基于MSC Nastran加固印制板的振动特性仿真分析
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摘要： 针对某车载电子设备中印制电路板拟采取的2种加固方式，从提高印制板固有频率、减小其振幅和响应出发，利用动力学理论和有限元法，应用MSC nastran进行模态、频率响应和随机振动对比分析.分析结果可为印制板加固方案确定和电子设备动态性能的提高提供参考.
关键词： 印制板； 模态； 频率响应； 随机振动； MSC Nastran
中图分类号： U463.6文献标志码： B
0引言
印制电路板是电子设备的重要组成部分，车载电子设备在运输、贮存和使用过程中不可避免地要受到各种机械力（振动、冲击、离心力及运动产生的摩擦力等）作用.[1]如果印制板的元器件布局或加固方式不合理，会发生印制板元器件引线、焊点以及印制板铜箔导线断裂等故障，最终导致电子设备电气性能下降或失效，进而影响电子设备的可靠性.因此，印制板的安装固定方式及其在机箱中支承连接形式成为影响其动态性能的重要因素.
本文从车载电子设备中印制板的动力学分析入手，寻求提高车载电子设备的环境适应性方法，运用动力学理论和有限单元法，借助仿真分析工具MSC Nastran进行印制板的动态性能分析和比较，为印制板加固方案的确定和电子设备可靠性的提高提供参考.
1模态分析
模态分析可以获得结构的固有频率和固有振型，是进行响应分析的基础，通过进行结构的固有特性分析可以有效避开结构的共振频率.
1.2.4结果分析
（1）在20～2 000 Hz振动频率范围内，印制板的固有频率成分较多，因此不可避免地产生多阶共振现象，使印制板容易共振疲劳破坏.
（2）由模态云图可知，靠近印制板与铝框架安装点的部分，印制板的主振型较小；在远离安装点的部分，印制板的主振型非常大.因此，安装在印制板中间的电子元器件会受到较强的影响.
（3）一般而言，造成印制板损坏的直接原因是共振幅度较大.方案A的1阶固有频率较低，相应的1阶共振幅度就会很大；方案B增加加强筋和支撑点，印制板中间位置的主振型明显减小.因此，对于抗振性差的器件或电性能对振动敏感的器件，其振动可靠性是影响电子设备性能的关键所在，应将其放在主振型小的位置.
（4）随着固有频率阶次的提高，印制板的主振型变得比较复杂，在不同部位会出现振动节点.这为电子元器件的位置优化，避免其受到较强振动提供一个很好的思路.
2随机振动分析
随机振动响应分析是计算在随机振动条件下结构的动力响应，可以得到结构响应的功率谱密度曲线，显示响应能量在频域上的分布.[5]
（1）随机振动分析时，任一瞬时各种频率成分的激励同时作用在印制件上，因此无法预测结构瞬时的振动变化规律，但从频率响应和随机振动分析结果可知，印制件的响应在其固有频率点附近均有变化趋势的改变.
（2）印制板加固后固有频率提高，因此方案B相对于方案A的响应峰值后移，对于在2～200 Hz频率范围工作的车载地面设备，印制板抗振性能明显增强.
（3）由于固有频率提高，使得方案B峰值点响应的加速度均方根值略高于方案A，因此，在印制件电路设计中，除根据分析结果进行元器件合理布置外，针对方案B可采取约束阻尼处理技术，以减小印制板谐振产生较大动载荷.
（4）对于元器件相对较多，不便过多加固的印制板，在机箱和印制板固有频率满足倍频法则的前提下，可以采用方案A进行印制件的设计.
3结束语
运用数值仿真分析技术，从结构和电路设计出发，全面研究印制板的动态特性，具有现实意义.本文通过动力学仿真分析，实现印制板加固方案的可行性对比分析.针对不同印制件，采取优化元器件布局，通过改变其支撑加固方式、结构尺寸和性能参数等，对印制件去耦以减小其频率分布范围，在电子设备总体布局时，避开机箱主振方向，对电子设备整机隔振等方式，均有助于提高印制板的动态性能和电子设备可靠性.
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