автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Автоматизированная информационно-измерительная система для имитационного моделирования тепловых полей в конструктивных модулях радиоэлектронных средств

Введение

Глава 1. Расчет тепловых процессов в РЭС и методы измерений теплофизических характеристик радиоматериалов

1.1. Основы теории теплообмена в РЭС 1.1.1 Основные понятия и определения 1 „

1.1.2. Передача тепла теплопроводностью 2q

1.1.3. Передача тепла конвекцией

1.1.4. Критерии подобия

1.1.5. Определение коэффициента конвективного теплообмена при естественной конвекции в неограниченном пространстве

1.1.6. Передача тепла излучением ^

1.1.7. Принципы суперпозиции температурных полей и местного влияния

1.1.8. Электротепловая аналогия

1.2. Методы теплового моделирования и расчета тепловых режимов конструкций РЭС 2g

1.2.1. Методы теплового моделирования конструкции РЭС ^д

1.2.2. Методы расчета тепловых режимов конструкций РЭС ^

1.3. Применение сплавов железа с никелем и кобальтом в качестве радиоматериалов РЭС ^

1.3.1. Печатные платы (ПП) ^д

1.3.2. Герметизация изделий РЭС ^

1.3.3. Проводниковые материалы с высоким электрическим сопротивлением ^

1.3.4. Ферромагнетики ^

1.3.5. Низкочастотные магнитомягкие материалы ^

1.3.6. Припои

1.4. Методы и средства измерения теплофизических свойств материалов

1.4.1. Нестационарные методы исследования теплофизических свойств материалов ^

1.4.2. Метод плоских температурных волн

1.4.3. Импульсные методы

1.4.4. Метод Паркера

1.4.5. Методы измерения теплофизических коэффициентов при измерении температуры с передней поверхности ^

1.4.5.1. Фотодефлекционный метод измерения теплофизических свойств («мираж-метод») ^

1.4.5.2. Импульсный метод измерения ТФС с использованием лазерного нагрева

1.5. Выводы и постановка цели и задач исследований , t

Глава 2. Математические модели теплофизических процессов в конструктивных модулях радиоэлектронных средств ^

2.1. Уравнения математической физики, описывающие тепловые поля в трехмерном пространстве ^

2.2. Постановка краевых задач ^

2.3. Аналитическое решение уравнения теплопроводности ^

2.4. Конечноэлементная аппроксимация плоских конструктивных модулей РЭС ^

2.5. Полученные результаты и выводы ^

Глава 3. Разработка информационно-измерительных средств с элементами искусственного интеллекта для определения температуропроводности радиоматериалов ^ ^ 3.1. Диагностика теплофизических свойств радиоматериалов по коэффициенту температуропроводности ^ ^

3.2. Устройства для селекции признаков при распознавании квазилинейного участка напряжения для вычисления коэффициента температуропроводности

3.3. Диагностика анизотропии структурной плотности радиоматериалов

3.4. Применение кубических сплайнов для интерполяции функций температуропроводности, заданных экспериментальными данными

3.5. Полученные результаты и выводы ^у

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований теплофизических характеристик железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов

4.1. Железо-никелевые сплавы

4.1.1. Температуропроводность Fe-Ni сплавов при высоких температурах

4.1.2. Теплопроводность Fe-Ni сплавов при высоких температурах

4.2. Железо-кобальтовые сплавы 4.2.1. Температуропроводность Fe-Co сплавов при высоких температурах ^ 4.2.2. Теплопроводность Fe-Co сплавов при высоких температурах ^ ^

4.3. Полученные результаты и выводы ^ g

Актуальность темы. Неуклонная тенденция к повышению степени интеграции микроэлектронной и миниатюризация конструктивных радиоэлектронной аппаратуры привели к резкому росту удельной мощности рассеения за счет большой плотности упаковки активных элементов внутри РЭС и увеличения скорости переключения элементной базы. Большинство элементов конструкции имеют температурно-зависимые свойства. Колебания температуры приводят к изменению размеров деталей. При высоких значениях температур в пластмассах возрастает электропроводность, вызывающая токи утечки, в магнитных материалах снижается индуктивность насыщения, а при достижении точки Кюри магнитные свойства вообще пропадают, в полупроводниковых структурах изменяется плотность и подвижность носителей тока, а также происходят химические реакции, способные привести к их разрушению. Например, в интегральных схемах на МДП-структурах при в = 673-713 К алюминий поглощается двуокисью кремния, что разрушает внутренние соединения. Резисторы имеют как положительный, так и отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Пространственно-временное изменение температуры влияет на помехоустойчивость и интенсивность отказов элементов.

Конструкция РЭС должна обеспечить тепловой режим, при котором температуры ее элементов равны или ниже допустимых значений по техническому заданию. Для этого необходимо применять системный подход на основе схемотехнического и конструкторского САПРов и автоматизировать процесс оптимизации параметров тепловых и иных полей при конструирования РЭС, а не пользоваться методом проб и ошибок, основанном на прикидочном растете те-плофизических характеристик конструкции с помощью критериев подобия.

В настоящее время для этого за рубежом создан ряд пакетов программ. Например, пакет программ BETA Soft выполняет расчет тепловых режимов на уровнях электронных систем, печатных плат и отдельных компонентов. Исходная информация о топологии проекта передается из САПР AutoCAD, Cadence, CADSTAR, Cadnetix, Calay, Case-Teradyne, Computer Vision, EEDesigner III, Intergraph, Mentor, OrCAD, PADS, P-CAD, Protel, Scicards, Tango, Ultiboard, Valid Allegro, Visula и др. Информация о компонентах основных фирм хранится в собственной базе данных. Затем вводятся данные о материале печатной платы, условиям теплопередачи, наличии естественного или искусственного охлаждения и т. п. После этого рассчитывается температура отдельных компонентов, выводится на экран карта распределения температур и градиента температур.

