КРЭС лаб раб 2006_ (КРЭС лаб раб 2006), страница 6
Описание файла
PDF-файл из архива "КРЭС лаб раб 2006", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "основы конструирования и технологии приборостроения радиоэлектронных средств (окитпрэс)" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "основы конструирования и технологии рэс" в общих файлах.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 6 страницы из PDF
, ммВысота ребра hy , ммШирина ребра bx, ммШирина ребра by , мм11. Оптимизацию закончить, когда дальнейшее изменение невозможнолибо по технологическим ограничениям, либо из-за недопустимогоуменьшения f0 , либо если это не дает выигрыша по массе при допустимомзначении f0.12.
Для окончательного варианта ФЯ выполнить эскиз с указанием всехразмеров. Рассчитать количественный выигрыш в массе и объемеконструкции ФЯ.13. Оформить отчет по работе и представить его к защите.40Таблица 3.4Номершагаf0mфяГцкгVфя b1, b2 b3, b5 b4 b6, b7 h1, h4 h2, h3 h5см3 (hпл) (hx) (hy) (bx) (by) (nx) (ny)12…Таблица 3.5НомершагаQb1,b2 Qb3,Qb5 Qb4 Qb6,Qb7 Qh1,Qh4 Qh2,Qh3 Qh5(Qhпл) (Qhx) (Qhy) (Qbx) (Qby) (Qnx) (Qny)12…Содержание отчета1. Цель и задачи лабораторной работы.2. Исходные данные для оптимизации конструкции ФЯ и исследованиязависимости f0 от параметров конструкции.3. Таблицы оптимизации конструкции ФЯ.4. Количественный выигрыш в массе и объеме, полученный врезультате оптимизации.5. Эскизы исходного и оптимального варианта ФЯ с указаниемразмеров.6.
Графики зависимости f0 и mфя от варьируемых параметров ФЯ.7. Анализ полученных результатов и выводы.Контрольные вопросы1. Как оценивается вибропрочность конструкции ФЯ?2. Какие конструктивные параметры оказывают заметное влияние начастоту собственных колебаний и массу ФЯ?3. Как производится оптимизация конструкции ФЯ по массе и частотесобственных колебаний?41Библиографический списокТокарев М.Ф., Талицкий Е.И., Фролов В.А. Механические воздействияи защита радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Радио и связь, 1984.42Работа 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГОРЕЖИМА МИКРОЭЛЕКТРОННОГО БЛОКАКАССЕТНОЙ КОНСТРУКЦИИЦель работы — изучение методики теплового моделирования иисследования теплового режима микроэлектронного блока кассетного(разъемного) типа и установление взаимосвязи между показателямитеплового режима и параметрами конструкции блока.Краткие теоретические сведенияРадиоэлектронныесредстваявляютсяпреобразователямиэлектрической энергии.
Вследствие низкого КПД большинства РЭСпрактически вся потребляемая от источников питания энергия преобразуетсяв тепло, которое расходуется на нагревание деталей и узлов и частичнорассеивается в окружающее пространство. Пространственно-временноераспределение температуры в пределах конструкции определяет её тепловойрежим, который количественно принято характеризовать температурнымполем и перегревом.Температурным полем называют совокупность численных значенийтемпературы в различных точках конструкции в некоторый моментвремени τ.Перегревом j-й точки конструкции принято называть разностьтемператур этой точки tj и температурой некоторой точки, поверхности илиобласти, принятой за опорную, например, температурой окружающей средыtс, т.е.
∆tj = tj - tc.Тепловой режим конструкции будет заведомо нормальным, еслитемпература tj в любой точке конструкции не превышает допустимуюрабочую температуру наименее теплостойкого элемента tэл min или перегревлюбой точки ∆tj меньше допустимого для наименее теплостойкого элементаконструкции∆tдоп = tэл min - tс.Показатели теплового режима конструкции зависят от ряда факторов:мощности P и распределения тепловыделяющих элементов (источниковтепла), времени работы конструкции τ, параметров конструкции иокружающей среды, теплофизических свойств материалов, эффективноститеплообмена конструкции с окружающей средой.При естественном воздушном охлаждении, характерном для РЭС,теплообмен между конструкцией и окружающей средой происходит тремя43способами: конвекцией, излучением и теплопроводностью (кондукцией).Оценкой эффективности теплообмена конструкции с окружающей средойявляется тепловой поток — количество тепла от поверхности конструкции ксреде за единицу времени.Тепловой поток при теплопередаче конвекцией определяетсяуравнением Ньютона:Pк = α к S (t1 − tc ) = σ к (t1 − tc ) ,28.где αк — конвективный коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К); σк— тепловая проводимость при конвекции, Вт/К; S — площадь поверхноститеплообмена, м2; t1, tс — соответственно температуры поверхноститеплообмена и окружающей среды, оС.
