автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Метод оптимального проектирования конструкций радиотехнических устройств на виброизоляторах

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НА ВИБРОИЗОЛЯТОРАХ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1.Проблемы проектирования конструкций РТУ с учётом механических воздействий.

1.2. Анализ современных автоматизированных систем, используемых для проектирования РТУ.

1.3.Исследование методов и математических моделей для анализа конструкций РТУ, установленных на внброизоляторах.

1.4.Основные задачи исследования.

1.5.Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДА ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ РТУ НА ВИБРОИЗОЛЯТОРАХ.

2.1.Структура процесса оптимального проектирования конструкций РТУ на виброизоляторах при всех видах механических воздействиях.

2.2.Моделирование и оптимизация конструкций РТУ при гармонической вибрации.

2.3.Моделирование и оптимизация конструкций РТУ при ударе и линейном ускорении

2.4.Моделирование и оптимизация конструкций РТУ при случайном воздействии

2.5.Моделирование и оптимизация конструкций РТУ при акустическом воздействии

2.6.Разработка метода оптимального проектирования конструкций РТУ на виброизоляторах при всех видах механических воздействий.

2.7. Получение функций параметрической чувствительности.

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОДСИСТЕМЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА КОНСТРУКЦИЙ РТУ НА ВИБРОИЗОЛЯТОРАХ ПРИ

МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ.

3 Л .Организация и структура автоматизированной системы АСОНИКА.

3.2.Организация и структура автоматизированной подсистемы ВИБРОЗАЩИТА

3.3.Структура входных и выходных данных подсистемы ВИБРОЗАЩИТА.

3.4. Алгоритм автоматического синтеза моделей механических процессов в конструкциях РТУ на виброизоляторах.

3.5. Методика идентификации параметров виброизоляторов конструкций РТУ

3.6.Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АНАЛИЗА И ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТОЙКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НА ВИБРОИЗОЛЯТОРАХ К МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ.

4.1.Структура методики.

4.2.Экспериментальная проверка разработанных моделей и методики.

4.3.Методика обучения работе с подсистемой при проведении научно-исследовательских работ и в учебном процессе вузов.

4.4.Внедрение результатов диссертационной работы.

4.5.Выводы по главе 4.

Практически все современные технические системы и объекты, осуществляющие функции управления, регулирования, координации и связи, имеют в своем составе радиотехнические устройства (РТУ), При этом круг задач, решаемых с помощью радиотехнических устройств, с каждым годом расширяется, а их сложность возрастает. Это привело к тому, что оснащённость радиотехническими устройствами таких объектов, как корабли, самолёты, спутники, чрезвычайно возросла, и отказ в работе хотя бы одного из устройств может привести к отказу всего объекта. Поэтому и требования к надёжности радиотехнических устройств всё время возрастают.

Механические воздействия вызывают от 30 до 50% отказов радиотехнических устройств. Ухудшение надёжности и стабильности работы аппаратуры вызывается механическими воздействиями, наиболее опасными из которых являются вибрации, удары и линейные перегрузки. Источниками этих воздействий могут быть различные двигатели, в том числе и реактивные, дорожная тряска, быстро вращающиеся разбалансированные массы, акустические шумы, ударная волна и многие другие. Они приводят в одних случаях к помехам в каналах передачи информации, так как параметры электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и узлов могут претерпеть обратимые и необратимые изменения, в других - к снижению точности работы аппаратуры, в третьих - к механическим разрушениям элементов конструкций.

Подавляющее большинство отказов РТУ из-за механических воздействий связано с выходом за пределы, установленные нормативно-технической документацией (НТД), механических характеристик конструкций РТУ - ускорений, перемещений, напряжений, что приводит к нарушению прочности и устойчивости работы аппаратуры. При этом важно отметить, что ускорение на каждом ЭРЭ не должно превышать допустимое по техническим условиям (ТУ) значение. Кроме того, к нарушениям прочности часто приводит накопление усталостных повреждений в выводах ЭРЭ и их разрушение.

Наличие тепловыделяющих элементов в составе конструкций РТУ в сочетании с широким диапазоном температур окружающей среды приводит к появлению паразитного теплового фактора, оказывающего существенное влияние на механические процессы, в том числе за счет появления температурных напряжений. При этом от температуры зависят такие физико-механические параметры, как модуль упругости, коэффициент механических потерь (логарифмический декремент затухания колебаний (ЛДЗК)), предел усталости.

Сложность решения задачи защиты РТУ от механических воздействий обусловлена тем что, несмотря на непрерывное повышение надёжности элементной базы (резисторов, конденсаторов, микросхем и других элементов) интенсивность механических воздействий возрастает быстрыми темпами из-за увеличения скоростей подвижных объектов. Кроме того, блоки РТУ представляют собой сложные механические конструкции, в которых возникают резонансные колебания, усиливающие механические нагрузки в десятки раз.

