。激振位置在该防滑刹车控制装置壳体的螺钉安装部位；激振方向为垂直控制板的方向；且在各螺钉安装部位同时激振；d、点击运行程序。所述激励信号的振动量值：10Grms～20Grms；频率范围：20Hz～2000Hz；频响分析步长：20Hz；振动谱型HB5830.5宽带随机振动谱。本发明通过计算机技术确定防滑刹车控制装置振动薄弱环节的方法，依据所确定的振动薄弱环节，提出设计改进建议。本发明具有能源消耗低，且节约防滑刹车控制装置的试验样件，具有显著的节能降耗效果。本发明的技术方案依据下列防滑刹车控制装置的振动故障原因制定：1)在振动条件下焊点开裂；2)在振动条件下管脚断裂；3)在振动条件下电路板松动；4)在振动条件下器件损伤。根据故障原因制定下列确定防滑刹车控制装置薄弱环节的技术方案：1)在计算机中输入的振动量值范围由实测确定；2)激振方向为电路板产生最大位移的方向；3)采用随机振动谱；4)根据防滑刹车控制装置在飞机上的安装状态，采用六自由度全约束；5)振动薄弱环节的判据：加速度响应量值超出使用中最大的量值，该部位就确定为振动薄弱环节。与现有技术相比，本发明的实施效果为：采用计算机技术确定该防滑刹车控制装置的振动薄弱环节，和现有技术相比具有节约试验时间、节省经费开支、降低能源消耗的效果。具体的实施效果的有：1)在申请号为201610373390.6的发明创造中提出了一种确定防滑刹车控制装置振动故障分布的方法。该方法在理论上证明电子元器件的振动故障服从形状参数为3.569的威布尔分布，不服从指数分布，分析结果为本发明提供了振动故障分析的威布尔模型，证明现技术采用指数分布预计振动故障率存在107的误差。所以本发明在确定振动薄弱环节的过程中采用形状参数为3.569的威布尔分布。申请号为201610585004.X的发明创造中公开了防滑刹车控制装置振动响应的测试方法，该方法采用二角悬挂、四角悬挂电路板的力锤激振方法，还采用在5Grms、10Grms、15Grms、20Grms、25Grms振动量值上实测质量大于3g所有元器件的振动响应，修正防滑刹车控制装置的振动模型，本发明采用该发明修正的振动模型确定振动薄弱环节，克服了现有技术精度低的缺点。2)具有节约试验时间的效果，采用高加速寿命试验确定振动薄弱环节需要7天，采用本发明技术仅需1天时间。3)具有节约试验样件费用的效果，一套防滑刹车控制装置价值百万，进行高加速寿命试验虽然可以确定振动薄弱环节，但试验结束后该防滑刹车控制装置发生振动损伤报废；采用计算机技术就不存在消耗试验样件的问题。4)具有节约试验经费的效果，高加速寿命试验每小时的费用是1500元，7天的试验费用支出是：7天×8h/每天×1500元/h＝84000元，采用计算机就不需要支出这笔费用。5)具有降低能源消耗的效果，高加速寿命试验中的振动步进试验功耗为120千瓦，能源消耗大；计算机的功耗为100瓦。6)本发明实测电路板各点的振动响应，不损坏防滑刹车控制装置，目的是提高振动模型的计算精度。本发明和现有技术实施效果的综合比较：1)和环境应力筛选的效果比较：环境应力筛选是100％进行筛选，筛选中未出现故障的防滑刹车控制装置可以出厂，发生故障的不能出厂；采用计算的方法可以在研制过程中发现和排除振动薄弱环节，提高了产品研制质量；2)每套防滑刹车控制装置振动计算和环境应力筛选的时间、费用比较：环境应力筛选费用80h×500元/h＝40000元；计算机进行振动薄弱环节计算费用：15h×100/h＝1500元；3)和可靠性试验的时间、费用比较；根据GJB899A第21方案，当防滑刹车控制装置的MTBF为3000h时，试验时间为3300h，试验费用为：3300h×500元/h＝1650000元；计算机进行振动薄弱环节计算的费用：15h×150/h＝1500元；4)和现有计算技术的精度比较；现有技术修正后的振动计算一阶精度为10％，误差大；本发明采用申请号为201610585004.X中公开的防滑刹车控制装置振动响应的测试方法修正的模型，使振动薄弱环节计算误差小于5％。