ГОСТ Р 70914-2023 Системы автоматизированного проектирования электроники. Подсистема виртуальных испытаний электронной аппаратуры на воздействие случайной вибрации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Системы автоматизированного проектирования электроники

ПОДСИСТЕМА ВИРТУАЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ СЛУЧАЙНОЙ ВИБРАЦИИ

Издание официальное

Москва Российский институт стандартизации 2023

Предисловие

• 1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт «АСОНИКА» (ООО «НИИ «АСОНИКА»)

• 2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 165 «Системы автоматизированного проектирования электроники»

• 3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 сентября 2023 г. № 812-ст

• 4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

© Оформление. ФГБУ «Институт стандартизации», 2023

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Введение

Разработка настоящего стандарта вызвана необходимостью автоматизированного анализа стойкости электронной аппаратуры (ЭА) к воздействию случайной вибрации на ранних этапах проектирования ЭА на основе математического моделирования и виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации для снижения затрат на разработку, производство и обслуживание за счет повышения качества разработок.

Настоящий стандарт распространяется на показатели стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации. Целью стандарта является автоматизация анализа показателей стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации с применением математического моделирования и виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации, снижение затрат на разработку, производство и обслуживание за счет повышения качества разработок.

Применение математического моделирования и виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации на ранних этапах проектирования до изготовления опытного образца позволит избежать отказов ЭА или значительно сократить их на этапе испытаний опытного образца, сокращая тем самым количество испытаний опытного образца, возможные итерации по доработке схем и конструкций, затраты на разработку ЭА при одновременном повышении качества и надежности, в том числе в критических режимах работы, делая ЭА конкурентоспособной на отечественном и международном рынке (см. ГОСТ Р 57700.37, [1] — [4]).

Использование при анализе стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации натурных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации невозможно, так как анализ проводят еще до изготовления опытного образца. Виртуализация испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации при анализе стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации является безальтернативной. Без применения математического моделирования невозможно определить показатели стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации. Такой подход является информативным, так как благодаря ему на этапе проектирования отслеживается большинство возможных отказов ЭА по механическим характеристикам, и эффективным, так как из-за недоработок проектирования ЭА, вскрытых уже путем натурных испытаний, возможно множество итераций: доработка проекта — испытания опытного образца — доработка проекта и т. д., что значительно увеличивает сроки и стоимость разработки.

Настоящий стандарт определяет требования к подсистеме виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Системы автоматизированного проектирования электроники

ПОДСИСТЕМА ВИРТУАЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ СЛУЧАЙНОЙ ВИБРАЦИИ

Electronics automated design systems.

Subsystem of virtual testing of electronic equipment for the effect of random vibration

Дата введения — 2023—10—01

• 1 Область применения

  • 1.1 Настоящий стандарт предназначен для применения предприятиями промышленности и организациями при использовании цифровых двойников электроники и CALS-технологий на ранних этапах проектирования, изготовления и испытаний электронной аппаратуры (ЭА), а также на всех последующих этапах жизненного цикла ЭА.

    • 1.1.1 Подсистему виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации применяют на ранних этапах проектирования ЭА следующего назначения: промышленная, для энергетики, оборонно-промышленного комплекса, аэрокосмической отрасли, судостроения, медицинская, автомобильная, для навигации и радиолокации, потребительская, для фискального и торгового оборудования, связи (телекоммуникации), вычислительной техники, для автоматизации и интеллектуального управления, систем безопасности, светотехники, автоматизированного транспорта и движущейся робототехники.

    • 1.1.2 ЭА состоит из электронных шкафов и блоков, печатных узлов и электронной компонентной базы (ЭКБ) (микросхем, транзисторов, резисторов и т. д.).

    • 1.1.3 На ЭКБ и ЭА оказывает влияние воздействие случайной вибрации. Случайная вибрация может приводить к несоответствиям ЭКБ и ЭА требованиям к их стойкости (прочности и устойчивости) к воздействию случайной вибрации. Настоящий стандарт устанавливает основные положения технологии, позволяющей проводить анализ показателей стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации с применением математического моделирования и виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации при проектировании.