Для обеспечения необходимой надёжности и стабильности РТУ при интенсивных механических воздействиях применяется ряд способов. Здесь принципиально возможны следующие:

• использование наиболее устойчивых к механическим воздействиям электро- и радиоэлементов и узлов; повышение прочности конструктивных элементов;

• защита РТУ от источников механических воздействий, достигаемая установкой виброизоляторов; виброизоляция может быть общей, когда изолируется всё изделие, или локальной, когда виброизолируются отдельные элементы или части изделия;

• устранение или уменьшение до допустимого уровня резонансных явлений в конструкциях РТУ; достигается выведением спектров собственных частот колебаний элементов конструкций за верхнюю границу диапазона частот возмущающего воздействия или увеличением демпфирующих свойств;

• применение виброизоляции виброактивных устройств;

• применение активной виброзащиты в виде автоматических систем с внешним источником энергии.

Работа по обеспечению нормального функционирования РТУ начинается с сопоставления допустимых параметров механических воздействий на ЭРЭ с требованиями технического задания (ТЗ). Если применение ЭРЭ удовлетворяют требованиям ТЗ, дальнейшие усилия необходимо направить на устранение резонансных колебаний и обеспечение прочности элементов конструкций РТУ. В случае успешного решения этих вопросов задачу по обеспечению защиты РТУ от механических воздействий на данном этапе проектирования можно считать выполненной. Если устранить или уменьшить резонансные колебания до допустимого уровня не удаётся, то следует применить общую или локальную виброизоляцию. Для обеспечения необходимой защиты от механических воздействий часто приходится применять все рассмотренные способы совместно.

В практике конструирования аппаратов используется несколько различных вариантов установки их на виброизоляторы и крепления к объекту. При этом количество и схема размещения виброизоляторов выбираются, главным образом исходя из конструктивных соображений. В частности, здесь учитываются обеспечение требуемой жёсткости конструкции, достижение допустимой нагрузки на каждый узел крепления, удобство подхода к узлам в процессе эксплуатации.

Наряду с этим при рациональном выборе и размещении виброизоляторов можно избежать сложных пространственных колебаний блока и получить более простые однонаправленные или плоские колебания. При этом упрощается расчёт колебаний блока и облегчается задача его виброизоляции.

Решить данную задачу можно, проведя всесторонний анализ динамических характеристик блока на виброизоляторах путём математического моделирования на ЭВМ и оптимального выбора параметров виброизоляторов, их количества и координат расположения, используя параметрическую и структурную оптимизацию. Учитывая сложность расчётов, ограничения по срокам и стоимости проектных работ, нелинейность моделей за счет параметрических зависимостей упругих и демпфирующих характеристик виброизоляторов от нагрузки, широкий спектр внешних механических воздействий - вибрации, удары, линейные ускорения, акустические шумы, сложные воздействия (когда одновременно прикладываются два и более механических воздействий), оптимальное проектирование РТУ на виброизоляторах возможно лишь с помощью специализированной автоматизированной подсистемы, позволяющей в интерактивном режиме осуществлять анализ и обеспечение стойкости РТУ на виброизоляторах при механических воздействиях. При этом требуется синтез как параметров конструкции, так и ее структуры.

Анализ открытых отечественных и зарубежных источников, а также исследования промышленных предприятий и организаций, показали, что подобная автоматизированная подсистема отсутствует. Отсутствует также метод оптимального проектирования конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах и необходимые математические модели конструкций РТУ на виброизоляторах при воздействии ударов, линейных ускорений, случайных вибраций и акустических шумов при сложных механических воздействиях с учетом параметрических зависимостей упругих и демпфирующих характеристик виброизоляторов от нагрузки и с учётом теплового фактора.

Проблемам анализа и оптимального проектирования конструкций РТУ на виброизоляторах в последние десятилетия посвящены работы Ильинского B.C., Фролова К.В., Талицкого Е.Н., Токарева М.Ф., Карпушина В.Б., Шалумова А.С. и других авторов. Вопросы структурного и параметрического синтеза рассмотрены в работах Норенкова И.П., Фурунжиева Р.И., Черноруцкого И.Г. Однако в этих работах недостаточно рассмотрены учет параметрических зависимостей упругих и демпфирующих характеристик виброизоляторов от нагрузки, автоматизация задачи идентификации параметров виброизоляторов, автоматизация процесса параметрического и структурного синтеза конструкций на виброизоляторах. Во многих из них рассмотрены конструкции с одной степенью свободы.

Так, в работе Шалумова А.С. проводится моделирование с учётом нелинейности, вызванной параметрической зависимостью коэффициента механических потерь от напряжения, но без учета нелинейности из-за параметрической зависимости коэффициента жёсткости от нагрузки, так как рассматривались конструкции блочного типа с малой массой. Для тяжелых шкафов не учёт подобной зависимости приводит к большим погрешностям.