Коэффициент теплопередачи αкзависит от размеров и формы охлаждаемой поверхности, от свойствподвижного теплоносителя (воздуха), а также от температур t1 и tс.При теплопередаче излучением тепловой поток и температуры связаныуравнением Стефана-Больцмана:[]Pл = ε пр ⋅ ϕ12 ⋅ C0 ⋅ S (t1 + 273)4 − (tс + 273)4 ,(4.1)C0 = 5,67·10-8 Вт/(м2·град4) — коэффициент излучения«абсолютно черного» тела; εпр — приведенная степень чернотыповерхностей тел, участвующих в теплообмене; φ12 — коэффициент29.гдеоблученности, показывающий, какая часть энергии, излученной первымтелом, попадает на второе.В результате несложных преобразований уравнение (4.1) приводится квидуPл = α л S (t1 − tc ) = σ л (t1 − tc ) ,30.гдеα л = ε прϕ12C0 f (t1, tс )-коэффициенттеплопередачиизлучением, Вт/(м2·К); σк — тепловая проводимость при лучеиспускании,Вт/К;функция(t + 273) 4 − (tс + 273) 4f (t1, tс ) = 1t1 − tсслабозависитоттемператур.Теплообмен теплопроводностью (кондукция) характерен для твёрдыхтел, а также неподвижных жидкостей и газов.
Тепловой поток между44изотермическими поверхностями S1 и S2 с температурами t1 и t2 при t1 > t2определяется уравнением Фурье:Pт = α т Sср (t1 − t 2 ) = σ т (t1 − t2 ) .Здесьαт = λ/l — кондуктивныйкоэффициенттеплопередачи,2Вт/(м ·К); λ — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·К); l —расстояние между изотермическими поверхностями, м; Sср = 0,5·(S1 + S2)— площадь средней изотермической поверхности, м2.Согласно принципу электротепловой аналогии, произведенияαк·S = σk, αл·S = σл, αт·Sср = σт являются тепловыми проводимостями приконвективном, лучевом и кондуктивном теплообмене.
Обратные величиныпредставляют собой тепловые сопротивления Rк, Rл и Rт.Исследование теплового режима состоит в определении tj=tj(τ, P) или∆tj=∆tj(τ, P). В установившемся (стационарном) режиме ∆tj не зависит отвремени, а зависимость ∆tj=∆tj(P) называют тепловой характеристикой j-йточки (области) конструкции.В общем случае исследование тепловых режимов выполняют вследующем порядке: определяют класс конструкции и составляют еётепловую физическую модель; для физической тепловой модели строютматематическую модель и определяют ее параметры; рассчитываютпоказатели теплового режима; дают оценку точности тепловогомоделирования.В класс объединяются конструкции, имеющие общие признаки иодинаковую физическую основу протекания тепловых процессов. Приопределении класса конструкций учитывают такие признаки, как структуранагретой зоны, способ охлаждения нагретой зоны, способ охлаждениякожуха и др.Тепловую модель конструкции или класса получают в результатеанализа конструкций, выявления их теплофизических свойств и идеализациипроцессов теплообмена.
Наиболее часто используют модель изотермическихповерхностей и модель однородного анизотропного тела. В более сложныхслучаях строят модель на основе принципа электротепловой аналогии.Модель изотермических поверхностей предполагает выделение вконструкции поверхностей с одинаковыми или условно одинаковымитемпературами в каждой точке поверхности. Считается, что теплообменосуществляется между этими поверхностями. В зависимости от конкретнойзадачи исследования к изотермическим поверхностям конструкций относят45поверхность корпуса со среднеповерхностной температурой tк, поверхностьнагретой зоны с температурой tз, поверхность отдельной функциональнойячейки с температурой tзj, поверхность отдельного элемента с температуройtэлj и т.д.Пример построения тепловой модели изотермических поверхностейприведен на рис.
