[发明专利]一种车联网LCCC芯片焊点热循环与随机振动寿命优化方法

摘要

本发明公开了一种车联网LCCC芯片焊点热循环与随机振动寿命优化方法，通过建立LCCC焊点有限元分析模型仿真模型，分别进行了焊点热循环加载和随机振动加载应力应变有限元分析仿真分析，计算出了焊点热疲劳寿命和随机振动寿命值值；选取焊盘宽度、焊盘长度、间隙高度、钢网厚度作为设计变量，以焊点的热疲劳寿命和随机振动寿命最大为目标，利用正交试验和灰色关联分析相结合的方法对LCCC焊点进行可靠性多目标优化设计，最终设计出使得焊点热循环和随机振动寿命同时最优的参数组合。该方法计算过程简单、能为后期参数优化设计带来方便且优化后的计算结果较为理想，为LCCC焊点结构参数设计提供科学指导。

主权项

1.一种车联网LCCC芯片焊点热循环与随机振动寿命优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)建立LCCC焊点有限元分析模型；2)获取LCCC焊点的热循环应力：对步骤1)建好的模型施加约束，进行温度循环加载条件下分析，然后采用ANSYS软件对模型进行仿真分析而获取LCCC焊点的应力分布；3)获取LCCC焊点的随机振动应力：对步骤1)建好的模型施加约束，进行随机振动加载条件下分析，然后采用ANSYS软件对模型进行仿真分析而获取LCCC焊点的应力分布；4)确定影响LCCC焊点热循环和随机振动的影响因素：具体包括LCCC焊盘宽度W、焊盘长度L、间隙高度H、钢网厚度T，从而获得可优化的工艺参数集合为Y＝{W,L,H,T}；5)确立LCCC焊点随机振动应力和随机振动应力的影响因素的参数水平值；6)计算焊点热疲劳寿命：由Coffin‑Manson方程经验公式计算焊点热疲劳寿命：Δep·Mm＝C  (1)公式(1)中，Δεp为塑性应变范围；M为热疲劳寿命；C为疲劳韧系数，；m为疲劳韧性指数；7)计算焊点随机振动寿命：N＝0.002197H‑0.12  (2)公式(2)中，N为热疲劳寿命；H为循环次数；8)确定出热循环寿命、随机振动寿命集合：评价指标的集合为B＝{M，N}；其中M为热循环寿命，N为随机振动寿命；9)根据各工艺参数因素水平按正交法设计出正交试验方案集：即C＝{Y1，Y2，Y3，Y4......Ym}，其中Y1，Y2，Y3，Y4表示各个点的工艺参数集合，m表示实验组合数；10)按各正交试验方案进行建模仿真并测量获得每次试验的评价指标值：试验方案Y1：X1＝{X11,X12,X13，X14}＝{M1，N1}  (3)试验方案Y2：X2＝{X21,X22,X23，X24}＝{M2，N2}  (4)试验方案Y3：X3＝{X31,X32,X33，X34}＝{M3，N3}  (5)......试验方案Ym：Xm＝{Xm1,Xm2,Xm3，Xm4}＝{Mm，Nm}  (6)公式(3)‑(6)式中，X1，X2，...，Xm分别为正交试验方案Y1，Y2，...，Ym下的评价指标值向量；m为实验组数；11)将测量获得的各评价指标值建立如下公式(7)所示的初始分析矩：公式(7)中，m为焊点的试验组数；12)对仿真结果进行无量纲规范化处理：采用极差变换法对热疲劳寿命和随机振动寿命进行无量纲规范化处理，处理方法如下：公式(8)中：Xi，j表示对仿真结果量纲化处理后的值，i＝1、2、…、m，j＝1、2、…、m，m为焊点的试验组数；13)构建参考方案：公式(9)中,表示试验方案中仿真结果的最大值；14)计算灰色关联系数：即参考序列与比较序列之间的值，计算方法如下：公式(10)中，ξ表示关联系数，i＝1、2,、…、m，j＝1、2、3，ρ∈[0,1],一般取ρ＝0.5，通过公式(10)计算得到25组实验方案中的实验方案中的热循环寿命、随机振动寿命的关联系数，将关联系数列成矩阵：公式(11)中，B表示灰色关联系数矩阵，m为焊点的试验组数；15)计算各实验方案的灰关联度：设LCCC焊点的热循环寿命、随机振动寿命的权重系数依次为λs、λδ，则仿真试验方案相对于理想方案的关联度为：ηi＝λσξi1+λδξi2  (12)16)计算各水平的平均关联度：在确定LCCC焊点的最优参数水平组合时，根据灰色关联分析法的原理，平均关联度越大，它所对应的优化目标越接近最优值；17)寻找出最优参数组合：根据平均关联度值找出LCCC焊点热循环寿命、随机振动寿命同时最优的参数水平组合，实现LCCC焊点机械互连为最优的目标；18)最优组合验证：将最优参数组合重新建模分析，验证优化结果。