  • 1.2 Анализ показателей стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации необходимо осуществлять на ранних этапах проектирования ЭА посредством проведения математического моделирования и виртуализации испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации при проектировании.

  • 1.3 Для анализа показателей стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации методом математического моделирования (виртуализации испытаний ЭКБ и ЭА на воздействие случайной вибрации) следует применять аттестованные программные средства, а при необходимости — аттестованные про-граммно-аппаратные средства. Требования к программно-аппаратным средствам устанавливаются по согласованию с заказчиками.

• 2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 57700.37 Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения

Издание официальное

ГОСТ Р 70201 Системы автоматизированного проектирования электроники. Оптимальное сочетание натурных и виртуальных испытаний электроники на надежность и внешние воздействующие факторы. Требования и порядок проведения при выполнении технического задания на НИОКР

ГОСТ Р 70291 Системы автоматизированного проектирования электроники. Состав и структура системы автоматизированного проектирования электронной аппаратуры

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

• 3 Общие положения

  • 3.1 Настоящий стандарт устанавливает требования к автоматизированному анализу показателей стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации на основе математического моделирования и виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации.

Для достижения поставленной цели в стандарте установлены следующие единые требования:

• - к технологии автоматизированного анализа показателей стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации;

• - подсистеме виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации.

• 3.2 Организация работ по применению технологии автоматизированного анализа показателей стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации на основе математического моделирования и виртуализации испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации при проектировании устроена следующим образом:

• а) ЭА подвергают испытанию в трех взаимно перпендикулярных направлениях;

• б) встречающиеся в реальных условиях эксплуатации вибрационные воздействия имеют случайный характер. Испытания на воздействия широкополосной случайной вибрации позволяют лучше, чем при синусоидальной вибрации, моделировать статистический характер воздействия и выявлять механизмы разрушения и повреждения различной ЭА. Кроме того, одновременное возбуждение механических резонансов отдельных элементов ЭА позволяет учитывать их взаимное влияние и сокращать срок испытания, приближая их к условиям реальной эксплуатации.

• 4 Технология автоматизированного анализа показателей стойкости электронной аппаратуры к воздействию случайной вибрации

  • 4.1 Конечной целью автоматизированного анализа является определение степени годности ЭА путем выявления возможных механических повреждений, позволяющих судить о конструктивной прочности ЭА, а также оценка ухудшения заданных значений параметров ЭА.

Также рассматриваются математическое моделирование и виртуализация испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации с повышенной спектральной плотностью ускорения (в критических режимах, в том числе невоспроизводимых при натурных испытаниях).

Объектами виртуальных испытаний являются:

• - произвольные конструкции шкафов и блоков ЭА без виброизоляторов, ЗО-модели которых созданы в CAD-системах в формате STEP;

• - типовые конструкции шкафов и блоков ЭА без виброизоляторов, ЗО-модели которых созданы в специализированном интерфейсе подсистемы виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации;

• - произвольные и типовые конструкции шкафов и блоков ЭА, установленные на виброизоляторах.

• 4.2 Оцениваемыми характеристиками являются среднеквадратические ускорения, перемещения, механические напряжения в ЭА, время до усталостного разрушения.

• 4.3 Условия проведения виртуальных испытаний

  • 4.3.1 Наличие российского программного обеспечения, предназначенного для моделирования ЭА на воздействие случайной вибрации, внедренного на ведущих предприятиях Российской Федерации, которое является составной частью системы автоматизированного проектирования (САПР) ЭА в соответствии с ГОСТ Р 70201, ГОСТ Р 70291.

  • 4.3.2 Наличие корректной ЗО-модели ЭА в формате STEP, отвечающей требованиям по устранению ошибок, упрощению и сохранению модели [5].

