Прочности конструкции

В учебном пособии, охватывающем широкий круг задач расчета и конструирования полупроводниковых интегральных микросхем (ИМС), отражены вопросы технологии изготовления больших интегральных схем (БИС), анализ тепловых режимов, электромагнитных полей и механической прочности конструкций ИМС, расчет пассивных и активных компонентов биполярных и МДП-структур; описаны разновидности транзисторов, реализуемых в современных ИМС.

1.4. РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ БИС

По методу расчета механической прочности конструкций РЭА принято разделять на две, группы: монолитные блоки, в которых промежутки между радиодеталями заполнены компаундом, пенопластом, резиной и т. п.; конструкции, в которых несущие механическую нагрузку детали являются пластинами или стержнями. Первая группа конструкций представляется трехмерной сеточной моделью, вторая — соответственно дву- и одномерными сеточными моделями.

При решении таких систем необходимо принимать во внимание значительные затраты машинного времени счета, а также плохо контролируемое накопление арифметических ошибок округления чисел. Поэтому, кроме конечно-разностного метода, при решении задач расчета механической прочности конструкций используются и другие подходы (например, вариационные методы и метод конечного элемента [Зд, 5д]). Выбор того или иного из них в конкретном случае определяется спецификой задачи проектирования.

1.4. Расчет механической прочности конструкций БИС. . 39

Необходимость широкого развертывания аэродинамических исследований, изучения статической и динамической прочности конструкций и проведения летных испытаний скоростных самолетов повлекла соответствующее расширение и совершенствование научно-экспериментальной базы.

Элементы энергетического оборудования при высоких температурах наряду с ползучестью испытывают циклические температурные нагрузки. Пуски и остановы турбин приводят к возникновению дополнительных (к внешним нагрузкам) напряжений. Возможны иные (планируемые и аварийные) источники нарушения стационарных режимов эксплуатации. Поэтому актуальными стали вопросы оценки прочности конструкций при нестационарных условиях работы материала. Этим объясняется рост числа исследований, посвященных проблеме оценки работоспособности материалов в условиях переменных температур-но-сшювых режимов эксплуатации оборудования.

В моделях, рассмотренных в работе [7], ч. 2 (вторая строка табл. 3.5), плита имела постоянную толщину и армирование (кроме углов). В модели, описанной в [8] (третья строка табл. 3.5), средняя часть оболочки выполнялась не армированной; у контура плита имела армирование и переменную толщину. В четвертой и пятой строках таблицы приведены данные по расчету двух моделей, результаты испытаний которых изложены в [И, 12]. Модели имели постоянную толщину плиты, ее средняя зона армировалась одной сеткой, а у контура — двумя. В шестой строке табл. 3.5 приведены результаты расчета модели, полка которой по всей площади армировалась двумя сетками [8]. В седьмой и восьмой строке таблицы приведены результаты расчета моделей с различной кривизной в двух направлениях [4]. Как видно из табл. 3.5, результаты расчета во всех случаях хорошо совпадали с опытом, что свидетельствует о правильности принятых предпосылок определения прочности конструкций.

Вопросы прочности конструкций типа ОПГК из цилиндрических панелей изучались не только на моделях, но и на покрытиях в натуральную величину. Исследована оболочка ЦНИИП-ромзданий размером 12x24 м, которая разрушилась от исчерпания прочности полки цилиндрических панелей. НИИЖБом проведено изучение работы конструкции Ленпромстройпроекта на двух ячейках оболочек (2X12X18 м), сопряженных между собой, выполненных из цилиндрических панелей размером 3X12 м и арок диафрагм. Покрытие разрушено расчетным сочетанием нагрузок, а также сосредоточенными силами, приложенными в пересечении ребер. Кроме того, проведена проверка прочности трехволнового покрытия ПИ-1 размером 3x24x18 м в г. Вели-

Указанные выше факторы и особенности конструктивных форм и условий эксплуатации атомных реакторов не получали ранее отражения в расчетах напряженно-деформированных состояний и прочности конструкций традиционного машиностроения, в том числе и теплового энергетического машиностроения. Вместе с тем при проектировании и расчетах на прочность в конце 50-х - начале 60-х годов первых атомных энергетических установок [1, 2] с ВВЭР были широко использованы методы расчетов и нормы прочности, применявшиеся тогда для котлострое-ния [3,4].

Для моделирования поведения материалов, учитывающего указанные особенности деформирования конструкций, могут быть использованы как деформационная теория пластичности или теория малых упругопластических деформаций А.А. Ильюшина, обобщенная на случай сложного неизотермического нагружения в работах [35, 36] , так и разнообразные теории течения [36, 37] и др. Однако применение наиболее общих из них, позволяющих рассматривать сложные траектории силового и температурного нагружения, происходящие при этом изменения структурного состояния материалов, сопряжено со значительными трудностями экспериментального и вычислительного характера. Поэтому на практике широкое применение нашли соотношения деформационной теории пластичности, учитывающие, разумеется, условия разгрузки и последующего нагружения, и теории течения для достаточно простых и подробно исследованных моделей. При этом удается ограничиться минимальным объемом экспериментальных данных, необходимых для определения соответствующих параметров моделей. Примерами такого подхода применительно к статическим и квазистатическим задачам деформирования и прочности конструкций являются работы [33—36, 38, 40] и др.

