МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ИИКГ

отчет

о курсовом проекте

по дисциплине «Прикладная механика»

Тема: «Расчет температурных напряжений в элементах конструкций»

Студент гр. 0421		Токарев А.А.
Преподаватель		Титов А.В.

Санкт-Петербург

2022

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 1 Задание на курсовой проект 4 2 Основные теоретические сведения 5

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проектирования является развитие навыков самостоятельного решения задач по расчету и проектированию элементов конструкции полупроводниковых приборов и микросхем, умения оформлять конструкторскую документацию в соответствии с требованием ГОСТ и ЕСКД.

В процессе курсового проектирования ставятся следующие задачи:

• освоение методики расчета напряжений при температурных внешних воздействиях;

• выполнение сборочных чертежей и рабочих чертежей деталей с правильной простановкой размеров и предельных отклонений на линейные размеры, форму и расположение поверхностей и на шероховатость поверхности;

Каждый студент получает индивидуальное задание.

Курсовой проект включает расчетно-пояснительную записку, сборочный чертеж корпуса прибора, рабочие чертежи двух деталей корпуса.

Пояснительная записка должна содержать как теоретический материал, необходимый для решения задач проекта, так и практический (порядок расчета, анализ результатов, выводы).

Объем расчетной и конструкторской частей курсового проекта определяется преподавателем.

1 Задание на курсовой проект

Выполняется курсовой проект под вариантом 1-1. Общий вид конструкции прибора представлен на рисунке 1. Расчет температурных напряжений необходимо провести для деталей 1, 2, 3 в сечениях их контакта.

Рисунок 1 – Общий вид прибора

Рабочие чертежи выполняются для деталей 1, 2. Исходные данные для расчета приведены в таблицах 1, 2.

Таблица 1

Номер варианта	Материал детали			∆t, °C
	1	2	3
1-1	Латунь	Никель	Керамика 22хс		-80

Таблица 2

Номер варианта	Деталь 1					Деталь 2		Деталь 3
	d1нар	d2нар	d3нар	d1вн	d2вн		d		dнар
1-1	7,5 мм	6,2 мм	М3	М4	1,5 мм		1,2 мм		5 мм

2 Основные теоретические сведения

Полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы при изготовлении, испытаниях и эксплуатации испытывают температурное воздействие в достаточно широком диапазоне. Поэтому при проектировании этих приборов необходимо анализировать термонапряженное состояние, возникающее в конструкциях.

Наибольшие температурные напряжения возникают в местах соединений элементов, выполненных из материалов, имеющих различные температурные коэффициенты линейного расширения.

Полупроводниковые приборы представляют собой осесимметричные цилиндрические многослойные конструкции. При определении температурных напряжений расчетная схема таких конструкций представляется в виде многослойных цилиндров. Расчетная схема трехслойного цилиндра представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Расчетная схема трехслойного цилиндра

Граничные условия для первого цилиндра: при r = R₀ σ_r = 0; при r = R₁ σ_r = p₁.

Граничные условия для второго цилиндра: при r = R₁ σ_r = p₁; при r = R₂ σ_r = p₂.

Граничные условия для третьего цилиндра: при r = R₂ σ_r = p₂; при r = R₃ σ_r = 0.

Здесь p₁, p₂ – давления, возникающие, соответственно, между первым – вторым и между вторым – третьим цилиндрами в результате температурного воздействия.

Условия совместности перемещений первого – второго и второго – третьего цилиндров имеют вид, представленный в формулах (1) и (2):

где С_I, С_II, С_III, D_I, D_II, D_III – константы, R₁, R₂ – радиусы цилиндров, α – температурный коэффициент линейного расширения, ∆T – разность температур.

Постоянные С_I, С_II, С_III, D_I, D_II, D_III определяются согласно формулам (3) и (4):

где p_н и p_в – наружные и внутренние нагрузки, E – модуль Юнга, ν – коэффициент Пуассона, R₁, R₂ – радиусы цилиндров.

После определения постоянных С_I, С_II, С_III, D_I, D_II, D_III по формулам (3) и (4) условия совместности перемещений запишутся в следующем виде:

Решив совместно эти уравнения, определим p₁ и p₂. Зная p₁ и p₂, по формулам (7) и (8) можно подсчитать σ_r и σ_θ в каждом элементе конструкции.