Пакет программ ESC моделирует распределение тепла в объеме электронных блоков. Кроме того, он позволяет оптимизировать расположение критических компонентов, дает рекомендации по размещению вентиляторов, распределяет отвод тепла между радиаторами и вентиляционными отверстиями и др.

Программный продукт FLOTHERM фирмы Flomerics, состоящий из трех основных модулей: FLOMOTION, FLOPACK, FLOVENT, позволяет проводит тепловой анализ электронных систем. С помощью модуля FLOMOTION можно визуально наблюдать картину теплового поля в динамике в режиме реального времени в условиях естественной конвекции и с использованием вентиляторов. Данный программный модуль позволяет оптимизировать количество и расположение вентиляторов в объеме. FLOPACK - уникальный продукт на основе ^Геб-технологий, который позволяет пользователям FLOTHERM разрабатывать надежные, точные тепловые модели ИС с минимумом затрат. FLOVENT позволяет расчитывать поток воздуха, теплопередачу и т.д. Использует технологию «Вычислительной поточной динамики» (CFD).

Однако общими недостатками всех вышеперечисленных продуктов являются: их высокая стоимость, избыточность (большой удельный вес занимают модули проектирования БИС, СБИС, ПЛИС), отсутствие отечественных библиотек моделей радиоэлементов и компонентов для схемотехнического моделирования, отсутствие отечественных баз данных для оценки эксплуатационной надежности радиоэлектронной аппаратуры. Кроме того, большим недостатком всех систем автоматизированного проектирования является отсутствие модулей оптимизации размещения и компоновки элементов на печатных узлах и микросхемах по критериям температурных перегревов, тепловых деформаций и надежности.

Цель работы - проведение комплексных исследований, направленных на получение научно-обоснованных технических и методических решений, способствующих созданию математических моделей теплофизических процессов конструктивных модулей РЭС на основе их конечноэлементной дискретизации, разработке информационно-измерительных средств, осуществляющих верификацию теплофизических характеристик конструкционных радиоматериалов для формирования базы данных, и реализации алгоритмов имитационного моделирования картин тепловых полей внутри РЭС с учетом анизотропии параметров деталей реальных конструкций РЭС.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

- построить математические модели тепловых процессов для двумерных и трехмерных конструктивных модулей РЭС и получить для них аналитическое решение уравнения теплопроводности;

- осуществить аппроксимацию непрерывной искомой функции температуры, зависящей от двух координат, кусочно-непрерывной, определенной на множестве двумерных конечных элементов (КЭ); обеспечить функционирование автоматизированной подготовки топологической информации; определить наиболее подходящие функции формы для аппроксимирующих КЭ;

- разработать информационно-измерительные средства для определения коэффициента температуропроводности путем импульсного воздействия лазерного луча в точку поверхности конструкции РЭС, теплофизические свойства которой исследуются; вывести аналитическую зависимость коэффициента температуропроводности от полуамплитуды напряжения на выходе датчика температуры, установленного в контролируемой точке детали конструкции РЭС;

- разработать способы диагностики анизотропии структурной плотности радиоматериалов деталей конструкции РЭС в различных направлениях; аппроксимировать полученные экспериментальные кривые температуропроводности кубичными сплайн-функциями, устанавливающие аналитическую зависимость коэффициента температуропроводности от координат;

- разработать методику и аппаратурное обеспечение исследования тем-пературно-концентрационных зависимостей коэффициента температурпровод-ности сплавов, широко применяющихся в качестве радиоматериалов конструкций РЭС, от температуры, основанную на импульсном воздействии луча оптического квантового генератора на поверхность сплава;

- на высокочистых и аттестованных образцах сплавов железа с никелем и железа с кобальтом во всем диапазоне концентрации выполнить комплексные исследования температуропроводности и теплопроводности; полученные экспериментальные данные поместить в базу данных;

- на основе полученных математических моделей тепловых процессов, конечноэлементной аппроксимации плоских конструктивных модулей РЭС и базы данных произвести имитационное моделирование картин тепловых полей внутри конструкций РЭС для достижения квазиоптимальных режимов работы РЭС.

Объектом исследования являются: информационно-измерительные средства для определения теплофизических характеристик элементов конструкций радиоэлектронных средств (РЭС), устройства для верификации параметров сигналов датчика температуры, конструктивные модули РЭС, железо-никелевые и железо-кобальтовые сплавы как радиоматериалы для РЭС.

Предметом исследования являются: математические модели тепловых процессов в двумерных и трехмерных конструктивных модулях РЭС, аналитическое решение уравнения теплопроводности, конечно-элементная дискретизация плоских конструктивных модулей РЭС, применение вариационного исчисления и метода Галеркина для определения вектора узловых значений конечно-элементных моделей РЭС, экспериментальные зависимости температуропроводности и теплопроводности железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов от температуры.

Методы исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные исследования.

Теоретические исследования основаны на решении уравнений математической физики параболического и эллиптического типов, а также на фундаментальных основах теплофизики. Для построения приближенной исследуемой модели конструктивного модуля РЭС применен подход, в основе которого лежит метод сеток, а именно: метод конечных элементов (МКЭ), который позволяет создавать высококачественные универсальные программные комплексы для ЭВМ. Рассмотрены методы аппроксимации непрерывной функции температуры кусочно-непрерывной, определенной на множестве КЭ.

Определение вектора узловых значений конечно-элементной модели конструкции РЭС осуществлялось на основе метода, основанного на вариационной постановке задачи, требующей минимизации специально подобранного функционала, и метода Галеркина, сводящего решение уравнения теплопроводности к системе алгебраических уравнений.

Вывод расчетной формулы для коэффициента температуропроводности осуществлялся в результате решения уравнения теплопроводности методом источников с граничным условием третьего рода. Разработка информационно-измерительных средств для верификации теплофизических средств радиоматериалов осуществлялась на основе теоретических основ информатики, радиоэлектроники и микропроцессорных вычислительных средств, а также с учетом теории измерения электрических и тепловых величин. Оценка погрешностей измерений основана на теории точности измерительных систем. Аппроксимация полученных экспериментальных зависимостей коэффициента температуропроводности от координат проводилась с помощью кубичных сплайн-функций.