    • 4.3.2.1 Требования по устранению ошибок:

• - не должно быть пересечений деталей. Они должны касаться друг друга;

• - одна деталь должна касаться другой по некой поверхности с какой-либо площадью. Не допускаются варианты, когда одна деталь касается другой по линии или в точке (поверхностью касания двух деталей является линия или точка);

• - не должно быть свободно висящих деталей. Они должны иметь соединения с другими деталями;

• - разъемы с отверстиями необходимо полностью заполнить материалом (не должны остаться штырьки и отверстия).

• 4.3.2.2 Требования по упрощению модели:

• - следует убрать все крепежные детали, все винты;

• - следует убрать фаски, лыски, мелкие скругления (с радиусом < 2 мм);

• - поверхности сложной формы — мелкие оребрения крупных поверхностей — необходимо сделать гладкими;

• - если в модели есть шестигранники (в сечении детали шестигранник), например стойки этаже-рочной конструкции, следует скруглить грани шестигранника радиусом скругления 1 мм;

• - следует удалить все отверстия всех деталей, кроме крепежных отверстий;

• - следует подобрать плотности деталей таким образом, чтобы масса ЭА, включая печатные узлы, ЭКБ, разъемы, равнялась изначально заданной;

• - следует выбирать опцию «твердые тела» при сохранении в формате STEP модели в CAD-системе, в которой создавалась данная модель.

• 4.3.3 Наличие следующих физико-механических параметров материалов ЭА:

• - плотность;

• - модуль упругости;

• - коэффициент Пуассона;

• - коэффициент механических потерь (КМП) для начальной точки линейного участка зависимости КМП от механического напряжения изгиба, возникающего при воздействии синусоидальной вибрации;

• - коэффициент зависимости КМП от механического напряжения изгиба, возникающего при воздействии синусоидальной вибрации.

Взаимосвязь тепловых и механических процессов в конструкциях ЭА обусловлена влиянием тепловых процессов на механические — температурными зависимостями физико-механических параметров — модуля упругости и КМП — для материалов конструкций ЭА. С ростом температуры модуль упругости уменьшается, а КМП увеличивается. Зависимости модуля упругости и КМП от температуры могут аппроксимироваться линейными полиномами [5].

Данные параметры могут быть получены путем идентификации [5].

• 4.3.4 Наличие следующих параметров виброизоляторов для вибрации:

• - коэффициент жесткости по оси X;

• - коэффициент жесткости по оси Y;

• - коэффициент жесткости по оси Z;

• - КМП по оси X для начальной точки линейного участка зависимости КМП от напряжения изгиба;

• - КМП по оси / для начальной точки линейного участка зависимости КМП от напряжения изгиба;

• - КМП по оси Z для начальной точки линейного участка зависимости КМП от напряжения изгиба;

• - коэффициент зависимости КМП по оси X от напряжения изгиба;

• - коэффициент зависимости КМП по оси Y от напряжения изгиба;

• - коэффициент зависимости КМП по оси Z от напряжения растяжения — сжатия.

Данные параметры могут быть получены путем идентификации [5].

• 4.4 Режимы виртуальных испытаний

Параметры широкополосной случайной вибрации (численные значения задают в техническом задании на разработку ЭА):

• - спектральная плотность S, д²/Гц;

• - диапазон частот, Гц.

• 4.5 Порядок проведения испытаний

  • 4.5.1 Проводят идентификацию физико-механических параметров материалов ЭА, указанных в 4.3.3, при их отсутствии [5]. При этом по результатам натурных испытаний определяют зависимость ускорения от частоты синусоидальной вибрации в контрольной точке, которую используют при идентификации. Предварительно разрабатывают программу натурных испытаний и изготавливают макеты пластин для натурных испытаний.

  • 4.5.2 Проводят идентификацию параметров виброизоляторов, указанных в 4.3.3, при их отсутствии [5]. При этом по результатам натурных испытаний определяют зависимость ускорения от частоты синусоидальной вибрации системы виброизоляции, которую используют при идентификации. Предварительно разрабатывают программу натурных испытаний и приобретают образцы виброизоляторов для натурных испытаний.

  • 4.5.3 Идентифицированные параметры материалов ЭА и параметры виброизоляторов заносят в базу данных для использования в процессе моделирования.