Отсутствие специализированных графических интерфейсов ввода-вывода для типовых конструкций РТУ на виброизоляторах, отсутствие необходимых баз данных, сложность моделей и многое другое делают затруднительным применение для проектирования РТУ на виброизоляторах существующих универсальных программных комплексов (ANSYS, NASTRAN, ASKA, COSMOS, MARS, ДИАНА и пр.). Отсутствие в существующей справочной литературе упругих и демпфирующих характеристик современных виброизоляторов требует разработки алгоритмов и программ их идентификации.

Таким образом, на сегодняшний день отсутствуют необходимые математическое, программное и методическое обеспечения, позволяющие оптимальным образом выбрать и разместить в конструкции РТУ виброизоляторы.

Целью диссертационной работы является создание математических моделей конструкций РТУ на виброизоляторах и метода оптимального проектирования данных конструкций, отвечающих требованиям по стойкости к механическим воздействиям, позволяющих существенно снизить материальные и временные затраты на разработку аппаратуры.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

1. Разработка математической модели конструкции РТУ на виброизоляторах с учетом параметрических зависимостей упругих и демпфирующих характеристик виброизоляторов от нагрузки.

2. Разработка метода оптимального проектирования конструкций РТУ на виброизоляторах, позволяющего проводить структурную и параметрическую оптимизацию.

3. Разработка алгоритмов автоматического синтеза конструкций РТУ на виброизоляторах, позволяющих создать программное обеспечение, удобное для использования разработчиками аппаратуры.

4. Разработка алгоритмов идентификации параметров виброизоляторов, позволяющих получить требуемые параметрические зависимости для коэффициентов жесткости и механических потерь.

5. Разработка структуры и программная реализация специализированной автоматизированной подсистемы анализа и синтеза конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах, при механических воздействиях.

6. Разработка методики анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ на виброизоляторах к механическим воздействиям.

7. Проведение экспериментальных исследований по идентификации параметров виброизоляторов и проверке разработанной методики.

8. Внедрение созданной методики анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах, к механическим воздействиям в практику проектирования на промышленных предприятиях.

Методы исследования основываются на теории системного анализа, методах теории упругости, прикладной механики, методах вычислительной математики и оптимизации, объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Разработаны математические модели конструкций РТУ на виброизоляторах при воздействии гармонической и случайной вибрации, ударов, линейных ускорений и акустических шумов, а также при сложных механических воздействиях, которые в отличие от существующих учитывают параметрический характер изменения упругих и демпфирующих характеристик виброизоляторов.

2. Разработан метод оптимального проектирования конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах, отличающийся от существующих возможностью обоснованно осуществлять при проектировании параметрический и структурный синтез конструкции, стойкой к механическим воздействиям.

3. Разработана структура автоматизированной подсистемы анализа и синтеза конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах, при механических воздействиях, отличающаяся наличием специализированного интерфейса ввода-вывода информации, модулей идентификации и оптимизации, базы данных с упругими и демпфирующими характеристиками виброизоляторов.

4. Разработана методика анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах, к механическим воздействиям, позволяющая обоснованно осуществлять оптимальное проектирование конструкций РТУ, стойких к механическим воздействиям.

Практическая значимость состоит в том, что результаты моделирования на основе разработанного метода оптимального проектирования позволяют обоснованно и целенаправленно в минимальные сроки осуществлять синтез конструкций РТУ с соблюдением требований НТД по механическим характеристикам.

Реализация и внедрение результатов работы. Исследования автора выполнялись на кафедре «Прикладная математика и системы автоматизированного проектирования» Ковровской государственной технологической академии. Разработанные в диссертации метод, алгоритмы, подсистема, методика использовались при выполнении 4-х хоздоговорных работ в течении 1998-2001 гг.: «Прочностной расчёт блока БИУВК-1И» (Раменское проектно-конструкторское бюро, г. Раменское), «Идентификация параметров виброизоляторов и моделирование механических процессов в блоке картографа» (ОАО «СКБ ПА», г. Ковров), «Проведение расчетов воздействия сейсмического удара на изделия ВК, размещенные в стойке высотой 1800 мм и РМ 662, входящих в состав ОКР изделия 83т 11-2» (НИИ Автоматической аппаратуры, г. Москва), «Разработка конструкции одноэтажной БНК-3 с термоэлектрической системой охлаждения» (ГУП КБ ИГАС ДП НПП «Волна», г. Москва).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (г. Сочи 2000г.), Международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (г. Сочи 2001г.), Международной научно-технической конференции «Управление в технических системах» (г.Ковров 2000г.), Международной научно-технической конференции «Управление в технических системах» (г. Ковров

1999г), Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (г.Красноярск 2000г).

Публикации по работе. По материалам диссертационных исследований опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 статьи [1-12].