具体实施方式本实施例以一种民用运输机防滑刹车控制装置为例。由飞机提供电源，接收机轮转速变化量电信号，进行防滑刹车压力控制。该防滑刹车控制装置能够完成正常着落防滑刹车控制，轮间保护，接地保护，飞机起飞后的机轮止转刹车功能。所述防滑刹车控制装置中安装有控制板、记录板，共二块电路板。分析对象是采用软件建立的该防滑刹车控制装置的振动模型。本实施例需要的计算条件为：1采用的软件：1)绘制三维几何图形软件：CITIAV5R18；2)建模软件：Hypermesh/10.0；3)分析软件：NASTRAN2008r1；。2输入的环境条件：室温；3模态分析阶数：三阶；4分析频率范围：20Hz～2000Hz；5频响分析步长：20Hz；步骤1，确定该防滑刹车控制装置振动薄弱环节计算的条件。第一步：确定计算中施加的振动量值。根据实测，该防滑刹车控制装置的最大振动量值为20Grms，最小为10Grms。确定计算过程中输入的振动量值为：10Grms～20Grms。第二步，确定计算中的激振位置。防滑刹车控制装置的控制板和记录板都通过分布在四个角上的螺钉与壳体相连。确定激振位置为控制板、记录板的螺钉安装部位。第三步，确定计算中的激振方向。在振动条件下，垂直于电路板的方向位移最大，激发故障的效果好，确定激振方向为垂直于控制板和记录板的方向。第四步，确定计算中的振动谱型。确定计算中的振动谱型为HB5830.5宽带随机振动谱。第五步，确定电路板的约束位置和约束方向确定电路板的约束位置为螺钉位置；约束方向为三个平动自由度、三个转动自由度的约束条件。步骤2，确定该防滑刹车控制装置的振动模型。第一步，建立该防滑刹车控制装置的三维几何图形依据该防滑刹车控制装置的图纸、元器件清单、元器件手册中的图形尺寸，采用CITIAV5R18建立该防滑刹车控制装置的三维几何图形。第二步，修改三维几何图形根据有限元建模需求，按照下列规则修改防滑刹车控制装置的三维几何图形：1)去掉直径小于1mm的孔；2)去掉厚度小于0.5mm的凸台；3)去掉半径小于1mm的的圆角；4)将小于等于2g部件的重量加在电路板上，质量大于2g的部件进行建模及重量设置，使该防滑刹车控制装置的重量不变；5)元器件采用等质量、等体积的质量块替代。第三步，设置该防滑刹车控制装置的参数：1)设置防滑刹车控制装置壳体为铝材料；2)设置防滑刹车控制装置电路板的材料为FR4环氧玻璃纤维板。3)元器件的封装汇总下列三种：a)塑料封装；b)金属封装；c)陶瓷封装。第四步，有限元网格划分首先采用扫掠完成防滑刹车控制装置的网格划分；其次对壳体进行单独划分；然后对二块电路板进行单元大小控制；然后对各模块进行区域划分；最后对元器件进行单独划分。最终得到的网格数量为119437，网格质量检验采用Hypermesh中自带算法点击完成。步骤3，修正该防滑刹车控制装置的振动模型在申请号为201610585004.X的发明创造中公开了一种防滑刹车控制装置振动响应的测试方法。该方法完成了防滑刹车控制装置的振动模型修正，本发明引用发明201610585004.X的修正结果为：模态误差计算的公式：计算模态误差δ＝[(计算模态-测试模态)/计算模态]％，模态数值用频率表示。控制板一阶模态误差计算：(215-212)/215＝1.4％；控制板二阶模态误差计算：(301-295)/301＝2％；记录板一阶模态误差计算：(224-221)/224＝1.3％；记录板二阶模态误差计算：(318-313)/318＝1.6％；发明201610585004.X的计算误差控制计算误差小于3％，满足本发明的精度要求。步骤4，确定各电路板的谐振频率和最大振型位置防滑刹车控制装置的控制板或记录板任意一块发生故障，防滑刹车控制装置都丧失功能。防滑刹车控制装置振动分析的重点是控制板和记录板。