ЗащитаСИВТЛАотмеханическихвоздействий

Механические воздействия представляют серьезную опасность, главным образом, для транспортируемых СИВТ ЛА. По степени стойкости к механическим воздействиям СИВТ ЛА подразделяют на вибро- и (или) ударопрочные и вибро- и (или) ударостойкие. В первом случае СИВТ ЛА должные выдерживать механические воздействия (в заданном диапазоне частот и ускорений) в неработающем (выключенном) состоянии, а после включения – нормально работать. Во втором случае СИВТ ЛА должны исправно функционировать при тех или иных заданных механических воздействиях. Считается, что из всех видов механических воздействий вибрации чаще других являются причиной отказов транспортируемых СИВТ ЛА. Поэтому для таких СИВТ ЛА проводят анализ устойчивости конструкции к действию вибрационных нагрузок, характеристики которых указаны в ТЗ. В основе такого анализа лежит представление конструкции СИВТ ЛА в виде колебательной системы. Сущность такого подхода рассмотрим на примере воздействия вибраций на плату, закрепленную с двух сторон (рис.3.1).

 

 

Рис.3.1.Колебанияплатыподвоздействиемвибраций

 

 

Под действием распределенной массы m точка О отклонится от горизонтали на величину ZСТ   = mg/k, где k – жесткость платы.

Если кратковременно воздействовать на точку О (например, опустить ее вниз), то под действием инерционных и упругих сил         возникнет колебательное движение, совершаемое без воздействия внешних сил. Такие колебания называются свободными (собственными) и характеризуются частотой (без учета демпфирования)

 

ω0  =

 

k   m

 

.

 

Вследствие демпфирования (т.е. поглощения механических колебаний за счет

 

трения волокон в материале платы) колебания будут затухающими. Эквивалентная схема колебательной системы, состоящая из инерционного элемента массой m, спиральной пружины жесткостью k и демпфера с коэффициентом демпфирования r приведена на рис. 3.2. Для простоты будем считать, что вибрации воздействуют на плату от внешнего источника через узлы крепления в направлении оси Z. Амплитуду внешних воздействий

обозначим как АВ, а частоту - ωВ  . В системе с одной степенью свободы внешней силе F(t) в каждый момент                    времени    будут противодействовать силы инерции массы Fm, жесткости Fk  и демпфирования Fr:

 

 

F(t) = Fm   + Fr   + Fk,     (3.1)

 

Fm   =   m   dt z  , Fr   =   r

 

dz

dt

 

Fk   = k z.

 

Внешнюю силу обычно представляют как F(t) = F0sin ωВt

 

 

В установившемся режиме под воздействием внешней гармонической силы все

 

точки конструкции совершают в направлении оси Z вынужденные колебания с частотой внешних воздействий – ωВ. Для определения амплитуды точки О (А0) при вынужденных колебаниях необходимо решить уравнение (3.1). На рис. 3.3                     приведены примерные решения уравнения (3.1) в виде графиков, показывающих зависимость отношения амплитуд А0   /АВ  и отношения частот ωВ /ω0  при различных значениях коэффициента относительного затухания D, определяемого как

 

 

 

D =

 

r
2	mk

 

.

 

 

Из графиков следует, что при ωВ ≈ ω0 амплитуда А0  может во много раз превышать АВ.

Это      явление      называют механическим             резонансом. Чрезмерное возрастание амплитуды Ао       может привести к отрыву навесных компонентов, соударению соседних плат и другим дефектам.

Как следует из графиков, уменьшить амплитуду Ао                      можно следующими путями:

- уменьшить ω0; - уменьшить AВ; - увеличить ω0; - увеличить D.

Первый   путь    обычно малопреемлем, так как ведет к снижению                  жесткости  платы, а остальные         три            широко

Рис.3.3. Графики зависимости отношений А0/АВ  и ωВ  /ω0 при различных значениях D:

D = 0 (1); D = 0,01 (2); D = 0,1 (3); D = 0,5 (4) Если между источником вибраций и

используются.

 

 

СИВТ ЛА установить виброизоляторы

 

(прежнее название – амортизаторы), то можно аналогичные графики построить для определения амплитуды опорных точек N (при условии жесткости корпуса). Из графиков следует, что если выбрать виброизоляторы с собственной частотой много меньше ωВ, то амплитуда колебаний точки N будет меньше АВ. Применяемые схемы установки СИВТ ЛА на виброизоляторы показаны на рис. 3.4.

 

Рис. 3.4. Схемы установки СИВТ ЛА на виброизоляторы

 

Увеличение ω0 добиваются повышением жесткости конструкций (изменением материала, увеличением толщины, введением ребер жесткости и т.д.).

Методы, направленные на преимущественное увеличение показателя D (без существенного изменения     жесткости), называют демпфированием. Примеры демпфирования приведены на рис. 3.5 и 3.6.

 

 

Рис. 3.5. Заливка вибропоглощающим

 

пенополиуретаном:

 

1,2 – ЭРЭ; 3 – пенополиуретан; 4 – плата

Рис. 3.6. Демпфирование плат:

 

1– конструкционный материал;

 

2–вибропоглощающий материал

 

 

В качестве демпфирующих материалов обычно используют полимеры, способные

 

рассеивать большое количество энергии при растяжении, изгибе или сдвиге за счет упругих свойств.

Каждый из рассмотренных способов имеет свои относительные достоинства и недостатки. Так например, виброизоляторы обычно имеют одну степень свободы, их применение может отрицательно сказываться на массо – габаритных характеристиках, заливка - ухудшает теплоотвод от залитых элементов, усложняет ремонт, свойства многих полимеров зависят от температуры, радиации и т.д.

В общем случае колебательная система обладает не одной (как было рассмотрено), а - шестью степенями свободы (три для линейных перемещений и три – для угловых). Тогда уравнение (3.1) примет вид

M(t) = Mm   + Mr   + Mk,

 

где Mm  – матрица коэффициентов инерции (масс); M r  - матрица коэффициентов демпфирования; Mk  - матрица сил упругости; M(t) - n -мерный вектор-столбец обобщенных возмущающих сил.

Для защиты от ударных воздействий могут также применяться амортизаторы. Но, в отличие от вибрационных нагрузок, в этом случае преимущественно применяют высокочастотные амортизаторы. Основной способ защиты от ударов, как и от линейных ускорений – повышение прочности конструкции.