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

4.5. Выводы по главе 4

1. Была разработана методика анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ на виброизоляторах к механическим воздействиям, позволяющая обоснованно осуществлять оптимальное проектирование конструкций РТУ, стойких к механическим воздействиям.

2. Представлено описание экспериментальных исследований. Приведена схема установки, позволяющей имитировать вибрационный режим РТУ. Описана программа работ по проверке эффективности амортизаторов АТРМ 20/70-4 при их использовании для подвески картографа. Проведенные исследования макетов и реальных конструкций РТУ на виброизоляторах показали, что расхождение результатов расчетов и испытаний находится в пределах 10. 15% по ускорению и 3.5 % по резонансной частоте, что вполне приемлемо с точки зрения проектирования радиотехнических устройств на промышленных предприятиях.

3. В диссертации рассмотрены примеры применения разработанной методики для блоков и шкафов РТУ, установленных на виброизоляторах.

4. Разработана методика обучения работе с подсистемой при проведении научно-исследовательских работ и в учебном процессе вузов.

5. Полученные в диссертационной работе результаты внедрены в практику проектирования предприятий и в учебный процесс высших учебных заведений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главным результатом работы является разработка метода оптимального проектирования конструкций радиотехнических устройств на виброизоляторах, позволяющего обоснованно и целенаправленно в минимальные сроки осуществлять синтез конструкций РТУ с соблюдением требований НТД по механическим характеристикам. Основные научные теоретические и практические результаты работы состоят в следующем:

1. Разработаны математические модели конструкций РТУ с учетом параметрических зависимостей упругих и демпфирующих характеристик виброизоляторов от нагрузки.

2. Разработан метод оптимального проектирования конструкций РТУ на виброизоляторах, позволяющий проводить структурную и параметрическую оптимизацию.

3. Разработаны алгоритмы автоматического синтеза конструкции РТУ на виброизоляторах, позволяющие создать программное обеспечение, приемлемое для использования разработчиками аппаратуры, не являющимися специалистами в области математического моделирования.

4. Разработаны алгоритмы идентификации параметров виброизоляторов, позволяющие получить требуемые параметрические зависимости для коэффициентов жесткости и механических потерь.

5. Разработана структура и программно реализована специализированная автоматизированная подсистема анализа и синтеза конструкций РТУ на виброизоляторах при механических воздействиях.

6. Разработана методика анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ на виброизоляторах к механическим воздействиям. Проведены экспериментальные исследования по идентификации параметров виброизоляторов и проверке разработанной методики.

7. Осуществлено внедрение созданной методики анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах, к механическим воздействиям в практику проектирования на промышленных предприятиях, а также в учебный процесс вуза.

1. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.С., Данилов М.М. Комплексное моделирование с помощью системы АСОНИКА электрических, тепловых и механических процессов, протекающих в РЭС// Автоматизация и современные технологии. 2000. - Вып.5. - С.2-5.

2. Шалумов А.С., Данилов М.М., Журавский В.Г., Гольдин В.В. Автоматизированная оценка стойкости шкафов на виброизоляторах к воздействию сейсмического удара // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2001. - № 3. - С.77-84.

3. Данилов М.М. Автоматизация проектирования систем виброизоляции// Техника машиностроения. 2002. - Вып.З. - С.43-47.

4. Данилов М.М., Шалумова Н.А., Шалумов А.С. Метод оптимального проектирования конструкций РЭС, установленных на виброизоляторах// Сборник научных трудов Красноярского государственного технического университета. Красноярск: КГТУ, 2000. - С.264-267.

5. Данилов М.М. Автоматизация проектирования амортизационных электронных блоков систем автоматического управления //"Управление в технических системах 21 век": Тез.докл./Ковров, 2000. С. 168.

6. Ильинский В. С. Защита аппаратов от динамических воздействий. М., Энергия, 1970.

7. Каленкович Н.И., Фастовец Е.П., Шамгин Ю.В. Механические воздействия и защита радиоэлектронных средств: Учеб.пособие для вузов. -Минск: Высшая школа, 1989. 244с.

8. Парфенов Е.М. Базовый принцип конструирования РЭА. М.: Радио и связь,1981. - 160с.

9. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Вибропоглощающие свойства конструкционных материалов: Справочник. Киев: Наукова думка. - 1971, 375с.

10. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.С., Журавский В.Г., Гольдин В.В. Математическое моделирование радиоэлектронных средств при механических воздействиях. М.: Радио и связь, 2000. - 226с.

11. Токарев М.Ф., Талицкий Е.Н., Фролов В.А. Механические воздействия и защита РЭА. М., 1983. - 256с.

12. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Учеб.пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1980. - 311с.

13. Маквецов Е.Н., Тартаковский A.M. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1993. -200с.

14. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник в 3-х томах. Т.1/ Под ред.И.А.Биргера, Я.Г.Пановко. - М.: Машиностроение, 1968. - 831с.