4.1 (а — схематическое изображение исходнойконструкции; б — тепловая модель с изотермической поверхностей нагретойзоны; в — тепловая модель блока с изотермическими поверхностямиотдельных ячеек).а)б)nP = ∑ Pii =1в)Рис. 4.1Модель однородного анизотропного тела представляет реальнуюконструкцию или её части однородным анизотропным телом в видепрямоугольного параллелепипеда, для которого находят эквивалентныекоэффициенты теплопроводности по направлениям осей координат λx , λy , иλz . При известных коэффициентах теплопроводности и геометрическихразмерах тела lx, ly, lz можно определить условное тепловое сопротивлениемежду центром тела и его поверхностью:46R0 =C ⋅ lz.4 ⋅ λz ⋅ l x ⋅ l yЗдесь C — коэффициент, зависящий от отношений геометрическихразмеров тела и эквивалентных коэффициентов теплопроводности. ЗначениеC обычно представляют графически.
Графики строят для определенныхусловий выбора направлений осей координат однородного анизотропноготела. Такими условиями являются неравенстваl z ≤ l x λz λx и l z ≤ l y λz λ y .Значение R0 позволяет найти температуру в центре однородного телаt0 = tS + R0·P, где tS — температура на поверхности тела; P — суммарныйтепловой поток источников, расположенных внутри тела.Для определения эквивалентных коэффициентов теплопроводностиконструкции λx, λy, λz необходимо:• выделить в структуре конструкции элементарную тепловую ячейку,состоящую из однородных по теплофизическим характеристикампростейших тел правильной геометрической формы;• составить схемы теплопередачи в ячейке по направлениям x, y, z и врезультате преобразования схем найти тепловые проводимостиэлементарной ячейки σяx, σяy, σяz;• через тепловые проводимости элементарной ячейки σяx, σяy, σяz игеометрические размеры конструкции lx, ly, lz найти тепловые проводимостиэквивалентногоанизотропноготелаσx,σy,σzикоэффициентытеплопроводности λx, λy, λz.Элементарная тепловая ячейка представляет собой наименьший объем,включающий один или несколько тепловыделяющих элементов,многократное повторение которого по трем направлениям позволяетвоспроизвести исходную конструкцию.
Если в конструкции сгеометрическими размерами lx, ly, lz по направлениям осей координатукладывается соответственно k, m, n элементарных тепловых ячеек (рис.4.2), тоσx =m⋅nn⋅kk ⋅mσ яx ; σ y =σ яy ; σ x =σ яx ;kmn(4.2)47λx =lxσx ;l y ⋅ lzλy =lylz ⋅ lxσy;λz =lzσz.lx ⋅ l y(4.3)Модель однородного анизотропного тела применима к конструкциямРЭС с регулярной структурой, т.е. к конструкциям, содержащим большоечисло одинаковых в конструктивном отношении элементов, повторяющихсяво всех трех измерениях.zykmnlzlyxlxРис. 4.2Поскольку зависимость между рассеиваемой мощностью итемпературами в общем случае не является линейной, для расчетапоказателей теплового режима конструкций РЭС используются методы:последовательныхприближений,тепловойхарактеристикиикоэффициентный.Метод последовательных приближений основан на итеративномпроцессе вычисления перегрева ∆tj или температуры tj.
Начальнымзначением перегрева ∆t'j (температуры t'j) j-й точки конструкции илиизотермической поверхности задаются произвольно, после чего определяютсуммарную тепловую проводимость σ'Σ и расчетное значение перегрева ∆t'jP(температуры t'jP) в первом приближении:∆t jP = P σ Σ' ;t ' jP = tc + P σ Σ' .48При выполнении неравенства |∆t'j - ∆t'jP|< δ, где δ = 1...2oС, заистинное значение перегрева принимают ∆t'j или ∆tjP.