  • 4.5.4 Проводят подготовку моделей:

• - ЗО-моделей в формате STEP конструкций ЭА без виброизоляторов в CAD-системах, отвечающих требованиям по устранению ошибок, упрощению и сохранению модели, приведенным в 4.3.2.

• - ЗО-моделей конструкций ЭА, установленных на виброизоляторах, в специализированных интерфейсах.

• 4.5.5 Проводят импорт моделей в формате STEP конструкций в подсистеме виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации.

• 4.5.6 Проводят виртуальные испытания ЭА на воздействие случайной вибрации в заданном диапазоне частот с применением моделирования механических процессов в ЭА на воздействие случайной вибрации.

• 4.5.7 По результатам виртуальных испытаний составляют отчет, в котором приводят информацию об оцениваемых характеристиках.

• 4.5.8 Место проведения испытаний

Испытания могут проводить:

• - сами предприятия при наличии подсистемы виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации;

• - Центр компетенций в области моделирования и виртуальных испытаний ЭКБ и ЭА на внешние воздействия по заказу предприятия при отсутствии у него подсистемы виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации.

• 4.6 Обработка, анализ и оценка результатов испытаний

  • 4.6.1 Используют малый объем выборки п < 50.

  • 4.6.2 Используют методы статистической обработки результатов испытаний.

Вычисление выборочных числовых характеристик осуществляют при малом объеме выборки. Вычисляют:

• - выборочное среднее значение характеристики механических свойств;

• - выборочную дисперсию характеристики механических свойств;

• - выборочное среднеквадратическое значение характеристики механических свойств.

• 4.6.3 Идентифицированные параметры определяют с учетом их разброса: среднее значение и среднеквадратическое значение. Для получения разброса необходимо провести идентификационные испытания 10 макетов пластин и 10 образцов виброизоляторов одного типа.

• 4.6.4 Оцениваемые характеристики определяют с учетом разброса ускорений. Для каждой характеристики определяют среднее значение и среднее квадратическое отклонение.

• 4.7 Материально-техническое обеспечение испытаний

  • 4.7.1 На рабочих станциях пользователей должно быть установлено следующее прикладное программное обеспечение, отвечающее требованиям 4.3.1:

• - для виртуальных испытаний ЭА без виброизоляторов, ЗО-модели которых созданы в CAD-системах в формате STEP, на воздействие случайной вибрации;

• - для виртуальных испытаний ЭА, установленной на виброизоляторах, ЗО-модель которой создана в специализированном интерфейсе, на воздействие случайной вибрации;

• - для идентификации физико-механических параметров моделей ЭА;

• - для идентификации физико-механических параметров моделей виброизоляторов.

• 4.7.2 Перечень моделей, используемых для испытаний:

• - ЗЮ-модели конструкций ЭА без виброизоляторов в формате STEP;

• - ЗО-модели конструкций ЭА, установленной на виброизоляторах.

• 4.7.3 Руководства пользователей и обучающие звуковые видеоролики к прикладному программному обеспечению, указанному в 4.7.1.

• 4.7.4 Необходимая квалификация персонала, специалистов и привлекаемых сил, проводящих испытания:

аккредитация пользователя прикладного программного обеспечения, указанного в 4.7.1, в Центре компетенций в области моделирования и виртуальных испытаний ЭКБ и ЭА на внешние воздействия.

• 4.7.5 Испытательное оборудование для проведения натурных испытаний, необходимых для решения задачи идентификации:

• - задающий генератор синусоидальных колебаний;

• - усилитель мощности;

• - вибратор;

• - виброизмерительный преобразователь (акселерометр);

• - виброизмерительная аппаратура.

• 4.7.6 Для проведения натурных испытаний, необходимых для решения задачи идентификации, требуются следующие материалы:

• - прямоугольные пластины из материалов, для которых необходима идентификация параметров (их количество определяют количеством материалов, для которых неизвестны параметры);

• - виброизоляторы, для которых требуется идентификация параметров (их количество определяют количеством виброизоляторов, для которых неизвестны параметры).