15. Шалумов А.С. Автоматизация проектирования конструкций радиоэлектронных средств с применением систем P-CAD и АСОНИКА// Техника, экономика. Сер. Автоматизация проектирования. М.,1995. -Вып.1-2. - С.45- 48.

16. Бергхаузер Т., Шлив П. Система автоматизированного проектирования AutoCAD: Пер. с англ. -М.: Радио и связь, 1989. 256с.

17. Шалумов А.С. Моделирование механических процессов в конструкциях РЭС на основе МКР и аналитических методов: Учебное пособие. Ковров: Ковровская государственная технологическая академия, 2001. -296с.

18. Подсистема анализа и обеспечения стойкости конструкций радиоэлектронной аппаратуры к тепловым, механическим и комплексным воздействиям АСОНИКА-ТМ/ Ю.Н.Кофанов, А.С.Шалумов, К.Б.Варицев и др.: Учеб.пособие. М.: МГИЭМ, 2000. - 61с.

19. Моделирование тепловых и механических процессов в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры с помощью подсистемы АСОНИКА-ТМ/ Ю.Н.Кофанов, А.С.Шалумов, К.Б.Варицев и др.; Под ред. Ю.Н.Кофанова. М.: МГИЭМ, 1999. - 139с.

20. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галеркина: Пер.с англ. -М.: Мир, 1988. 352с.

21. Майборода В.П., Кравчук А.С. Механика полимерных и композиционных материалов: экспериментальные и численные методы. -М.: Машиностроение, 1985. 152с.

22. Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике: Пер.с англ. -М.: Мир, 1975. 541с.

23. Редкозубов С.А. Статистические методы прогнозирования в АСУ. -М.: Энергоиздат, 1981. 152с.

24. Петров Г.М., Лакунин Н.Б., Бартольд Э.Е. Методы моделирования систем управления на аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах. М.: Машиностроение, 1975. - 256с.

25. Солодовников И.В. Языки, программное обеспечение и организация систем имитационного моделирования. М.: Машиностроение, 1982. - 48с.

26. А.с.496573. Устройство для моделирования упругих пластин/ Ю.Н.Кофанов, А.М.Кожевников. Опубл. в Б.Н., 1975, N 47.

27. Кожевников A.M. Исследование и разработка машинных методов расчета конструкций печатных узлов РЭА при внешних механических воздействия / Дис. канд.техн.наук. М., 1976. - 186с.

28. Маквецов Е.Н. Цифровое моделирование вибраций в радиоконструкциях. М.: Сов.радио, 1976. - 123с.

29. Тартаковский A.M. Краевые задачи в конструировании радиоэлектронной аппаратуры. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1984. - 136с.

30. ГОСТ РВ 20.39.304. Государственный стандарт Российской Федерации. Комплексная система общих технических требований.

31. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Требования по стойкости к внешним воздействующим факторам. М.:22-й ЦНИИИ МО РФ, 1997. - 150с.

32. Фурунжиев Р. И. Проектирование оптимальных виброзащитных систем. Минск, Вышейшая школа, 1971.

33. Хнммельблау Д.М. Прикладное нелинейное программирование: Пер.с англ. М.: Мир,1975. - 534с.

34. Фиакко А., Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование. Методы последовательной безусловной оптимизации. М.: Мир, 1972. - 240с.

35. Автоматизированное проектирование цифровых устройств/С.С.Бадулин, Ю.М.Барнаулов, В.А.Бердышев и др. М.: Радио и связь, 1981, - 240с.

36. Черноруцкий И.Г. Оптимальный параметрический синтез: Электротехнические устройства и системы. Л.: Энергоатомиздат, 1987. -128с.

37. Норенков И.П. Разработка систем автоматизированного проектирования: Учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 1994. -207с.

38. Системы автоматизированного проектирования: В 9 кн. Кн. 1 .И.П.Норенков. Принципы построения и структура: Учеб. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1986. - 127с.

39. Системы автоматизированного проектирования: В 9 кн. Кн.4. Математические модели технических объектов: Учеб. пособие для втузов/В.А.Трудоношин, Н.В.Пивоварова; под ред. И.П.Норенкова. М.: Высшая школа, 1986. - 160с.

40. Норенков И.П., Маничев В.Б. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1983. - 272с.

41. Степин П.А. Сопротивление материалов: Учебник для немашиностроит.спец.вузов. М.: Высшая школа, 1988. - 367с.

42. Прочность при нестационарных режимах нагружения/ Серенсен С.В., Буглов Е.Г., Гарф М.Э. и др. Киев: изд-во АН УССР, 1961. - 295с.

43. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.С., Воркуев С.И. Комплексное моделирование блоков РЭС на виброизоляторах с учетом температуры: Тез.докл./ LI Научная сессия, посвященная Дню радио. М, 1996. - Т.1, с.91.