Получение экспериментальных зависимостей температуропроводности и теплопроводности от температуры для железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов осуществлялось с помощью импульсного метода измерения с использованием лазерного нагрева.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена результатами системного анализа тепломассообмена в конструктивных модулях РЭС, использованию математических моделей тепловых полей и основополагающих методов теплофизики, теории дифференциальных уравнений и функционального анализа.

Алгоритмы имитационного моделирования тепловых полей внутри конструктивных модулей РЭС, предложенные в работе, основаны на вычислительном эксперименте, теории обработки сигналов и информационных технологиях для создания базы данных теплофизических характеристик радиоматериалов.

Достоверность экспериментальных результатов обеспечена использованием аттестованных средств измерений, большим объемом экспериментального материала и хорошей воспроизводимостью результатов.

На защиту выносятся разработанные автором работы информационно-исмерительные средства для исследования теплофизических свойств радиоматериалов, параметры которых необходимы для компьютерного математического моделирования теплофизических процессов внутри конструктивных модулей РЭС для получения виртуальных картин реальных тепловых полей, показывающих температурные режимы работы каждого электрорадиоэлемента и узла конструкции РЭС, в том числе:

- структурные и функциональные схемы технических средств для верификации теплофизических свойств радиоматериалов на основе коэффициента температуропроводности; способы распознавания квазилинейного участка электрического напряжения на выходе датчика температуры; устройство для определения анизотропии свойств материалов конструкций РЭС;

- аналитическое решение уравнения теплопроводности как сумма некоторых функций, являющихся решением неоднородного уравнения с однородными и неоднородными граничными условиями;

- конечно-элементная дискретизация конструктивных модулей РЭС; некоторые подходы к разбиению области на КЭ; определение выражений функций формы для КЭ, наиболее удобных при исследовании двумерных конструктивных модулей РЭС;

- анализ полученных экспериментальных зависимостей температуропроводности и теплопроводности от температуры для радиоматериалов, широко используемых в конструкциях РЭС; применение импульсного метода лазерного нагрева для исследования теплофизических свойств железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов.

Научная новизна полученных результатов определяется впервые проведенными комплексными исследованиями, направленными на разработку научно-обоснованных технических решений, способствующих созданию автоматизированной - информационно измерительной системы для исследования теплофизических свойств радиоматериалов, создания базы данных параметров элементной базы и деталей конструкций РЭС, зависящих от температуры, для осуществления математического и имитационного моделирования тепловых полей в конструктивных модулях РЭС, в ходе которых:

- разработаны основополагающие принципы селекции признаков для распознавания квазилинейного участка электрического напряжения на выходе датчика температуры, установленного в точке конструкции РЭС, на расстоянии между которой и точкой воздействия лазерного луча определяется коэффициент температуропроводности; выведены математические формулы для определения по экспериментальным данным коэффициента температуропроводности для случаев, когда не учитывается и учитывается конвективный теплообмен со средой;

- предложены оригинальные способы и устройства для верификации коэффициента температуропроводности радиоматериалов, осуществляющиеся путем воздействия лазерного луча в точку поверхности объекта, последовательном преобразовании оптической энергии лазерного луча сначала в первый опорный сигнал, а затем в электрический, фильтрации последнего, формирования второго опорного сигнала путем задержки электрического сигнала на фиксированный интервал времени, определения разностного сигнала между электрическим и вторым опорным сигналом, сравнение его с нижним и верхним пороговыми уровнями напряжения, определения первого и второго моментов времени, когда соответственно разностный сигнал заходит в интервал между нижним и верхним пороговыми уровнями и выходит из него, определения в эти моменты значений электрического сигнала, и во время между ними по определенным значениям электрического сигнала по наперед выведенной формуле расчета коэффициента температуропроводности, учитывающего теплообмен со средой;

- сформулирована обобщенная математическая модель для конструктивных модулей РЭС в виде дифференциального уравнения теплопроводности, в которой заданы граничные и начальные условия; определено решение для уравнения теплопроводности, которое следует применять при расчете теплофи-зических характеристик внутри конструктивных блоков РЭС;

- в результате проведенного теоретического анализа уравнений математической физики, описывающих тепловые поля в двумерном и трехмерном пространствах, определен математический аппарат для применения его при имитационном моделировании картин тепловых полей в РЭС при их конечно-элементной дискретизации;

- имитационное моделирование виртуальных картин тепловых полей в двумерных и трехмерных конструктивных модулях РЭС осуществлено с помощью разбиения конструкции на КЭ, определения аппроксимирующей функции для каждого элемента, объединения КЭ в ансамбль, позволяющий составить систему алгебраических уравнений, размерность которой определяется суммарным количеством узлов всех КЭ, и определения вектора узловых значений функции температуры на поверхности или в объеме конструкции РЭС;

- с помощью созданной информационно-измерительной системы, обеспечивающей импульсное воздействие лазерного луча в точки поверхности конструкции РЭС, преобразования тепловой энергии, снимаемой в контролируемой точке конструкции, в электрический сигнал, предварительной обработки сформированного сигнала и вычисления с помощью компьютера теплофизических характеристик получены экспериментальные зависимости коэффициентов температуропроводности и теплопроводности для железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов в зависимости от температуры их нагрева и процентного содержания соответственно никеля и кобальта в железе.

Практическая ценность. Полученные в работе основные теплофизиче-ские характеристики необходимы конструкторам и технологам для их учета при проектировании и производстве печатных плат, применяемых в изделиях с большой токовой нагрузкой, работающих при повышенных температурах, проводниковых материалов с высоким электрическим сопротивлением и материалов для герметизации РЭС, ферромагнетиков, низкочастотных магнитомягких материалов, в которых имеет место высокое содержание железо-никелевых и железо-кобальтовых сплавов.