• 4.7.7 Порядок подготовки и использования материально-технических средств в процессе испытаний:

• - приобретение и настройка рабочих станций;

• - приобретение и установка на рабочих станциях программного обеспечения, отвечающего требованиям 4.3.1 и описанного в 4.7.1;

• - приобретение и установка испытательного оборудования для проведения натурных испытаний, описанного в 4.7.5;

• - изготовление материалов согласно 4.7.6 для проведения натурных испытаний, необходимых для решения задачи идентификации.

• 4.8 Протокол испытаний должен содержать следующую информацию:

• - описание макета;

• - график входного воздействия синусоидальной вибрации на макет;

• - график выходного воздействия синусоидальной вибрации в контрольной точке макета;

• - идентифицированные параметры;

• - график входного воздействия случайной вибрации на ЭА;

• - график выходного воздействия случайной вибрации в контрольной точке ЭА;

• - оцениваемые характеристики: спектральная плотность ускорения, среднеквадратические ускорения, перемещения, механические напряжения в ЭА, время до усталостного разрушения. Среднеквадратические ускорения, перемещения, механические напряжения в ЭА не должны превышать максимально допустимые значения, заданные в нормативных документах и технической документации. Время до усталостного разрушения должно быть больше, чем суммарное время эксплуатации ЭА при воздействии синусоидальной вибрации;

• - выводы по результатам испытаний.

• 5 Требования к подсистеме виртуальных испытаний электронной аппаратуры на воздействие случайной вибрации

• 5.1 Подсистема виртуальных испытаний электронной аппаратуры на воздействие случайной вибрации должна отвечать требованиям 1.3 и ГОСТ Р 70201, являться составной частью САПР ЭА в соответствии с ГОСТ Р 70291.

• 5.2 Необходимо наличие базы данных материалов по физико-механическим параметрам.

• 5.3 Порядок проведения виртуальных испытаний

  • 5.3.1 Проводят идентификацию параметров материалов при их отсутствии в базе данных. Идентифицируют модуль упругости, коэффициента Пуассона, параметры зависимости КМП от механического напряжения для вибрации. Заносят идентифицированные значения параметров в базу данных.

  • 5.3.2 Проводят идентификацию параметров виброизоляторов для вибрации при их отсутствии в базе данных. Идентифицируют параметры виброизоляторов для вибрации, приведенные в 4.3.4. Заносят идентифицированные значения параметров в базу данных.

  • 5.3.3 Если объектами виртуальных испытаний являются произвольные конструкции шкафов и блоков ЭА без виброизоляторов, ЗО-модели которых созданы в CAD-системах в формате STEP, проверяют выполнение требований по устранению ошибок, упрощению и сохранению модели.

  • 5.3.4 Если объектами виртуальных испытаний являются типовые конструкции шкафов и блоков ЭА без виброизоляторов, ЗО-модели которых не созданы в CAD-системах в формате STEP, их создают в специализированном интерфейсе.

  • 5.3.5 Если объектами виртуальных испытаний являются произвольные и типовые конструкции шкафов и блоков ЭА, установленные на виброизоляторах, ЗО-модели создают в специализированном интерфейсе.

  • 5.3.6 Проводят импорт ЗО-модели.

  • 5.3.7 Вводят материалы деталей из базы данных или физико-механические параметры материалов вручную при отсутствии материалов в базе данных.

  • 5.3.8 Вводят виброизоляторы из базы данных или параметры виброизоляторов вручную при отсутствии виброизоляторов в базе данных.

  • 5.3.9 Вводят крепления конструкции без виброизоляторов.

  • 5.3.10 Проводят автоматическое разбиение ЗО-модели конструкции на конечные элементы.

  • 5.3.11 Вводят графики зависимости спектральной плотности ускорения случайной вибрации от частоты по осям X, Y, Z.

  • 5.3.12 Проводят расчет конструкции на виброизоляторах на воздействие случайной вибрации. Выходные графики зависимости спектральной плотности ускорения случайной вибрации от частоты по осям X, Y, Z задают в качестве входных для расчета этой же конструкции, но без виброизоляторов.