44. Физические величины: Справочник/А.П.Бабичев, Н.А.Бабушкина, А.М.Братковский и др.; Под ред.И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. М.; Энергоатомиздат, 1991. - 1232с.

45. Шалумов А.С. Пакет прикладных программ анализа динамических характеристик и прогнозирования вибронадежности ячеек радиоэлектронной аппаратуры: Информационной листок № 237-89. Владимир: ВЦНТИД989.1. JC.

46. Пальмов В.А. Колебания упруго-пластических тел. М.: Наука, 1976. - 328с.

47. Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем. М.: Машиностроение, 1970. - 736с.

48. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967. -444с.

49. Карпушин В.Б. Вибрации и удары в радиоаппаратуре. М.: Сов.радио, 1971. - 344с.

50. Иосилевич Г.Б., Лебедев П.А., Стреляев B.C. Прикладная механика: Для студентов втузов. М.: Машиностроение, 1985. -576с.

51. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Наука,1968. - 560с.

52. Шалумов А.С. Моделирование механических процессов в конструкциях РЭС при воздействии акустического шума// Надежность и контроль качества. М.,1995. - № 1. - с.26-31.

53. Карпушин В.Б. Виброшумы в радиоаппаратуре. М.: Сов.радио,1973. - 418с.

54. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти томах. Т.1. Колебания линейных систем/ Под ред.В.В.Болотина. - М.: Машиностроение, 1978. -352с.

55. Гусев А.С., Светлицкий В.А. Расчет конструкций при случайных воздействиях. М.: Машиностроение, 1984. - 240с.

56. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер.с англ. М.: Радио и связь, 1988. - 42с.

57. Кофанов Ю.Н., Шрамков И.Г. Проектирование РЭА с помощью автоматизированной системы обеспечения надежности и качества аппаратуры. М.: МИЭМ, 1985. - 28с.

58. Шалумов А.С. Метод моделирования конструкций РЭС при комплексных механических воздействиях // Информационные технологии в проектировании и производстве. 1997. - Вып.1. - С.27-31.

59. Шалумов А.С. Методология комплексного обеспечения стойкости конструкций РЭС // Информатика-машиностроение. 1998. Вып.1. - С.2-7.

60. Шалумов А.С., Шалумова Н.А. Метод комплексного моделирования тепловых и механических процессов // «Управление в технических системах»: Материалы международной научно-технической конференции. -Ковров, 1998. С.290-292.

61. Шалумов А.С. Моделирование испытаний РЭС на механические воздействия с помощью системы АСОНИКА: Тез.докл./ LI Научная сессия, посвященная Дню радио. М., 1996. - Т.1, с.90.

62. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.С. Повышение надежности радиотехнических устройств с применением подсистемы АСОНИКА-М// XLVI Всесоюзная научная сессия, посвященная Дню радио. Тез.докл. М.: Радио и связь, 1991. - С.67-68.

63. Шалумов А.С. Применение системы АСОНИКА в курсовом и дипломном проектировании // «Компьютерные технологии в самостоятельной работе студентов»: Тез.докл./ Материалы Российской научно-методической конференции. Ковров, 1997. - С. 138-139.

64. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.С. Подсистема анализа и обеспечения механических характеристик аппаратуры АСОНИКА-М: Информационный листок № 104-93. Владимир: ВЦНТИ, 1993. - 3с.

65. Шалумов А.С. Динамический анализ конструкций измерительных приборов с применением подсистемы АСОНИКА-М: Учебное пособие. -Ковров: КГТА, 1996. -48с.

66. Кренкель Т.Э., Коган А.Г., Тараторкин A.M. Персональные ЭВМ в инженерной практике. М.: Радио и связь, 1989. - 337с.

67. Мосин В.Н., Трайнев В.А. Управление процессом проектирования. -М.: Моск.рабочий, 1980. 128с.

68. Карберри П.Р. Персональные компьютеры в автоматизированном проектировании: Пер. с англ. М.: - Машиностроение, 1989. - 144с.

69. Системы автоматизированного проектирования: В 9 кн. Кн.9. Иллюстрированный словарь/ Под ред. И.П.Норенкова. М.: Высшая школа, 1986. - 86с.

70. Системы автоматизированного проектирования: В 9 кн. Кн.5. П.К.Кузьмик, В.Б.Маничев. Автоматизация функционального проектирования: Учеб. пособие для втузов; Под ред. И.П.Норенкова. М.: Высшая школа, 1986. - 144с.

71. Сольницев Р.И. Автоматизация проектирования систем автоматического управления: Учеб.для вузов. М.:Высш.шк.,1991. - 335с.

72. Глушков В.М., Капитонова Ю.В., Летичевский А.А. Автоматизация проектирования вычислительных машин. Киев: Наукова думка, 1975. -332с.