Созданная автоматизированная информационно-измерительная система для исследования теплофизических свойств объектов на основе импульсного метода с использованием лазерного нагрева позволяет оперативно получить величины теплофизических характеристик различных радиокомпонентов, радиоматериалов, электрорадиоэлементов и других деталей и изделий конструктивных модулей РЭС для формирования из них базы данных для последующего использования их в системах САПР.

Конечно-элементная дискретизация конструкций РЭС, математическое и имитационное их моделирование позволяет для различных векторов параметров в фиксированные моменты времени формировать на экране монитора компьютера виртуальные картины тепловых полей, которые наглядно показывают, в каких температурных режимах работает тот или иной радиоэлемент, какова величина перегрева отдельных узлов, микросборок и микросхем. При этом созданная база данных теплофизических констант обеспечивает реальные параметры радиоматериалов с учетом анизотропии их физических свойств.

Работа выполнялась в соответствии с планами госбюджетных и хоздоговорных НИР, проводимых ИжГТУ и Удмуртским производственным геологическим объединением: № ГР 81008262 «Разработка и внедрение аппаратуры цифровой записи параметров каротажа для серийных каротажных станций. Разработка конструкторской документации и изготовление опытной партии»; № ГР 01860022095 «Совершенствование методов и средств конструирования аппаратуры регистрации геофизической информации с помощью ЭВМ».

Реализация работы в производственных условиях. Результаты диссертации были использованы при проведении исследований теплофизических свойств ряда радиоматериалов по заказам промышленных предприятий.

При непосредственном участии автора разработаны и применены на практике информационно-измерительные средства, обладающие более высокой точностью определения коэффициента температуропроводности за счет включения в состав технических средств радиотехнических блоков, устраняющих влияние помех на процесс измерения.

Результаты работы могут быть использованы в научно-исследовательс-ских и заводских лабораториях для проведения экспресс-измерений и при диагностике технического состояния изделий и производственном контроле.

Апробация работы. Отдельные законченные этапы работы докладывались и обсуждались на Втором научно-техническом семинаре «Электрофлук-туационная диагностика материалов и сплавов микроэлектроники» (Казань, 1983). Всесоюзной научно-технической конференции «Координатно-чувствительные фотоприемники и оптоэлектронные устройства на их основе» (Барнаул, 1985), Всесоюзной научно-технической конференции «Конструктивно-технологическое обеспечение качества микро- и радиоэлектронной аппаратуры при проектировании и в производстве» (Ижевск, 1988), Зональной научно-технической «Методы оценки и повышения надежности РЭА» (Пенза, 1989); Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем» (Пенза, 1998), IV Российской университетско-академической научно-практической конференции (Ижевск, 1999), Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (Ижевск, 2000, 2001), 31-33 Научно-технической конференции ИжГТУ (Ижевск, 1999-2002 гг.); Российской научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2001), Международный Самарский симпозиум телекоммуникаций для руководящих работников отрасли связи (1994, 1996, 2000). Международной конференции: International Conference «Vibroengineering-2001» (Каунас, Литва, 2001).

Публикации. Результаты работы отражены в 14 научных публикациях: 5 статей в центральной печати, 2 депонированные рукописи, 5 трудов международных и российских конференций и 2 научно-технических отчета по госбюджетным и хоздоговорным НИР.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы и заключение, изложенные на 175 с. машинописного текста. В работу включены 65 рис., 4 табл., список литературы из 106 наименований и приложение, в котором представлен акт об использовании результатов работы.

В результате проведенных в работе комплексных исследований, направ ленных на получение научно-обоснованных технических и методических ре шений, способствующих созданию математических моделей теплофизических процессов в конструктивных модулях РЭС на основе их конечноэлементной дискретизации, решена проблема по созданию автоматизированной информа ционно-измерительной системы для измерения теплофизических деталей кон струкций РЭС, формирования базы данных параметров радиоэлементов и реа лизации алгоритмов имитационного моделирования картин тепловых полей внутри РЭС с учетом анизотропии параметров деталей реальных конструкций

1. В результате проведенного теоретического анализа уравнений матема тической физики, описывающих тепловые поля в двумерном и трехмерном пространствах, определен математический аппарат для применения его при имитационном моделировании картин тепловых полей в РЭС при их конечно элементной дискретизации. Построены математические модели тепловых про цессов для двумерных и трехмерных конструктивных модулей РЭС и получены для них аналитические решения уравнения теплопроводности.2. Исходя из математических моделей тепловых процессов для двумер ных и трехмерных конструктивных модулей РЭС, записано аналитическое вы ражение, показывающее, что решением задачи для уравнения теплопроводно сти внутри конструктивных модулей РЭС является сумма решений однородных уравнений с однородным и неоднородным граничными условиями.3. Для построения приближенной модели конструктивного модуля РЭС применен подход, в основе которого лежит метод МКЭ, который обеспечивает хорошую точность, он доступен и прост для понимания, применим для задач с произвольной формой области решения и позволяет создавать высококачест венные универсальные программные комплексы для ЭВМ.

4. Осуществлена аппроксимация непрерывной искомой функции темпе ратуры, зависящей от двух координат, кусочно-непрерывной, определенной на множестве двумерных КЭ; определены наиболее подходящие функции формы для дискретизирующих конструкции РЭС КЭ.

5. На основе полученных математических моделей тепловых процессов, конечноэлементной дискретизации плоских конструктивных модулей РЭС и базы данных получена возможность осуществления имитационного моделиро вания картин тепловых полей внутри конструкций РЭС для достижения квази оптимальных режимов работы РЭС.

