7. Вплив зовнішніх механічних навантажень (змф)

В процесі виготовлення, транспортування, експлуатації і випробувань ЕОМ піддається таким ЗМФ:

• вібрації

• удари

• лінійні прискорення

Захист від цих навантажень: демпфірування, ізоляція і гасіння коливань за допомогою додаткових мас.

За степенем захищеності ЕОМ від ЗМФ розрізняють:

• міцність (властивість елемента ЕОМ в заданих діапазонах частот і прискорень протистояти руйнуючій дії вібрації й продовжувати виконувати свої функції після впливу вібрації)

• стійкість (властивість елемента ЕОМ виконувати функції в умовах вібрації в заданих діапазонах частот і прискорень).

На етапі попередньої компоновки і розробки конструкції необхідно забезпечити міцність до вібрацій і ударів ЕОМ, тобто деформації, що виникають, не повинні перевищувати заданих значень.

Критерії міцності.

1. Умова неперетинання множини частин діючих навантажень f_i і множини частот власних коливань блоку f_0і, тобто

Проте, ця умова ще не визначає міцність конструкції, так як:

1. при його невиконанні рівня віброприскорень і вібропереміщень може бути недостатнім для виникнення відмови;

2. при неперетинанні частот перевантаження можуть бути більше допустимих значень.

2. Умова неперевищення виникаючих в системі переміщень допустимих рівнів, котрі в свою чергу визначаються конструкцією блока, зазорами, наприклад, відстанями між сусідніми платами.

3. Умова неперевищення діючих на блок перевантажень допустимих рівнів (по ЕРЕ по допустимим матеріалам).

А якщо рівень міцності не виконується?

Тоді видозмінюють конструкцію блока, знаходять спосіб захистити його від ЗМФ.

Недоцільно робити конструкції надміцними (зростає маса системи, знижується частина власних коливань f₀ і як наслідок зростає динамічні перевантаження).

Функції збудження, частоти збудження і власні частоти.

При поступальному русі збуджуючими величинами можуть бути шлях (s), швидкість (v), прискорення (a), сила (F), кут (α), кутова швидкість (ω) або момент кручення при обертовому русі (Т).

Для оцінки будь-якого явища необхідний математичний апарат; при чому важливо, щоб характер зміни навантаження реальні функції збудження були приблизно описані ідеальними.

До ідеальних функцій збудження відносяться гармонійна, періодична, стохастична функції, а також функції, що описують процеси розбігу і вибігу, скачкоподібні і удароподібні збудження.

Стаціонарні описуються трьома наступними функціями:

гармонійна

періодична

стохастична

Нестаціонарні процеси (розбігу, вибігу, скачкоподібні і удароподібне збудження):

вибіг:

розбіг:

скачкоподібні:

удароподібні:

Удароподібне збудження може мати вигляд функції прямокутної, напівсинусоїдної, трикутної форми.

Частоти збудження (частоти збуджених коливань) і власні частоти коливань механічних систем лежать в області від 0 до 10⁶ Гц.

Приклад

Коливання ґрунту і будівлі 10^-2 – 10^-1 Гц

Коливання, що розрізняються дотиком 0,1 Гц

Власні коливання елементів до 10³ Гц

Звукові коливання 16 – 1,6*10⁴ Гц

Ультразвук 20 кГц – 10⁶ Гц

Досліди показали, що амплітуди коливання елементів (а значить і їх напруга зменшується з зростанням частоти. Це дозволяє сформулювати основне правило розрахунку поля перевантажень при динамічному навантаженні: навантаження на елемент зростає значно, якщо частота його збудження наближується до власної частоти його елемента. (Тому випробування проводять при плавній зміні f_В).

У випадку ударних навантажень необхідно враховувати наступні параметри:

1. характер зміни навантаження (див. 6 графіків)

2. тривалість удару (декілька мс)

3. максимальне значення навантаження (в одиницях g)

Використовують теоретичні і експериментальні методи досліджень:

1. моделювання систем під впливом зовнішніх факторів

2. виведення диференціальних рівнянь коливань

3. вирішення рівнянь для f і t

4. визначення резонансних частот і амплітуд

5. вимірювання коливань і ударів на натурі і моделі

6. випробування демпферів, гасителів коливань і ізоляторів

Демпфірування – за рахунок механічного тертя елементів коливальної системи, а також за допомогою додаткових механічних (гідравлічних, пневматичних: клапани, заслонки) або електричних демпферів (за рахунок електромеханічних сил котушок індуктивності, через котрі протікає електричний струм).

Покращення демпфіруючих властивостей конструкції досягається за рахунок включення в конструкцію плат спеціальних демпфіруючих покриттів із вібропоглинальних матеріалі, внутрішнє тертя котрих в 10 – 100 разів більше, ніж у склотекстоліту.

При цьому резонансні коливання можуть бути знижені в широкому діапазоні частот при незначному збільшення маси конструкції.

Конструкції плат з демпфіруючими шарами ділять на два типи:

1. з зовнішнім демпфіруючим шаром – розтяг-стискання

2. із внутрішнім демпфіруючим шаром

Застосування демпфіруючого шару в декілька десятих мм в конструкціях з внутрішнім шаром дозволяє зменшити амплітуду резонансних коливань в декілька разів.

В конструкціях з зовнішнім шаром спостерігається коли товщина демпфіруючого шару в 5-10 разів перевищує товщину несучого шару.

У якості вібропоглинальних матеріалів використовують мастики:

Густина	Е * 107	КМП
1150	500	0,4	Мастики (адем-НШ)
1600	240	0,25	Антівібріт – 5М
1600	200	0,3	Антівібріт – 7М
1200	6	0,65	Поліакріл ВС
1200	12	1,25	Метало-полімерний листовий матеріал ВИПОЛИТ
1400	140	0,48	Листовий матеріал АНАТ