73. Рвачев В.А., Слесаренко А.П. Алгебра логики и интегральные преобразования в краевых задачах. Киев: Наукова думка, 1976. - 287с.

74. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.С., Гладышев Н.И. Идентификация параметров материалов несущих конструкций радиоэлектронных средств с применением компьютерного измерительного стенда // Измерительная техника. 1996. - №12. - С.52-55.

75. Система государственных испытаний продукции. Испытания изделий машиностроения. Классификация механических воздействий. Методические рекомендации MP 132-84. М.: ВНИИНМАШ, 1984. - 68с.

76. Остроменский П.И. Вибрационные испытания радиоаппаратуры и приборов. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1992. - 173с.

77. Шалумов А.С. Компьютерный измерительный стенд для определения динамических характеристик радиоэлектронных средств// Измерительная техника. 1996. - №3. - С.22-24.

78. Доминич А.П. Планирование испытаний РЭА на вибростойкость// Радиоэлектроника (состояние и тенденции развития). 1993. - N2. - С.16-30.

79. Степнов М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний. М.: Машиностроение, 1972. - 173с.

80. РОССИЙСКОЕ АГЕНТСТВО ПО ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ (РОСПАТЕНТ)1. СВИДЕТЕЛЬСТВО

81. Об официальной регистрации программы для ЭВМ2000610110

82. Дна. ни и обеспечение стойкости радиоэлектронных среде in на киброизоднторах при механических воздействиях, ''ВИБРОЗАШИТЛааооблааиггелы ли):

83. J)U>< *cK< кип wcyriapctideuimti цпсшншуш jjit'kmftoimku и машелшшнкп (mexnniecknd yuuSepmiaetnj (RUj

84. ЧНдлумов с Александр СлаШн1, 'Аофаноб 1М)рин нколавбм, Щасиоб Михаил J&aowmtini, Ъоркуев Серия (Mtopdui, 9,)aunjwS Михаил А1нхаило6и4 (RU)1. Российская Федерация

85. УТВЕРЖДАЮ» 'А до научной работе \Мг Д.Ю Полянский С 1 2002 г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯрезультатов диссертационной работы Данилова ММ. в учебный процесс Ковровской государственной технологической академии

86. Заведующий кафедрой «Прикладная .3|Ц|матика и САПР», профессор, доктор технически* наук1. А С Шалумов

87. УТВЕРЖДАЮ" ектор КБ ИГ АС "Волна" / / Н.В.Малютин2000 г

88. АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов диссертационной работы М.М. Данилова в Конструкторском бюро информатики, гидроакустики и связи1. КБ ИГ АС) "Волна"

89. Математические модели конструкций РЭС на виброизоляторах при воздействии ударов, линейных ускорений, случайных вибраций и акустических шумов, при сложных механических воздействиях.

90. Метод оптимального проектирования конструкций РЭС, установленных на виброизоляторах.

91. Структура автоматизированной подсистемы анализа на механические воздействия конструкций РЭС, установленных на виброизоляторах.

92. Методика обеспечения механических характеристик конструкций РЭС, установленных на виброизоляторах.

93. Результаты работы внедрены в изделия типа БНК-3.

94. Главный инженер -зам. директора НИИ АА по научной работе1. УТВЕРЖДАЮ"

95. Зам. Генерального директора1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

96. Начальник КО v/ 0 ^ с •/' Ю.Г. Терсенов1. J/I.-v-р/1. Утверждаю"t

97. Главный конструктор ФНЦП "Раменское

98. Т^Щоростроительное конструкторское бюро'1. В.Л. Кавинский 2001 г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

99. У1ЕТОД ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НА ВИБРОИЗОЛЯТОРАХ

100. Специальность 05.12.04 «Радиотехника, в том числе системы и устройства навигации, радиолокации и телевидения»

101. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук1. МОСКВА 2002

102. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

103. Разработка алгоритмов идентификации параметров виброизоляторов, позволяющих получить требуемые параметрические зависимости для коэффициентов жесткости и механических потерь.

104. Разработка структуры и программная реализация специализированной автоматизированной подсистемы анализа и синтеза конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах, при механических воздействиях.

105. Разработка методики анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ на'виброизоляторах к механическим воздействиям.

106. Проведение экспериментальных исследований по идентификации параметров виброизоляторов и проверке разработанной методики.

107. Внедрение созданной методики анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах, к механическим воздействиям в практику проектирования на промышленных предприятиях.

108. Методы исследования основываются на теории системного анализа, методах теории упругости, прикладной механики, методах вычислительной математики и оптимизации, объектно-ориентированного программирования.

109. Научная новизна работы состоит в следующем:

110. Разработан метод оптимального проектирования конструкций РТУ на виброизоляторах, отличающийся от существующих возможностью обоснованно осуществлять при проектировании параметрический и структурный синтез конструкции, стойкий к механическим воздействиям.