6. Разработаны основополагающие принципы селекции признаков для распознавания квазилинейного участка электрического напряжения на выходе датчика температуры для определения коэффициента температуропроводности путем импульсного воздействия лазерного луча в точку поверхности конструк ции РЭС, теплофизические свойства которой исследуются.7. Разработаны структурные и функциональные схемы информационно измерительных средств для верификации теплофизических свойств радиомате риалов на основе коэффициента температуропроводности, а также способы распознавания квазилинейного участка электрического напряжения на выходе датчика температуры.8. Выведены математические формулы для определения по эксперимен тальным данным коэффициента температуропроводности для случаев, когда на точность определения температуропроводности влияет и не влияет конвектив ный теплообмен со средой.9. Предложенные оригинальные способы и устройства для верификации коэффициента температуропроводности радиоматериалов осуществляются пу тем воздействия лазерного луча в точку поверхности объекта, последовательном преобразовании оптической энергии лазерного луча сначала в первый опорный сигнал, а затем в электрический, фильтрации последнего, формирования второго опорного сигнала путем задержки электрического сигнала на фиксированный интервал времени, определения разностного сигнала между электрическим и вторым опорным сигналом, сравнение его с нижним и верхним пороговыми уровнями на пряжения, определения первого и второго моментов времени, когда, соответст венно, разностный сигнал заходит в интервал между нижним и верхним порого выми уровнями и выходит из него, определения в эти моменты значений электри ческого сигнала, и во время между ними по определенным значениям электриче ского сигнала по наперед выведенной формуле расчета коэффициента температу ропроводности.10. Разработаны способы диагностики анизотропии структурной плотно сти радиоматериалов деталей конструкции РЭС в различных направлениях; ап проксимированы полученные экспериментальные кривые температуропровод ности кубичными сплайн-функциями, устанавливающ;ими аналитическую зави симость коэффициента температуропроводности от координат.11. Разработана методика и аппаратурное обеспечение исследования тем пературно-концентрационных зависимостей коэффициента температурпровод ности сплавов, широко применяющихся в качестве радиоматериалов конструк ций РЭС, от температуры, основанную на импульсном воздействии луча опти ческого квантового генератора на поверхность сплава;

12. На высокочистых и аттестованных образцах сплавов железа с нике лем и железа с кобальтом во всем диапазоне концентрации выполнены ком плексные исследования температуропроводности и теплопроводности; полу ченные экспериментальные данные помещены в созданную в базу данных.13. На основе полученных математических моделей тепловых процессов, конечноэлементной дискретизации плоских конструктивных модулей РЭС и базы данных получена возможность осуществления имитационного моделиро вания картин тепловых полей внутри конструкций РЭС для достижения квази оптимальных режимов работы РЭС.

14. С помощью созданной автоматизированной информационно-измери тельной системы, обеспечивающей импульсное воздействие лазерного луча в ТОЧКИ поверхности конструкции РЭС, преобразования тепловой энергии, сни маемой в контролируемой точке конструкции, в электрический сигнал, предва рительной обработки сформированного сигнала и вычисления с помощью ком пьютера теплофизических характеристик получены экспериментальные зави симости коэффициентов температуропроводности и теплопроводности для же лезо-никелевьгк и железо-кобальтовых сплавов в зависимости от температуры их нагрева и процентного содержания соответственно никеля и кобальта в же лезе.15. Получены результаты измерений температуропроводности сплавов системы Ре-Ш в диапазоне температур от 900 К до температуры плавления. В районах фазовых переходов на образцах с большим содержанием Ре наблюда ются достаточно ярко выраженные аномалии. В районе точки Кюри имеется чёткий минимум, острота которого уменьшается по мере увеличения концен трации второго компонента. Для чистого железа а-у - структурный переход

(оцк-гцк) сопровождается скачкообразным увеличением температуропроводно сти. Для сплавов же существует широкая дв)афазная область, но при этом на чало перехода сопровождается изменением кривизны политермы а{Т), а конец перехода - различными максимумами.16. Приведены результаты измеренных значений температуропроводности сплавов с содержанием никеля от 4,5 до 90,1% в температурном интервале от 960 К до плавления. На кривой температуропроводности для образцов с концен трацией никеля в 4,5 и 9,2 % наблюдается аномальное поведение температуро проводности при температурах 1045 и 960 К.

17. Представлена концентрационная зависимость температуропроводности сплавов системы Ре-Ш при 1300 К, из которой следует, что температуропровод ность сплавов системы Ре-Ш вдали от фазовых переходов возрастает с увеличе нием содержания N1 от 6-10'^ м^с для железа и до 9-10"^ м^/с для сплава с концен трацией никеля 90,1%. Наблюдаемый монотонный рост температуропроводности нарушается только для образца с содержанием никеля 4,5%. В пределах по грешности литературные данные совпадают с измеренными.18. Получены обобщенные данные о теплопроводности сплавов Ре-Ш с концентрацией 1,2; 2,1,; 3,3 и 4,5% Ш в области температур 1200-1700 К, из кото рых видно, что с увеличением температуры теплопроводность в парамагнитной области для указанных сплавов монотонно возрастает.19. Экспериментально получены политермы теплопроводности сплавов Ре - 28,6% М; Ре - 44,2% N1 иРе - 51,6% N1 в парамагнитной области. Для ука занных сплавов зависимости /1(7) близки к линейным и имеют положительный температурный коэффициент.20. Исследована температуропроводность Ре-Со сплавов в области высо ких температур. Поскольку в сплавах данной системы при концентрациях 32,3;

54,6; 69,2 и 81,5% Со температуры структурных и магнитных переходов очень близки, то для идентификации температурных переходов измерения проводи лись с разными темпами нагрева.21. Получены политермы а{Т) для образцов сплавов системы Ре-Со с концентрацией 1,2; 2,5; 3,1 и 4,7% Со. Зависимости а(Т) для данных сплавов очень похожи на политерму температуропроводности для чистого железа. В точках Кюри температуропроводность указанных сплавов достигает 3,5-10'^ м^/с. В районах структурных переходов температуропроводность испытывает скачок примерно на 0,5-10"^ м^с в температурном интервале 20-35 К. На кривой а{Т) для сплава с 2,5% Со вблизи плавления обнаружен небольшой скачок тем пературопроводности. Значения температуропроводности данных сплавов пе рекрываются во всем исследованном температурном интервале.22. По данным теплопроводности сплавов системы Ре-Со построена ее концентрационная зависимость, из которой следует, что при возрастании концентрации кобальта теплопроводность сплавов данной системы монотонно увеличивается от 25 Вт/м-К до 50 Вт/м-К.

