Метод вибродиагностики технического состояния конструкций электронных средств

Рассмотрен метод вибродиагностики бортовых электронных средств, основанный на анализе резонансных частот. Представлен алгоритм диагностирования механических дефектов исследуемых блоков и узлов. Приведена структура комплекса программных средств автоматизации диагностирования и результаты реализации предложенного метода. Основная цель исследования – повышение достоверности идентификации конструктивных дефектов бортовых электронных средств. С этой целью разработана диагностическая модель конструкции устройства, позволяющая учесть разброс параметров электронного средства, как для исправного состояния, так и для состояния с дефектом. Переход от анализа амплитуд АЧХ к резонансным частотам, характеризующим физико-механические параметры конструкции, обусловлен большей стабильностью и меньшей погрешностью измерения этой характеристики. Для оценки допустимых отклонений резонансных частот от номинальных значений осуществлено имитационное статистическое моделирование с применением метода Монте-Карло. Повысить достоверность результатов физического эксперимента удалось за счет определения наилучшей, в плане получаемого отклика, точки размещения акселерометра. В статье представлена структура и описание алгоритма ее поиска. Приведены результаты апробации рассматриваемого метода на примере печатного узла делителя напряжения блока контроля летательного аппарата. В САПР SolidWorks cмоделировано исправное состояние электронного средства, для которого были определены четыре резонансные частоты, а также состояние с дефектом в виде отрыва крепления. Анализ результатов показал смещение трех значений резонансных частот относительно значений, соответствующих исправному состоянию. Проведенная серия из 10 испытаний выявила дефект во всех 10 случаях (с допустимой погрешностью результата исследования). Это свидетельствует о высокой степени достоверности полученных данных, адекватности диагностической модели и корректности примененных алгоритмов.

1. Комаров А.С., Крапухин Д.В., Шульгин Е.И. Управление техническим уровнем высокоинтегрированных электронных систем (научно-технологические про-блемы и аспекты развития); под ред. П.П. Мальцева. М.: Техносфера; 2014. 240 с. ISBN 978-5-94836-397-4

2. Увайсов Р.И. Метод диагностирования дефектов бортовых радиотехнических устройств: дисс. канд. техн. наук. М.: МИЭМ; 2008. 157 с.

3. Donskoy D.M., RamezaniM.Separation of amplitude and frequency modulations in Vibro-Аcoustic Modulation Nondestructive Testing Method. In: Proceedings of Meetings on Acoustics. 2018;34(1):045002. https://doi.org/10.1121/2.0000831

4. Lyshov S.M., Ivanov I.A., Uvaisov S.U., Chernoverskaya V.V. Vibration control of electronic means technical condition based on analysis of resonant frequencies. In: 2019 International Seminar on Electron Devices Design and Production (SED). Prague, Czech Republic; 2019. 4 p. https://doi.org/10.1109/SED.2019.8798407

5. Тихонов А.Н., Увайсов С.У., Иванов И.А., Лышов С.М. Концепция и метод диагностирования печатных узлов с использованием встроенных эмуляторов вибрационных колебаний. ПРИКАСПИЙСКИЙ ЖУРНАЛ: управление и высокие технологии.2016;4(36):144−154.

6. Лышов С.М., Иванов И.А., Увайсова А.С., Увайсова С.С. Расчет разбросов резонансных частот печатных узлов электронных средств. Вестник кибернетики. 2018;4(32):129−135.

7. Bach Phi Duong, Jong-Myon Kim. Prognosis of remaining bearing life with vibration signals using a sequential Monte Carlo framework. J. Acoust. Soc. Am.2019;146(4):EL358. https://doi.org/10.1121/1.5129076

8. Zhao Х., Gao H., Zhang G., Аyhan B., Yan F., Kwan C., Rose J.L. Аctive health monitoring of an aircraft wing with embedded piezoelectric sensor/actuator network: I. Defect detection, localization and growth monitoring. Smart Mater. Struct. 2007;16(4):1208. https://doi.org/10.1088/0964-1726/16/4/032

9. Храмцов А.М. Напряженно-деформированное состояние взаимодействующих элементов пьезоактюатора: дисс. канд. физ.-мат. наук. Томск: МИЭМ; 2017. 135 с.

10. Tua P., Quek S., Wang Q. Detection of cracks in plates using piezo-actuated Lamb waves. Smart Mater. Struct. 2004;13(4):643. https://doi.org/10.1088/0964-1726/13/4/002

11. Воловиков В.В. Разработка методов повышения надежности радиоэлектронной аппаратуры, основанных на непрерывном комплексном моделировании физических процессов. Надежность. 2008;1(24):3−9.

12. Иванов И.И., Наумова Е.Н. Анализ результатов моделирования вибрационных процессов в различных САПР. Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. 2018;1:476−482.

13. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.С., Журавский В.Г., Гольдин В.В. Математическое моделирование радиоэлектронных средств при механических воздействиях. М.: Радио и связь; 2000. 226 с. ISBN 5-256-01539-7

14. Malpass L. SolidWorks 2009 API – Advanced Product Development. 2009. 246 p.

15. Иванов И.А., Сулейманов С.П., Увайсов Р.И. Программный комплекс диагностирования нарушений целостности конструкций. Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных техноло-гий. 2007;1:227−229.

16. Лышов С.М., Увайсов С.У., Черноверская В.В., Фам Лэ Куок Хань. Инженерная методика вибродиагностики конструкций бортовых радиоэлектронных средств. Наукоемкие технологии. 2020;21(2-3):17−28. https://doi.org/10.18127/j19998465-202002-3-03