  • 5.3.13 Проводят расчет конструкции без виброизоляторов на воздействие случайной вибрации.

  • 5.3.14 В результате расчета получают следующие выходные характеристики:

• - зависимости спектральной плотности ускорения случайной вибрации от частоты по осям X, Y, Z в контрольных точках;

• - среднеквадратические перемещения во всех точках конструкции в диапазоне частот по осям X, Y, Z и суммарные;

• - среднеквадратические ускорения во всех точках конструкции в диапазоне частот по осям X, Y, Z и суммарные;

• - среднеквадратические эквивалентные механические напряжения во всех точках конструкции в диапазоне частот;

• - время до усталостного разрушения во всех точках конструкции.

• 5.3.15 Для оценки показателей стойкости ЭА к воздействию случайной вибрации сравнивают рассчитанные выходные характеристики с допустимыми значениями, заданными в нормативных документах и технической документации:

• - среднеквадратические перемещения во всех точках конструкции в диапазоне частот по осям X, Y, Z и суммарные не должны превышать максимально допустимых значений;

• - среднеквадратические ускорения во всех точках конструкции в диапазоне частот по осям X, Y, Z и суммарные не должны превышать максимально допустимых значений;

• - среднеквадратические эквивалентные механические напряжения во всех точках конструкции в диапазоне частот не должны превышать максимально допустимое значение;

• - время до усталостного разрушения во всех точках конструкции должно быть больше, чем суммарное время эксплуатации ЭА при воздействии случайной вибрации.

В приложении А приведен пример подсистемы виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации и результатов ее работы.

Приложение А (справочное)

Пример подсистемы виртуальных испытаний электронной аппаратуры на воздействие случайной вибрации и результатов ее работы

Примером подсистемы виртуальных испытаний ЭА на воздействие случайной вибрации является совокупность подсистем российской САПР электроники в части виртуальных испытаний — автоматизированной системы обеспечения надежности и качества аппаратуры (АСОНИКА) (https://asonika-online.ru/), предназначенной для анализа и обеспечения стойкости ЭА и ЭКБ к комплексным тепловым, механическим, электромагнитным воздействиям, усталостной прочности к тепломеханическим воздействиям, для создания карт рабочих режимов ЭКБ, анализа показателей надежности ЭА и создания цифровых двойников ЭА и ЭКБ.

АСОНИКА — это замена натурных испытаний опытных образцов ЭА и ЭКБ виртуальными испытаниями на внешние механические, тепловые, электромагнитные и другие воздействия еще до их изготовления. Это значительная экономия денежных средств и сокращение сроков создания ЭА и ЭКБ при одновременном повышении качества и надежности за счет сокращения количества натурных испытаний.

На этапе эскизного проектирования электроники (до создания электрических схем, чертежей и 30-моделей) используют следующие подсистемы:

АСОНИКА-М: подсистема анализа типовых конструкций блоков ЭА и ЭКБ на механические и тепловые воздействия (30-модель которых еще не создана, с возможностью ускоренного создания модели в специализированном интерфейсе);

АСОНИКА-М-ШКАФ: подсистема анализа типовых конструкций шкафов ЭА на механические и тепловые воздействия (30-модель которых еще не создана, с возможностью ускоренного создания модели в специализированном интерфейсе);

На этапе технического проектирования (после создания электрических схем, чертежей и ЗО-моделей) используют следующие подсистемы:

АСОНИКА-М-ЗО: подсистема анализа и обеспечения стойкости произвольных объемных конструкций ЭА и ЭКБ к механическим и тепловым воздействиям с возможностью импорта геометрии из различных CAD-систем.

На всех этапах проектирования электроники используют следующие подсистемы:

АСОНИКА-В: подсистема анализа и обеспечения стойкости к механическим воздействиям конструкций ЭА, установленных на виброизоляторах;

АСОНИКА-ИД: подсистема идентификации физико-механических и теплофизических параметров моделей ЭА и ЭКБ;

АСОНИКА-БД: подсистема управления базами данных ЭКБ и материалов по геометрическим, физико-механическим, усталостным, теплофизическим, электрическим и надежностным параметрам.