111. Разработана методика анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ на виброизоляторах к механическим воздействиям, позволяющая обоснованно осуществлять оптимальное проектирование конструкций РТУ, стойких к механическим воздействиям.

112. Практическая значимость состоит в том, что результаты моделирования на основе разработанного метода оптимального проектирования по51. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

113. Во введении показана актуальность темы исследования, сформулированы цели настоящей раооты и положений, выдвигаемые на защиту, отмечены её научная новизна, практическая ценность и достоверность полученных результатов.

114. Проектные алгоритмы должны выполнятся достаточно быстро (от секунд до нескольких минут).

115. Алгоритмы должны выдавать всю необходимую (дифференциальную и интегральную) информацию о ходе и результатах конструирования преимущественно в графическом виде для того, чтобы конструктор мог оценить и принять решение по полученным результатам.

116. Здесь Д* — коэффициенты жесткости виброизоляторов вдоль соответствующих осей; jc, z- координаты их расположения.

117. Нелинейность упругих характеристик виброизоляторов обусловлена несколькими причинами.

118. Конструктивными особенностями упругих элементов. Нелинейными характеристиками обладают, например, конические пружины, используемые в конструкциях виброизоляторов.

119. Таким образом, в результате проведенных исследований были получены следующие зависимости, необходимые для формирования полноценной математической модели:aik=j\kx, ky, Af) кх=кх0(Т) + кх(Т)*Р:, к* = к* (Т) + ку(Т)*Р2;9

120. Рис. 1. Учёт нелинейностей при моделировании конструкций РТУ на виброизоляторах

121. Методы второго порядка, в которых наряду с первыми производными используются также вторые производные функции H(Q).

122. В качестве критерия оптимальности принят аддитивный критерий, который объединяет все выходные параметры (частные критерии) в одну целевую функцию, представляющую собой сумму частных критериев.

123. Суммируется квадрат разности, потому что во первых есть отрицательные и положительные значения возведение в квадрат позволит избавиться нам от знака минус. Во вторых, возведение в квадрат повысит точность результата.

124. Решение задачи структурной оптимизации показано на рис.3.

125. Осуществляется графический ввод типовой конструкции РТУ на виброизоляторах и параметров виброизоляторов коэффициентов жесткости и механических потерь. Параметры виброизоляторов для всех одинаковые.

126. Вводится входное воздействие и допустимая величина отклика.

127. Проводится предварительный расчет механических характеристик конструкций РТУ на виброизоляторах.

128. Если разность между допустимой и расчетной величиной отклика Е меньше заданной величины е, то получаем оптимизированные параметры виброизоляторов и переходим к пункту 9, иначе переходим к пункту б.

129. Выбираются новые координаты расположения виброизоляторов методом Нелдера-Мида.

130. Если количество итераций i меньше заданного значения X, то продолжаем подбор координат расположения виброизоляторов и выполняем пункт 4, иначе переходим к пункту 8.

131. Поскольку мы не смогли достичь заданного значения Е (Е > s) при предыдущем количестве виброизоляторов, то выберем новое количество виброизоляторов методом Нелдера-Мида.

132. Преобразование и обмен данными между различными модулями подсистемы передача данных о виброизоляторах в другие модули программы для их дальнейшего использования.

133. В четвёртой главе разработана методика анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ на виброизоляторах к механическим воздействиям, позволяющая обоснованно осуществлять оптимальное проектирование конструкций РТУ, стойких к механическим воздействиям.

134. Рассмотрим основные положения разработанной методики анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах:

135. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

136. Разработаны математические модели с учетом параметрических зависимостей упругих и демпфирующих характеристик виброизоляторов от нагрузки.

137. Разработан метод оптимального проектирования конструкций РТУ на виброизоляторах, позволяющий проводить структурную и параметрическую оптимизацию.

138. Разработаны алгоритмы автоматического синтеза конструкции РТУ на виброизоляторах, позволяющие создать программное обеспечение, приемлемое для использования разработчиками аппаратуры, не являющимися специалистами в области математического моделирования.

139. Разработаны алгоритмы идентификации параметров зиброизолято-ров, позволяющие получить требуемые параметрические зависимости для коэффициентов жесткости и механических потерь.

140. Разработана структура и программно реализована специализированная автоматизированная подсистема анализа и синтеза конструкций РТУ на виброизоляторах, при механических воздействиях.

141. Разработана методика анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ на виброизоляторах к механическим воздействиям. Проведены экспериментальные исследования по идентификации параметров виброизоляторов и проверке разработанной методики.

142. Осуществлено внедрение созданной методики анализа и обеспечения стойкости конструкций РТУ, установленных на виброизоляторах, к механическим воздействиям в практику проектирования на промышленных предприятиях, а также в учебный процесс вуза.

143. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

144. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ковровская государственная технологическая академия 601910, Ковров, ул. Маяковского, 19.23