С проверки этих неравенств обычно начинается оценка вибропрочности отдельных эрэ, печатных узлов, микросборок, блока в целом.

В системах с несколькими степенями свободы ситуация осложняется возможностью существования совместных резонансов. Понятие совместного резонанса характеризует условия, когда две системы, объединенные вместе или связанные между собой, одновременно колеблются на частотах, близких к резонансной. Часто бывает так, что увеличенное за счет резонанса смещение на выходе первой системы является входным воздействием для второй системы, которая вторично усиливает это смещение. Например, если у конструкции, изображенной на рисунке 5.3 коэффициент передачи шасси равен 50, а у печатных узлов также 50, то общий коэффициент передачи объединенной системы необходимо определять следующим образом: = 50 50 = 2500. Если такое случится в реальной системе, как часто и бывает, вибропрочность системы окажется весьма низкой.

Совместные резонансы в большинстве случаев удается исключить, применяя так называемое «правило октавы». Оно рекомендует в системах с последовательным соединением упругих масс удваивать собственную частоту каждого элемента, вносящего дополнительную степень свободы. Например, если в системе на рисунке 5.3 собственная частота шасси равна 50Гц, то у каждого ПУ собственная частота должна быть как минимум вдвое выше (не менее 100 Гц). Это разнесение резонансных частот предотвращает усиление колебаний в системе, что в конечном итоге увеличивает ее усталостную долговечность.

Для проверки выполнения второго условия сначала необходимо определить допустимое напряжение, которое может выдержать элемент конструкции

,

где [s] - предельное значение напряжения (предел прочности) для материала, который берется из справочника;

n – запас прочности.

Механические напряжения, при которых образец из данного материала разрушается или в нем возникают значительные остаточные деформации, называют предельными.

Для пластичных материалов (медь, алюминий и др.) в качестве предельных обычно принимают предел текучести. Для хрупких материалов (ситалл, стекло, стеклотекстолит и др.) в качестве предельных механических напряжений принимают [ s_в ] – предел прочности, значение которого при растяжении и сжатии различно. При расчетах можно принять:

- для алюминиевых сплавов типа АЛ5 [ s ] » 196 МПа,

- для стеклотекстолита [ s ] » 105МПа.

Величина запаса прочности задается в пределах 1,5...6,8 в зависимости от степени ответственности детали, достоверности определения расчетных нагрузок и напряжений и др. факторов.

При механических воздействиях на конструкцию могут возникать напряжения связанные с изгибом, кручением и растяжением-сжатием ее элементов. Однако для РЭС, как правило, наиболее опасны изгибные колебания. В этом случае напряжение на изгиб должно отвечать следующему условию

,

где М_и – изгибающий момент в наиболее опасном сечении элемента конструкции;

W_u – момент сопротивления при изгибе.

Как уже отмечалось, при знакопеременных напряжениях после некоторого числа циклов нагружения может наступить поломка элемента из-за усталости в материале. В основе усталостных повреждений лежит процесс образования и развития микротрещин в наиболее нагруженном сечении, приводящий, в конечном счете, к разрушению элемента конструкции.

Чаще всего в РЭС разрушаются выводы ЭРЭ при наступлении в них высокочастотных резонансов. Если известно максимальное напряжение в выводах, то по кривой усталости для материала (рис. 8.8) можно определить число циклов до разрушения и, таким образом, сделать прогноз долговечности изделия.

 

 

Рис. 8.8 – Кривые Велера для меди и алюминия.

 

Время работы элемента до разрушения выводов можно определить по формуле

,

где N_p - число циклов нагрузки до разрушения;

f₀₁ - частота свободных колебаний основного тона элемента.

На практике достаточно произвести расчеты вибропрочности только для самых «слабых» элементов конструкции. К ним можно отнести выводы слабо закрепленных ЭРЭ, тонкопроводные монтажные соединения, элементы типа пластин (платы, панели) и др.