Результаты работы подсистемы ACOHHKA-M-3D представлены на рисунках А.1—А.10.

^УН°к/\ ₁

Рисунок А.2 — Автоматическое разбиение на конечные элементы

Поиск: 150 М 19

АСОНИКА

X Отмена |

Рисунок А.З — Диалоговое окно для выбора материала из базы данных

АСОНИКА

Прибор

Задайте параметры материала

Механические | Усталостные | Тепловые | Дополнительно |

|~Тип материала---------------------

/- 1Л

(• Изотропный С Ортотропный

Плотность [кг/м^Л3]

Модуль у п ру го сти, [ГПа]

Коэффициент Пуассона, [отн. ед.]

Допустимое напряжение [МПа]

Коэффициент механических потерь

для вибрации [отн. ед.]

для удара [отн. ед.] |0.0015

|м* Считывать нелинейность

Коэффициент зависимости КМП от напряжения

для вибрации [отн. ед.] 2.2Е-8

для удара [отн. ед.] |зЕ-6

Спектральная плотность, д*д/Гц |

Частота, Гц

Рисунок А.6 — Среднеквадратические суммарные перемещения во всех точках конструкции блока ЭА

Перемещение 11 Ускорение | Напряжение Усталость 1I* абсолютные значения

Ускорение суммарное (9)

■ 257.6

231.6

— 205.7

— 179.8

= 153.9

• ■ 128.0

• — 102.1

• — 76.23

■ 50.33

24.43

Рисунок А.7 — Среднеквадратические суммарные ускорения во всех точках конструкции блока ЭА

Рисунок А.8 — Среднеквадратические эквивалентные механические напряжения во всех точках конструкции блока ЭА

Рисунок А.9 — Время до усталостного разрушения во всех точках конструкции блока ЭА при воздействии случайной вибрации

® АСОНИКА

График в узлах

Частота, Гц

'АСОНИКА _______________________________________________________________________________________________________________________

7 Справка | У OK | X Отмена

Рисунок А.10 — График зависимости выходной спектральной плотности ускорения случайной вибрации от частоты по оси Z в контрольной точке

Библиография

• [1] Распоряжение Правительства Российской Федерации от 6 ноября 2021 г. № 3142-р «Стратегическое направление в области цифровой трансформации обрабатывающих отраслей промышленности»

• [2] Шалумов А.С. Дорожная карта развития «САПР электроники выше мирового уровня». Ковров: ООО «НИИ «АСОНИКА», 2020. 24 с. — Режим доступа: https://asonika-online.ru/news/432/

• [3] Автоматизированная система АСОНИКА для моделирования физических процессов в радиоэлектронных средствах с учетом внешних воздействий/ Под ред. А.С. Шалумова. М.: Радиотехника, 2013. 424 с.

• [4] Шалумов М.А., Шалумов А.С. Виртуальная среда проектирования РЭС на основе комплексного моделирования физических процессов. — Владимир: Владимирский филиал РАНХиГС, 2016. 87 с.

• [5] Обобщенная методика моделирования механических и температурных испытаний. ФГУП «МНИИРИП». 2020

  УДК 621.865:8:007.52:006.354

  
  

ОКС 31.020

29.100.01

Ключевые слова: подсистема, виртуальные испытания, случайная вибрация, электронная аппаратура, спектральная плотность, среднеквадратическое, ускорение, перемещение, механическое напряжение, время до усталостного разрушения

Редактор Н.В. Таланова Технический редактор И.Е. Черепкова Корректор С.И. Фирсова Компьютерная верстка Е.А. Кондрашовой

Сдано в набор 08.09.2023. Подписано в печать 19.09.2023. Формат 60*84¹/₈. Гарнитура Ариал. Усл. печ. л. 2,32. Уч.-изд. л. 1,90.

Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта

Создано в единичном исполнении в ФГБУ «Институт стандартизации» , 117418 Москва, Нахимовский пр-т, д. 31, к. 2.