1. А. с. 463047, СССР, МКИ G 06 К 9/36, 1975.

2. A.c. 1038857, СССР, МКИ G 01 К 25/72, 1983.

3. A.c. 1147179, СССР, МКИ G 06 К 9/00. Способ селекции признаков прираспознавании образов / В.Е. Лялин, Л.Д. Загребин, P .M. Гараев и Н.Ф. Сипайлова (СССР). - № 3584281/24-24; Заявлено 25.04.83; Опубл. 22.11.84.

4. A.c. 1179807, СССР, МКИ G 06 И 9/36. Устройство для селекции признаков при распознавании образов / В.Е. Лялин, Л.Д. Загребин, В.Е. Зиновьев и B. А. Сипайлов (СССР). - №3549590/34-24; Заявлено 09.02.83; Опубл. 15.08.85.

5. А. с. 1333090, СССР, МКИ G06 К 9/00. Устройство для селекции признаков при распознавании образов / Поздеев В. С , Гараев P.M., Соловьев А.Б. (СССР) - №3989145/24-10; Заявлено 10.12.85; Опубл. - Бюл. 1987, №2.

6. A.c. 1387711, СССР, МКИ G 06 К 9/00. Устройство для селекции признаков при распознавании образов / P .M. Гараев, В.Е. Лялин, Л.Д. Загребин и М.Т. Камашев (СССР). - №4067250/24-24; Заявлено 07.04.83; Опубл. 1984.

7. A.c. 1407237, СССР, МКИ G 01 iV 25/18. Устройство для определениятемпературопроводности анизотропных материалов / Л.Д. Загребин, В.Е. Лялин, Ю.А. Шихов и В.А. Сипайлов. (СССР). - №4036311/31-25; Заявлено 1203.86; Опубл. 1.03.88.

8. A.c. 1735877, СССР, МКИ G 06 Н 9/00. Устройство для селекции признаков при распознавании образов / В.Е. Лялин, P.M. Гараев, B.C. Поздеев, В.А. Сипайлов и Л.Д. Загребин (СССР). - №4702277/24; Заявлено 24.06.89; Опубл. Бюл. 1992, № 19.

9. Алиев М.И., Гусейнов Р.Э., Араслы Д.Г. Измерение температуропроводности полупроводников методом светового импульса. - ИФЖ, 1972, т.22, 6, C. 1055-1059.

10. Бицадзе A.B. , Калиниченко Д.Ф. Сборник задач по уравнениям математической физики. М.: Наука, 1985.- 220 с.

11. Боголюбов А.Н., Кравцов В.В. Задачи по математической физике:Учеб. Пособие. - М.: Изд-во МГУ, 1998. - 350 с.

12. Будак Б.М., Самарский A.A. , Тихонов А.Н. Сборник задач по математической физике. М.: Наука, 1972. - 372 с.

13. Вертман A.A. , Самарин A . M . Свойства расплавов железа. - М.: Наука.- 1989.- 280 с.

14. Владимиров B.C., Михайлов В.П., Вашарин A .A . , Каримова Х.Х., Сидоров Ю.В., Шабунин М.И. Сборник задач по уравнениям математической физики. М.: Наука, 1974.-328 с.

15. Власов Б.В., Талуц СТ. , Зиновьев В.Е. и др. Температуропроводностьи теплопроводность монокристаллического рения при высоких температурах в твердом и жидком состояниях. // ФМИ.- 1990, № 8. - 195-197.

16. Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем. - М.:Физматгиз, 1962.- 982 с.

17. Гуревич М.Е., Лариков Л.Н., Носарь А.И., Усов Ю.В. Теплофизические свойства железа, никеля и сплавов на их основе в интервале фазовых превращений // ИФЖ. - 1980. - Т.39, №6. - 1024-1029.

18. Деклу Ж. Метод конечных элементов. - М.: Мир, 1976. - 180 с.

19. Демаков Ю.П. Радиотехнические материалы и радиокомпоненты:Учеб. пособие для вузов: В 2 ч. - Ч.1: Радиотехнические материалы. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1997. - 320 с.'

20. Диаграмма состояния двух и многокомпонентных систем на основежелеза / Под ред. О.А.Банных, М.Е.Дрица. - М.: Металлургия. - 1986. - 125 с.

21. Дульнев Г.Н., Тарновский H.H. Тепловые режимы электронной аппаратуры. - Л.: Энергия, 1971. - 320 с.

22. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре.М.: Высшая школа, 1984. - 250 с.

23. Епин В.И. Электросопротивление сплавов на основе железа при высоких температурах: Дис. канд. физ.-мат. наук. - Свердловск. - 1981. - 180 с.

24. Завьялов Ю.С., Квасов Б.И., Мирошниченко В.Л. Методы сплайнфункции.- М.: Наука, 1980. - 352 с.

25. Загребин Л.Д., Зиновьев В.Е., Сипайлов В.А. Определение импульсным методом коэффициентов температуропроводности и теплопроводности полусферических образцов. - ИФЖ, 1981, т.40, 5, с. 864-869.

26. Загребин Л.Д. Автореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наук, Ижевск, 1982. - 16 с.

27. Загребин Л.Д., Зиновьев В.Е., Сипайлов В.А. Измерение температуропроводности массивных металлических образцов импульсным методом. ИФЖ, 1978, т.35, 3, 450-454.

