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柔性印制板疲劳可靠性分析

作　者: 范攀东
导　师: 苗强
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 柔性印制板疲劳可靠性疲劳试验有限元仿真
分类号: TN41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,由于手机等电子产品的快速普及和发展,柔性印制板在国内得到了广泛应用,如手机、笔记本、显示器、触摸板以及芯片级装配等。柔性印制板一般由具有良好弯折性能的铜层,起支撑作用的聚酰亚胺基底,高剥离强度、粘合性好、高可靠性的粘贴层构成,材质特性为柔性,对比刚性印制板,它具有轻、薄以及耐弯折等优点。在这些应用中,柔性印制板的疲劳失效可能直接导致大部分的设备故障,并可能产生严重的经济损失。就目前公开发表的文献来看,机械疲劳可靠性的研究一直是一个热点问题,但针对柔性印制板的可靠性研究的资料较少,具体到柔性印制板的疲劳特性及其分析,远没有广泛展开,所以开展这方面的工作很有必要。本论文依托NOKIA北京研究院“柔性材料可靠性”课题中的柔性印制板部分,重点从理论、试验和有限元仿真三方面对柔性印制板疲劳可靠性进行研究。首先简单介绍了疲劳可靠性方面的一些主要理论和方法,比如可靠性指标、疲劳性能测试中母体参数的估计、应力强度干涉模型、Miner线性累计损伤理论、Manson-Coffin低周期疲劳公式等。接着从疲劳试验的角度,介绍了相关技术标准、失效判据以及开展疲劳试验所需要注意的一些问题。从试验对象、试验目的、试验设备以及试验数据处理的角度,着重介绍了柔性印制板的疲劳试验概况。借鉴标准GB/T 1449-2005和IPC-TM-650,制定了详细的可操作性的柔性印制板疲劳试验方案。从有限元分析的角度,使用软件ANSYS,运用图形界面GUI和命令流两种不同操作方式,对柔性印制板进行了详细建模,施加静载荷和其他约束,查看不同节点位移和应力变化,分析柔性印制板的疲劳性能。通过计算静载荷强度的疲劳寿命使用系数,重点考察压强、受力面积和网格划分大小对于疲劳寿命使用系数的影响。使用LS-DYNA模块,通过加载正弦函数载荷,对柔性印制板进行了详细建模,分析柔性印制板的动态力学和疲劳性能。通过对比正弦载荷中间加压、正弦载荷两端加压、线性载荷中间加压、线性载荷两端加压,四种不同载荷和加载方式组合下FPC的Von Mises Stress最大应力和最小应力,考察载荷方程、加载方式和加载频率对疲劳性能的影响。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 课题背景和研究意义  11
  1.2 国内外发展现状及趋势  11-17
  1.3 本人主要完成的工作  17
  1.4 本论文的章节结构  17-18
第二章疲劳可靠性的理论分析与评估方法  18-26
  2.1 可靠性指标  18-19
  2.2 疲劳性能测试母体参数估计  19-23
    2.2.1 S-N 曲线和P-S-N 曲线  19
    2.2.2 利用最大似然法测定疲劳性能曲线  19-21
    2.2.3 正态分布母体参数估计  21-22
    2.2.4 威布尔分布母体参数估计  22-23
  2.3 应力—强度干涉模型  23-24
  2.4 Miner 线性累计损伤理论  24
  2.5 Manson-Coffin 低周期疲劳公式  24-25
  2.6 本章总结  25-26
第三章柔性印制板疲劳可靠性试验  26-38
  3.1 技术标准和失效判据  26-27
  3.2 抽样检查  27
  3.3 疲劳试验需要注意的问题  27-29
  3.4 FPC 疲劳试验概述  29-34
    3.4.1 试验对象和试验目的  29-30
    3.4.2 试验设备  30-32
    3.4.3 试验数据记录分析  32-34
  3.5 FPC 疲劳试验方案  34-37
    3.5.1 试验标准  34
    3.5.2 试样尺寸  34-35
    3.5.3 试验平台  35-36
    3.5.4 试验步骤  36-37
  3.6 本章总结  37-38
第四章柔性印制板 ANSYS 疲劳仿真  38-53
  4.1 有限元分析  38-40
  4.2 ANSYS 疲劳分析理论  40-41
    4.2.1 疲劳的定义  40
    4.2.2 基本术语  40-41
    4.2.3 ANSYS 疲劳计算步骤  41
  4.3 FPC 疲劳分析实例  41-52
    4.3.1 前处理  41-44
    4.3.2 后处理  44-45
    4.3.3 疲劳分析模块  45-49
    4.3.4 疲劳数据分析  49-52
  4.4 本章总结  52-53
第五章柔性印制板 LS-DYNA 疲劳仿真  53-71
  5.1 LS-DYNA 简介  53
  5.2 LS-DYNA 前处理  53-58
  5.3 LS-DYNA 后处理  58-62
  5.4 疲劳数据分析  62-64
  5.5 疲劳数据对比  64-69
  5.6 本章总结  69-71
第六章结论和展望  71-74
  6.1 论文总结  71-72
  6.2 研究展望  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-79
攻读硕士期间取得的研究成果  79-80

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