电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法

本发明涉及电连接器稳定性分析，具体为电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法。

背景技术：

1、电连接器主要依靠插孔的弹性力形成接触压力，通过机械插拔动作实现其电气连接与断开功能，因此插拔力和接触压力不仅是反映其操作性能的关键参数，同时也可间接反映电连接器的工作可靠性；若插拔力过大会导致接触件严重磨损，若插拔力过小则会导致不稳定接触，会影响连接的可靠性；其次，接触电阻也是电连接器电性能参数的重要指标，接触电阻的变化不仅可以反映电子元器件在复杂环境条件下的形变情况，还可以反映各种电接触形式的稳定性。

2、然而由于目前国内外针对电连接器的研究主要集中在微振动测试、失效形态、镀层厚度与接触磨损等领域，而对电连接器在插拔过程中插拔力、接触压力和接触电阻的变化，以及利用智能算法对接触压力与接触电阻关系的研究鲜有开展。

3、因此，不满足现有的需求，对此我们提出了电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，通过建立接触压力、分离力和接触电阻数学模型及ga-weibull模型和数值模型，将数值模型导入有限元仿真软件再进行插拔试验，将根据试验和仿真结果进行拟合，由此分析接触压力和接触电阻随插入深度的变化规律，揭示并修正两者拟合关系；结果表明接触压力和接触电阻仿真值和试验值的平均相对误差均低于5％，使得所建立的模型和试验方案具有较高的可靠性；且ga-weibull的平均绝对百分比误差低于理论公式拟合的平均绝对百分比误差，使其更好地修正了理论公式，对优化设计和提高电连接器适用性具有一定前景，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，包括以下步骤：

3、s1、关联分析前期，预先确定电连接器的插接方式，采用刚性插针插入插孔内部与冠簧中部收缩的区域接触，根据刚性插针与冠簧的实际接触情况将簧片简化为简支梁模型，并基于材料力学原理计算出冠簧的接触压力和分离力；

4、s2、关联分析中期，根据量子力学中的隧道效应，分析电连接器在插拔过程中接触件表面所产生的另外一种附加电阻，该附加电阻为膜层电阻；并基于膜层电阻和收缩电阻的串联关系，以此计算出接触电阻；

5、s3、建立三参数威布尔分布的累积概率分布函数，并基于电连接器插拔过程中接触电阻与接触压力之间的关系，建立改进的三参数威布尔容量衰减模型ga-weibul；

6、s4、建立电连接器的数值模型，并将电连接器的数值模型导入有限元仿真软件中，由此获得电连接器的插拔检测的仿真数据；选取电连接器样本，采用插拔试验机对电连接器样本进行插拔试验，并采用直流低电阻测试仪测量接触电阻并记录数据；

7、s5、选取接触压力与接触电阻的仿真数据和实验数据并分别进行拟合，由此得出电连接器在插拔过程中接触电阻随接触压力的变化规律。

8、进一步的，所述s1中基于材料力学原理计算出冠簧的接触压力和分离力,该冠簧的接触压力和分离力的理论计算公式分别为：

9、

10、

11、式中，p表示接触压力，e表示材料的弹性模量，f表示挠度，b表示横截面的宽度，h表示横截面的高度，l表示简支梁的跨度，fout表示分离力，n表示冠簧簧片数量，μ表示摩擦系数。

12、进一步的，所述s2中膜层电阻和收缩电阻为串联关系，因此膜层电阻和收缩电阻的总和是接触件的总电阻，该总电阻为接触电阻，基于该接触电阻理论得出计算公式为：

13、

14、式中，r表示接触电阻，rm表示膜层电阻，rs表示收缩电阻，ρ表示接触件材料的电阻率，h表示接触件材料的硬度，ξ表示变形系数，p表示接触点的接触压力。

15、进一步的，所述s3中建立三参数威布尔分布的累积概率分布函数为：

16、

17、式中，m表示形状参数，η表示尺度参数，t0表示位置参数，t表示时间。

18、进一步的，所述s3中建立改进的三参数威布尔容量衰减模型ga-weibull，令f(t)＝1-r(p)/d0，则该模型可以表示为：

19、

20、式中，r(p)为接触电阻随着接触电压的变化值，d0、m、η和p0分别为函数的初始容量、形状参数、尺度参数和位置参数。

21、进一步的，所述s3中建立改进的三参数威布尔容量衰减模型ga-weibul的同时，还包括：通过最小二乘法lsm-weibull采用右逼近法来计算公式(5)中的三个参数值，三参数威布尔模型有d0、m、η和p0四个待求参数，使用ga对三参数威布尔模型的参数以模型的决定系数r2最大和均方根误差rmse最小为目标进行寻优，直到达到迭代上限，最后得到最优参数估计值。