28. Загребин Л.Д., Зиновьев В.Е., Сипайлов В.А. Импульсный метод определения теплофизических характеристик массивных металлических образцов. - Деп. в ВРШИТИ, №3163-79. - ИФЖ, 1980, т.38, 4, 728.

29. Загребин Л.Д. Учет влияния теплообмена при определении теплофизических параметров лазерным нагревом Тез. докл. Пятой Всесоюзн. научн.техн. конф. по теплофизике технологических процессов. Волгоград, 1980, с. 21.

30. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. - М.: Мир, 1975.240 с.

31. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация: Пер. сангл. - М.: Мир, 1986. - 318 с.

32. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. Справочник. - М.: Металлургия. - 1989.- 393 с.

33. Зорин В.А. Математический анализ. Часть I. Изд. 2-е, испр, и доп. М.:Изд-во МЦМНО, 1998. - 790 с.

34. Зорин В.А. Математический анализ. Часть П. Изд. 2-е, испр. и доп. М.:Изд-во МЦМНО, 1998. - 796 с.

35. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Физические основы конструирования итехнологии РЭА и ЭВА: Учебное пособие для вузов. - М.: Сов. радио, 1979. 352 с.

36. Казарновский Д. Я., Яманов А. Радиотехнические материалы:Учебник для радиотехнических специальностей вузов. - М.: Высшая школа, 1972.-312 с.

37. Клименко М.М., Кржижановский P.E., Шерман В.Е. Импульсный метод определения температуропроводности. - ИФЖ, 1976, т. 17, 6, 1216-1223.

38. Конструирование радиоэлектронных средств / В.Ф. Борисов, О.П.Лавренов, A.C. Назаров, А.Н. Чекмарев; Под ред. A.C. Назарова. — М.: Изд-во МАИ, 1996.-380 с.

39. Конструирование функциональных узлов ЭВМ на интегральных схемах. / Б.И. Ермолаев, В.И. Вартанян, И.В. Дудов и др.; Под ред. Б.И. Ефремова. - М.: Сов. радио, 1978. - 200 с.

40. Компоновка и конструкции микроэлектронной аппаратуры: Справочное пособие / П.И. Овсищер, И.И. Лившиц, А.К. Орчинский и др.; Под ред. Б.Ф. Высокого, В.Б. Пестяркова, O.A. Пятлина. - М.: Радио и связь, 1982. - 208с.

41. Кошляков Н.С, Глинер Э.Б., Смирнов М.М. Уравнения в частныхпроизводных математической физики. М.: Физматгиз, 1962. - 164 с.

42. Крафтмахер Я.Д. Теплоемкость металлов при высоких температурах //Работы по физике твердого тела. - Новосибирск: 1967.-вьш.1.- 38-90.

43. Кузьминых В.Н, Конечноэлементная аппроксимация плоских конструктивных модулей радиоэлектронных средств // Вестник ИжГТУ: Математическое моделирование радиоэлектронных средств телекоммуникационных систем. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2002, И-17.

44. Кулаков Н.В. К определению термических коэффициентов твердыхтермоизоляторов. ЖТФ, 1952, т.22, 1, с. 67-72.

45. Куриченко A .A . Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Свердловск, 1986. - 16 с.

46. Лебедев С В . , Савватимский А.Н. Металлы в процессе быстрого нагревания электрическим током большой плотности // УФН .- 1984. - т. 144. 215-250.

47. Лыков A.B . Теория теплопроводности. - М.: Высшая школа, 1967.599 с.

48. Максимей И.В. Математическое моделирование больших систем /Учеб. пособие для спец. «Прикладная математика». - Мн.: Выш. Шк., 1985. 119с.

49. Митчелл Э., Уэйт Р. Метод конечных элементов для уравнений с частными производными / Пер. с англ. В.Е. Кондаршева, В.Ф. Курякина; под ред. H.H. Яненко. - М.: Мир - 1981. - 216 с.

50. Мышкис А.Д. Математика для ВТУЗов. Специальные курсы. - М.:Наука, 1971.-632 с.

51. Ненашев А.П., Коледов Л.А. Основы конструирования микроэлектронной аппаратуры. - М.: Радио и связь, 1981. - 304 с.

52. Обэн Ж.П. Приближенное решение эллиптических краевых задач.М.:Мир, 1977.-370 с.

53. Пасынков В. В., Сорокин В. Материалы электронной техники:Учебник для вузов, - М.: Высшая школа, 1986. - 367 с.

54. Пелецкий В.Э., Тимрот Д.Л., Воскресенский В.Ю. Высокотемпературные исследования тепло- и электропроводности твердых тел. - М.: Энергия. - 1971.- 192 с.

55. Петренко А.И., Тетельбаум А.Я. Формальное конструирование электронно-вычислительной аппаратуры. - М.: Сов. радио, 1979. - 256 с.

56. Петрова И.И. Исследование теплоемкости тугоплавких соединенийимпульсным методом. - Сб.: Теплофизические свойства веществ при высоких температурах.

57. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А., Кустов В.А. Основы конструированиямикроэлектронных вычислительных машин. - М.: Высшая школа, 1976. - 270 с.

58. Применение сплайн функций для аппроксимации зависимостей температуропроводности в печатных узлах радиоэлектронных средств / Кузьминых В.Н.; ИжГТУ, 2001. - 46 с. - Деп. в ВИНИТИ 10.12.2001, № 2557 - В 2001.

59. Разработка информационно-измерительных средств с элементами искусственного интеллекта для определения температуропроводности материалов / Кузьминых В.Н., Лялин В.Е.; ИжГТУ, 2001. - 35 с. - Деп. в ВИНИТИ 1012.2001, №2561 - В 2001.

60. Рыкалин H.H., Углов A.A. , Кокора А.Н. Лазерная обработка металлов.- М.: Машиностроение, 1975. - 298 с.