10. Петушков В.А. Численные методы анализа напряженно-деформированных состояний и прочности конструкций // Прочность конструкций при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1983. С. 252-260.

2) и снова ведут заряд до 0=2,4 В. После этого на третьей дополнительной ступени заряда устанавливают ток /3 = 325 А (участок 3) и заряжают АБ до наибольшего значения напряжения 67=2,84-2,85 В (для новых «чистых» элементов) или до t/ = 2,6-f-2,65 В (участок 3' для «старых» элементов, загрязненных примесями, выделенными из положительного электрода). При указанных значениях U наблюдается интенсивное газовыделение («кипение») АБ, которое служит признаком окончания заряда. В процессе заряда температура электролита не должна превышать Г%423 К во избежание потери прочности конструкции АБ, поэтому рекомендуется применять перемешивание электролита и охлаждать А Б обдувом.

Основные достоинства видикона заключаются в высокой чувствительности и разрешающей способности, малых габаритах, простоте и прочности конструкции, отсутствии высоких напряжений питания и т. п. Это сделало видикон незаменимым для дешевых портативных камер, применяемых в промышленных ТВ установках (ПТУ). Кроме ПТУ, видиконы широко используются для телекино-передач.

При жестких условиях эксплуатации и больших размерах ячеек на печатных платах увеличение механической прочности конструкции достигается применением накладок, использованием металлических рамок ( 1.10), являющихся одновременно и теплоотводя-щими элементами конструкции.

Таблица 5.7 Исходные данные для составления расчетных схем прочности конструкции РЭС

ные при расчете значения размеров приходится изменять из-за условий • технологичности, механической прочности конструкции и т. п.

При проектировании конструкций БИС, предназначенных для работы на подвижных объектах, необходимо выполнять расчеты, связанные с определением запасов прочности конструкции, резонансных частот, а также нагрузок, воздействующих на элементы конструкции. В общем случае подобные задачи относятся к трехмерным краевым задачам теории упругости, решение которых в аналитическом виде возможно при определенных упрощениях. Поэтому широкое распространение получили численные методы анализа с применением ЭВМ. Один из таких методов основан на конечно-разностной аппроксимации уравнений в частных производных с использованием пространственной математической сетки. Аналогичный подход рассмотрен выше при составлении моделей электрических и магнитных полей.

Для многих изоляционных конструкций электрических аппаратов характерно сочетание твердого диэлектрика и газовой изоляции. Наличие твердого диэлектрика, диэлектрическая проницаемость которого намного больше диэлектрической проницаемости газа, при нерациональной конструкции может привести к существенному изменению характера электрического поля между электродами, усилению напряженности в газе вблизи поверхности твердого диэлектрика и в его толще. Следствием этого является резкое снижение электрической прочности конструкции в целом. Так, в случае сильно неоднородного поля при толщине твердого диэлектрика, значительно меньшей расстояния между верхними электродами Эг, Э2 ( 4.21), и кратковременных воздействиях быстронарастающего напряжения перекрытие вдоль поверхности твердого диэлектрика может развиваться при очень малых средних значениях разрядной напряженности (определенной как отношение напряжения перекрытия к расстоянию между верхними электродами) по сравнению с чисто газовыми промежутками с сильнонеоднородным полем.

размеры шкафов и шасси блоков наземной РЭА. Подобные нормативные документы имеются и на другие виды аппаратуры, предназначенные для установки на кораблях, подвижных наземных средствах и пр. Эти документы регламентируют конструктивное исполнение ряда типоразмеров вновь разрабатываемой РЭА. Однако эти нормативные документы предусматривают внешнее оформление и габариты блоков. Взаимное расположение входящих частей, их электрическая совместимость, обеспечение теплового режима, ремонтопригодности, технологичности, снижение себестоимости, возможность автоматизации процесса сборки и настройкиг регулировки блока, обеспечение долговечности и надежности при эксплуатации блока на конкретном носителе— взаимная увязка и выполнение всех этих требований остается за конструктором. Учет всех этих требований, часто противоречивых, например повышения плотности компоновки и снижения рабочей температуры, уменьшения габаритов и обеспечения электромагнитной совместимости, снижения массы и обеспечения механической прочности конструкции в условиях действия механических нагрузок, требует системного подхода при решении поставленной задачи.

При разработке конструкции РЭА необходимо обеспечить требуемую жесткость и механическую прочность ее элементов. Жесткость конструкции есть отношение действующей силы к деформации конструкции, вызванной этой силой. Под прочностью конструкции понимают нагрузку, которую может выдержать конструкция без остаточной деформации или разрушения. Повышение прочности конструкции РЭА связано с усилением ее конструктивной основы, применением ребер жесткости, контровки болтовых соединений и т. д. Особое значение имеет повышение прочности несущих конструкций и входящих в них узлов методами заливки и обволакивания. Заливка пеноматериалом позволяет сделать узел монолитным при незначительном увеличении массы.

1) обеспечение собственной жесткости и прочности конструкции;

После ознакомления с расчетными значениями усилий короткого замыкания, с чертежами активной части и устройствами крепления и прессовки обмоток составляют программу испытания, в которой отражен анализ расчетных данных и дано предваритель» ное заключение о прочности конструкции, приведены режимы испытания, а также ряд других моментов, позволяющих правильно организовать и оценить результаты испытания на стойкость при коротком замыкании.