Разработка подсистемы моделирования механических процессов в элементах конструкций радиоэлектронных средств на ранних этапах проектирования

• Автор: Травкин, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

Введение
ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Современное состояние проблемы и постановка задач

разработки
1.1. Исследование особенностей бортовых РЭС и требования к обеспечению их надежности
1.2. Проблемы моделирования механических процессов в радиоэлектронных средствах
1.3 Обзор методов и программных средств для моделирования механических процессов в конструкциях РЭС
1.4 Основные задачи исследования
1.5. Выводы к первой главе
Глава 2. Разработка математических моделей механических процессов РЭС
2.1 Типовые конструктивные элементы РЭС
2.1.1 Балочные элементы
2.1.1 Треугольные оболочечные элементы
2.1.3 Вычисление геометрических характеристик плоских сечений стержневых элементов
2.1.4 Переход к глобальным координатам и составление ансамбля
элементов
2.2 Задачи динамики конструкций РЭС
2.2.1 Исследование свободных колебаний
2.2.2 Исследование вынужденных колебаний
2.2.3 Анализ на случайную вибрацию
2.3 Учет демпфирующих свойств материалов
2.4. Выводы к второй главе

Глава 3. Автоматизированная подсистема для моделирования механических процессов в конструкциях РЭС
3.1. Алгоритмы
3.1.1 Прямые и итерационные методы решения больших конечноэлементных задач механики РЭС
3.1.2 Переупорядочивание
3.1.3 ЬВЬ-разложение больших разреженных матриц
3.1.4 Сборка глобальной матрицы жесткости
3.1.5 Суперэлементы
3.2 Структура автоматизированной подсистемы для моделирования механических процессов в конструкциях РЭС
3.3. Структура входных и выходных данных подсистемы для
моделирования механических процессов в конструкциях РЭС
3.7. Выводы к третьей главе
Глава 4. методика моделирования механических процессов в конструкциях РЭС на ранних этапах проектирования
4.1. Структура методики синтеза и анализа проектных решений РЭС при механических воздействиях на основе средств компьютерного моделирования
4.2 Пример применения методики моделирования механических
процессов в конструкциях РЭС
4.3. Экспериментальная проверка разработанных моделей
4.4. Выводы к четвертой главе
Заключение
Список использованных источников
Приложения
Приложение А. Акты внедрения
Приложение Б. Награды

ВВЕДЕНИЕ
Конкурентоспособность вновь создаваемой радиоэлектронной аппаратуры в определяющей степени зависит от оперативности и качества ее разработки. Особенно остро эти проблемы стоят при проектировании радиоэлектронных средств (РЭС), имеющих сложные алгоритмы функционирования, к которым предъявляются требования повышенной надежности, высоких удельных массогабаритных показателей, высокой помехозащищенности, подвергающиеся воздействию широкого спектра дестабилизирующих факторов. На многих отечественных аппаратостроительных предприятиях разработчики РЭС затрачивают на их проектирование от 5 до 7 лет [33]. При этом, несмотря на столь значительные сроки создания опытных образцов РЭС, освоение их серийного производства в первые годы эксплуатации сопровождается многочисленными доработками, целью которых является устранение различного рода недостатков, дефектов и отказов, обусловленных комплексным воздействием дестабилизирующих факторов.
Подавляющее большинство отказов из-за механических воздействий связано с выходом за пределы, установленные нормативно-технической документацией (НТД), механических характеристик конструкций РЭС — ускорений, перемещений, напряжений, что приводит к механическим разрушениям и нарушениям устойчивости работы аппаратуры.
Отказы, связанные с механическими воздействиями, выявляются на завершающих этапах разработки и приводят к длительной доработке конструкции, что в конечном итоге сказывается на сроках и стоимости выполнения проектных работ. Применение математического моделирования механических процессов позволяет сократить количество промежуточных вариантов конструкции РЭС, сроки и затраты на проектирование.
Моделирование механических процессов в РЭС, в общем случае, заключается в следующем:

Применение существующих универсальных САЕ-систем для моделирования сложных конструкций РЭС на механические воздействия практически невозможно по следующим причинам.
1. Создание модели требуют больших временных затрат, применительно к РЭС - от нескольких часов до нескольких дней и месяцев, ввиду отсутствия специализированных графических интерфейсов для ввода несущих конструкций РЭС.
2. Отсутствие специализированных баз данных по параметрам материалов конструкций РЭС, модулей идентификации неизвестных физико-механических параметров, увеличивает время построения модели, также ставит под сомнение адекватность построенных моделей.
3. При моделировании механического процесса, непосредственно в САЕ-системе, практически невозможно учесть нелинейность физических характеристик материалов конструкций и влияние тепловых процессов на механические.
4. Универсальные САЕ-системы требуют от разработчика РЭС специальных знаний в области математического моделирования механических процессов, каковыми он в подавляющем большинстве случаев не обладает.
5. Обучение работе с такими комплексами, в большинстве случаев, требует значительных затрат времени, даже для специалистов.
Помимо универсальных САЕ-систем, для компьютерного моделирования РЭС при механических воздействиях, применим ряд специализированных программ: PRAC, автоматизированная система
обеспечения надежности и качества аппаратуры АСОНИКА, разработанная в Московском государственном институте электроники и математики (МИЭМ) и в Ковровской государственной технической академии (КГТА), программы по расчету механических характеристик, разработанные в Пензенском государственном техническом университете (ПГТУ), в Уральском