61. Сабоннадьер Ж.-К., Кулон Ж.-Л. Метод конечных элементов и САПР /Пер. с фран. В.А. Соколова, М.Б. Блеер; под ред. Э.К. Стрельбицкого. - М.: М и р - 1 9 8 9 . - 192 с.

62. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем:Учебник для техн. вузов по спец. «Электрон, выч. маш.» - М.: Высш. шк., 1984. -248 с.

63. САПР: Система автоматизир. проектирования: Учеб. пособие для втузов. В 9 кн. Кн. 4. Математические модели технических объектов / В.А. Трудоношин, Н.В. Пивоварова; Под ред. И.П. Норенкова. - Мн.:Выш. шк., 1988.-159с.

64. Северцев H.A. Надежность сложных систем в эксплуатации и отработке: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 432 с.

65. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов / Перевод сангл. A .A. Шестакова; М.: Мир, 1979. - 392 с.

66. Свешников А.Г., Боголюбов А.Н., Кравцов В.В. Лекции по математической физике. М.: Изд-во МГУ, 1993.

67. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. / Под ред.Ю.В. Корицкого и др. - 3-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - Т. 2. 464 с.

68. Справочник по электротехническим материалам / Под ред. Ю.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева. - 3-е изд., перераб. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. - Т. 3. - 728 с.

69. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов. - М.: Мир,1977.

70. Сьярле Ф. Метод конечных элементов для эллиптических задач. - М.:Мир, 1980.

71. Талуц Г. Тепло- и температуропроводность тугоплавких металловвблизи точки плавления. Дисс. канд. физ.-мат. наук. - Свердловск, 1985. - 167 с.

72. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах / Зиновьев В.Е., Справ, изд. - М: Металлургия, 1989. - 384 с.

73. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов / И.П. Бумшинский, О.Ш. Даутов, А.П. Достанко и др.; Под. ред. А.П. Достанко, Ш.М. Чабдарова. - М.: Радио и связь, 1989. - 624с.

74. Тихонов А.Н., Самарский A .A . Уравнения математической физики.М.: Наука. - 1977, 736 с.

75. Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела. - М.: Мир, 1966. - 567 с.

76. Фесенко А.И. Цифровые устройства для определения теплофизических свойств материалов. М.: Машиностроение, 1981, 173-182.

77. Филиппов Л.П. Измерение тепловых свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах. - М.: Изд.МГУ, 1967.- 325 с.

78. Шашков А.Г., Волков Г.М., Абраменко Т.Н., Козлов В.Г. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. - М.; Энергия, 1973. 336 с.

79. Шевельков В.Л. Теплофизические характеристики изоляционных материалов. - М.-Л.: Госэнергоиздат.

80. Электрорадиоматериалы / Б.М. Тареев, Н.В. Короткова, В.М. Петров,А.А. Преображенский; Под ред. Б.М. Тареева: Учеб. пособие для студентов втузов. - М.: Высшая школа, 1978. - 336 с.

81. D.L, Balageas. Flash thermal diffusivity maesurement with a novel temperatm-e time history analysis. - PSTP, N. -Y. - 1982.

82. K. Beedham, LP. Dalrymple. The measurement of thermal diffusivity bythe flash method. A n investigation into errors arrising from the boundary conditions. - Rev. Int. Temper, et Refract, 1970, v.7, p. 278-283.

83. Clifton W. Draper, Gord M . Rosenblatt. Thermal diffusivity of group Vsemimetals. - High T. - High Press., 1987, v.2, p. 18

84. Degiovarmi A. Diffusivite et method flash. - Rev. gen. therm., 1977, v.l6, N185,p.420-442.

85. Kanji E. Remarks on shifts of thermal diffusivity of a solid by finite widthof pulse.- Jap. J. Appl. Phys., 1975, v.l4.

86. J.A. Koski. Improved data reduction methods for laser pulse diffiisivity determination with the use of minicoriiputers. - PSTP, N, -Y. - 1982. - v.l2., p. 94

87. L . Kubicar, J. Krempasky. On the accuracy of the heat-pulse method formeasuring thrmophysical properties. - Phys. Stat. Sol, (a), 2, N 4, p. 739-747.

88. Kuzminyh V . The methodology of simulative modeling and system analysisunder creation and testing of technical systems // International conference Vibroingeneering 2001, Oktober 15, 2001 - Kaunas: Litiluanian Academy of Sciences - P. 27-31.

89. S. Namba, Pil Hvang Kim, T. Aral, T. Kikuohi. Measurement of thermaldiffusivity by laser pulse. - Japan J, Appl. Phys., 1967, v,6, p. 1019.

90. Parker W.J., Jenkens R.S., Buttler CP . , Abbott G.L. Flash method of determining thermal diffusivity, heat capacity and thermal conductivity. - J. Applied. Phys. -1961, V.32, N 9, p. 1679-1684.

91. F. Regini, L . Coslovi, A . Rosso. Measurement of thermophysical properties by a pulse heating method: the phase transformation of zircaloy-2 ( 800-1400 K ). - Appl. Phis., 1984, V.4, p.234.

92. G. Suber, H . Bertolotti, G. Sibillia, A . Ferrari. Test measurement of thephotothermal deflection method to determine the thermal diffusivity of solids. Appl. Opt, 1988, V.27, N 9, p. 1807-1810.

93. SMT Design for Production // Printed Circuit Design. - 1989. Vol . 6,№ 1.

94. W.B. Jackson, N . M . Amer, A . C Boceara, D. Fourmer. Photothermal Deflection Spectroscophy and Detection. - Appl. Opt., 1981, 20, p. 1333.

95. Waller A.S., Dell R.M., Burgeas P.S. The measurement of thermal difflisivities using a pulse electron beam. - Rev. int. hautes-temo. et refract. 1970, v.7, N 3, p. 271-277.

96. Zienkiewicz O . C The finite element method. - 3rd ed. - New York:McGraw-Hill, 1977.