22、进一步的，所述s4中采用插拔试验机对电连接器样本进行插拔力检测，具体为：

23、首先使用标准针进行插拔力检测，标准针头部尺寸为φ14.45[0，-0.005]mm，插入深度为18mm，插针移动速度为50mm/min，规定插拔力在25～45n之间；再使用实际针进行插拔力检测，实际针头部尺寸为φ14.50[+0.05，-0.05]mm，插入深度18mm，移动速度也为50mm/min。

24、进一步的，所述s4中插拔试验机的量程为0～50kgf，精度为0.05％fs，插拔力稳定值的范围为25～45n。

25、进一步的，所述s5中接触压力与接触电阻的进程和回程数据基本一致，因此只取用进程数据进行拟合。

26、进一步的，所述s5中试验数据与仿真数据的吻合度与描述接触电阻与接触压力关系的明确性成正比。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、本发明，通过建立接触压力、分离力和接触电阻数学模型以及ga-weibull模型和电连接器的数值模型，并将数值模型导入有限元仿真软件中，再采用插拔试验机和直流低电阻测试仪进行插拔试验，最后将根据试验和仿真结果进行拟合，由此探究分析接触压力和接触电阻随插入深度的变化规律，从而揭示并修正接触电阻与接触压力的拟合关系；结果表明：接触压力、分离力和接触电阻的仿真值和试验值的平均相对误差均低于5％，使得所建立的模型和试验方案具有较高的可靠性；且ga-weibull的平均绝对百分比误差低于理论公式拟合的平均绝对百分比误差，使得所提出的ga-weibull拟合公式很好地修正了理论公式，上述分析方法对优化设计和提高其他电连接器的适用性具有一定前景。

技术特征：

1.电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，其特征在于：所述s1中基于材料力学原理计算出冠簧的接触压力和分离力,该冠簧的接触压力和分离力的理论计算公式分别为：

3.根据权利要求1所述的电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，其特征在于：所述s2中膜层电阻和收缩电阻为串联关系，因此膜层电阻和收缩电阻的总和是接触件的总电阻，该总电阻为接触电阻，基于该接触电阻理论得出计算公式为：

4.根据权利要求1所述的电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，其特征在于：所述s3中建立三参数威布尔分布的累积概率分布函数为：

5.根据权利要求1所述的电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，其特征在于：所述s3中建立改进的三参数威布尔容量衰减模型ga-weibull,令f(t)＝1-r(p)/d0，则该模型可以表示为:

6.根据权利要求5所述的电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，其特征在于：所述s3中建立改进的三参数威布尔容量衰减模型ga-weibul的同时，还包括：通过最小二乘法lsm-weibull采用右逼近法来计算公式(5)中的三个参数值，三参数威布尔模型有d0、m、η和p0四个待求参数，使用ga对三参数威布尔模型的参数以模型的决定系数r2最大和均方根误差rmse最小为目标进行寻优，直到达到迭代上限，最后得到最优参数估计值。

7.根据权利要求1所述的电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，其特征在于：所述s4中采用插拔试验机对电连接器样本进行插拔力检测，具体为：

8.根据权利要求1所述的电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，其特征在于：所述s4中插拔试验机的量程为0～50kgf，精度为0.05％fs，插拔力稳定值的范围为25～45n。

9.根据权利要求1所述的电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，其特征在于：所述s5中接触压力与接触电阻的进程和回程数据基本一致，因此只取用进程数据进行拟合。

10.根据权利要求1所述的电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，其特征在于：所述s5中试验数据与仿真数据的吻合度与描述接触电阻与接触压力关系的明确性成正比。

技术总结
本发明公开了电连接器的接触压力与接触电阻关联分析方法，属于电连接器稳定性分析技术领域。本发明解决了现有缺少对电连接器接触压力与接触电阻关联分析的问题，通过建立接触压力、分离力和接触电阻数学模型及GA‑Weibull模型和数值模型，将数值模型导入有限元仿真软件再进行插拔试验，将根据试验和仿真结果进行拟合，由此分析接触压力和接触电阻随插入深度的变化规律，揭示并修正两者拟合关系；结果表明接触压力和接触电阻仿真值和试验值的平均相对误差均低于5％，使得所建立的模型和试验方案具有较高的可靠性；且GA‑Weibull的平均绝对百分比误差低于理论公式拟合的平均绝对百分比误差，使其更好地修正了理论公式，对优化设计和提高电连接器适用性具有一定前景。

技术研发人员：张建平
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11