采用经过步骤3修正的防滑刹车控制装置振动模型来确定控制板或记录板的谐振频率和最大振型位置。第一步，确定控制板的谐振频率和最大振型位置。确定控制板的谐振频率和最大振型位置的过程为：1、在控制板安装螺钉的位置输入激励信号，激励信号的振动量值：10Grms～20Grms；频率范围：20Hz～2000Hz；频响分析步长：20Hz；振动谱型HB5830.5宽带随机振动谱。2、确定模态分析阶数：三阶；3、输入激振位置。激振位置在该防滑刹车控制装置壳体的螺钉安装部位；激振方向为垂直控制板的方向；且在四个螺钉安装部位同时激振；4、点击控制板运行程序，得到表1：表1控制板谐振频率和振型最大位置数据汇总表阶数谐振频率(Hz)振型最大位置分析说明一阶212控制板中上部一阶谐振二阶295控制板中上部二阶谐振三阶365控制板中上部三阶谐振第二步，确定记录板的谐振频率和最大振型位置。确定记录板的谐振频率和最大振型位置的过程为：1、输入振动量值。振动量值为10Grms～20Grms；频率范围为20Hz～2000Hz；频响分析步长为20Hz；振动谱型HB5830.5宽带随机振动谱。2、确定模态分析阶数为三阶；3、输入激振位置。激振位置在该防滑刹车控制装置壳体的螺钉安装部位；激振方向为垂直记录板的方向；且在四个螺钉安装部位同时激振；4、点击记录板运行程序，得到表2：表2记录板谐振频率和振型最大位置数据汇总表阶数谐振频率(Hz)振型最大位置分析说明一阶212控制板中上部一阶谐振二阶295控制板中上部二阶谐振三阶365控制板中上部三阶谐振步骤5，确定电路板随机振动的加速度响应数值。确定防滑刹车控制装置电路板加速度响应数值的过程为：1)输入振动量值：10Grms～20Grms；频率范围：20Hz～2000Hz；频响分析步长：20Hz；振动谱型HB5830.5宽带随机振动谱。2)模态分析阶数：一阶；3)输入激振位置：在该防滑刹车控制装置壳体的螺钉安装部位；激振方向为垂直控制板、记录板的方向；且在每块板四个螺钉安装部位同时激振；4)点击运行程序，得到表3：表3随机振动的加速度响应数据汇总表名称一阶频率，HzGrms最大分析说明整机81027控制板安装位置控制板21527固态继电器安装位置记录板22421三极管安装位置步骤6，确定随机振动位移响应数据。确定防滑刹车控制装置随机振动位移响应数值的过程为：1)输入振动量值。振动量值为10Grms～20Grms；频率范围为20Hz～2000Hz；频响分析步长为20Hz；振动谱型HB5830.5宽带随机振动谱。2)确定模态分析阶数为一阶；3)输入激振位置。激振位置在该防滑刹车控制装置壳体的螺钉安装部位；激振方向为垂直控制板、记录板的方向；且在每块板四个螺钉安装部位同时激振；4)点击运行程序，得到表4：表4防滑刹车控制装置随机振动位移响应数值汇总步骤7，确定振动薄弱环节根据该防滑刹车控制装置使用中的振动量值范围和计算结果确定振动薄弱环节。实测得到使用中该防滑刹车控制装置的振动量值范围是10Grms～20Grms；频率范围是20Hz～2000Hz。采用201610585004.X中公开的防滑刹车控制装置振动响应的测试方法，修正振动计算模型并进行计算，得到表3和表4计算数据，在激励信号的作用下，控制板的一阶频率为215Hz时，该控制板的加速度最大响应为27Grms；在最大加速度响应的条件下，控制板的最大位移为0.0327mm。控制板的加速度最大响应为27Grms已经超出了设计范围，且在最大加速度的条件下，控制板的最大位移为0.0327mm。因此确定控制板为振动薄弱环节，薄弱环节的位置是固态继电器安装位置，该薄弱环节在使用中会发生振动故障，需进行设计改进消除薄弱环节。至此，采用计算机技术确定了该防滑刹车控制装置的振动薄弱环节，所确定的振动薄弱环节作为设计改进依据。当前第1页1 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