冲击应力对电连接器性能影响的仿真研究
- 格式：pdf
- 大小：1.45 MB
- 文档页数：7
Voa.38 No.18 2019第38卷第18期振动与冲击
JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK
冲击应力对电连接器性能影响的仿真研究
骆燕燕
V,武雄伟
V,田亚超
3,刘旭阳"
"
1.河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室，天津
300130；
2.河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室，天津
300130；
3.许继电气股份有限公司，河南许昌
461000；
4.国网河北省电力有限公司检修分公司,石家庄
050071)
摘 要
：冲击应力是影响电连接器接触性能的主要环境因素之一
，受到冲击碰撞后可能发生突发性接触失效现
象。为探究冲击过程中接触性能参数变化规律，采用
ANSYS进行仿真研究，建立动力学模块模拟冲击试验，分析了较高
严酷等级下，不同峰值加速度及脉冲持续时间对接触件形变、应力和接触压力的影响,并从能量角度进行了分析。结果表
明
:相比于峰值加速度
,脉冲持续时间对接触性能参数变化的影响显著
;受到
2
ms以内的冲击
，电连接器会在冲击初期出
现瞬断失效现象;但若超过
2 ms,冲击的影响程度明显降低。冲击能量的增加会对接触件的应力值和塑性变形区域产生
影响，并导致接触件发生塑性形变。冲击能量相同时，冲击脉冲持续时间越短，接触性能参数的变化幅度越大。
关键词
：电连接器;冲击应力;有限元分析;接触性能;冲击能量
中图分类号
：TM503 + . 5 文献标志码
：A DOI
：
10. 13465/j. cnki.jvs. 2019.18.038
Simulation study on the effect of impact stress on electrical connector performances
厶&0 Qanyari ,
2 ,
P& Ho*gse/
1,
2 ,
TIAN Qac/iao
3,
LIU Xzzya*g
4
"1. State Key Labootory of Reliabilitu and Intelligence of Electrical Equipment, Hebei University of Technolory,Tianjin 300130,China;
2. Key Labo aa io ay o oE ae tiaomagne iotF oe ad and EaetiaotaaAppaaaiusReaoaboaoiyooHebeoPaoeonte，
HebeoUnoeeasoiyooTethnoaogy,
Toanion 300130,
Chona;
3. XJEae tiaotCo. ,
Lid. ,
Xuthang461000,
Chona;
4. Siaie G aod HebeoMaonienanteBaanth,
Shoioazhuang050071 ,
Chona)
Abstract:
Impact stress is one of the main environmental factors that affects the contact peeormancas of emctrica-
tonnetioas.Theonieamoientyphenomenon mayottuaaieaompati.ThethangesoUihetoniatipeaoamantepaaameieasoU
ihetoniatioason iheeaetiaotaatonnetioaduaongompatipaotesweaesiudoed bynumeaotaasomuaaioon,
and adynamot
physotaamodeawasesiabaoshed iosomuaaieiheaeaaompatiiesi.TheeetisoUdoeaenipeak atteaeaaioon and puase
duaaioon oUan ompation ihetoniatideoamaioon,
siaesand toniatioateweaeanaayzed.And iheaesuaisanaaysoswas
carried out Wom the view point of eneryy. The results show that, compared with the peak acceleration, the duration of
pule has a significant effect on the change of the contact peeormance parameter,
and the change cuoo has an ma—tion
point when the duration is 2ms. The incoxso of impact eneryy will affect the stress volue and strain ogion of the
contactors, and may lead to the plastic deformbion of the contactors. The impact eneryy duration has a more sipnificant
—Feci on the contact peeooianco parameters than the impact eneryy. It can be deduced that when subjected to an impact
of less than 2ms,
the contact feiluro phenomenon is likely I
o happen / electrical connectors.
Key words： electWcai connector; impact stress; finite element analysis; contact peeooianco; impact eneryy
电连接器是器件与器件、
组件与组件、
系统与系统
之间进行电气连接和信号传递的基础元件，
广泛应用
基金项目
：国家自然科学基金
(51107028
)；河北省电工产品可靠性技术
2011协同创新中心项目
收稿日期
：2018 -04 -03修改稿收到日期
：2018 -06 -23
第一作者骆燕燕女
，博士
，博士生导师
,1971年生
通信作者武雄伟男
,硕士生
,1994年生 于航空、
航天、
国防等军用和民用系统中[1
]o
航空、
航
天电连接器及其组件在运输、
碰撞、
跌落等过程中会遇
到不同程度的机械冲击，
在冲击的动态条件下,
接触件
的接触性能是否良好，
对电子设备的可靠性有着重要
的影响(2T。
围绕储存和使用过程中环境应力对电连接器接触
性能的影响，
学者们的研究主要包括两个方面:
①
不同
环境应力的影响研究。
支宏旭⑷研究了振动频率、
幅
第
18期骆燕燕等
：冲击应力对电连接器性能影响的仿真研究
271
值、加速度、电流和环境温度等综合环境应力对电连接
器电接触特性的影响规律。Sawchyn
等
［5
］研究了机械
冲击对电连接器接触可靠性的影响。文献:6-11
］分
别对航天电连接器在温度应力、振动应力和综合应力
作用下的加速寿命试验的理论和方法进行了大量的研
究，并对高可靠性的电连接器进行了寿命评估。
②理
论和方法研究。文献(12-13
］用ABAQUS
仿真研究振
动应力对电连接器接触件微动磨损的影响。龙慧娟［⑷
利用有限元软件ANSYS
求得配合插合状态下连接器
接触件间的接触压力，并通过LS-DYNA
软件分析了振
动应力作用下插针与插孔间的相对运动;Per/net
等
(15
］
利用摩擦能量密度法预测银镀层微动磨损时的电接触
持久性。
本文利用ANSYS
建立电连接器模型，对某型号航
空电连接器进行冲击试验仿真研究,该模型已经过试
验结果验证，具有一定的可靠性
(16
］。并从能量角度分
析电连接器接触性能的变化规律。
1冲击仿真试验
前期研究发现，当峰值加速度(
2 000 m/s2
,接触
件的相关参数的变化幅度很大。因此,本文进一步仿
真研究了接触件的相关参数在2 000
〜5 000 m/s2
峰值
加速度下的变化规律。
1.1
电连接器模型
本文选用某公司生产的三针航空电连接器进行仿
真研究，航空电连接器实物图、单个接触件模型及简化
动力学模型，如图1
所示。在实际工作环境中，由于电
连接器的种类、安装方式不同，其受到的冲击应力也有
很大区别。为简化分析过程，本文选定在垂直轴线方
向的冲击条件下建立电连接器的动力学模型，如图1
(t
所示
(17
］。图1
中，插孔与孔座、插针与针座及针座与孔座之
间的作用分别可简化成弹性系数为C
，C
及C
3的联
接，插针与插孔的接触区域3
处存在接触压力4
和摩
擦力N
由于插针固装于针座中，而插孔嵌套于孔座中，当
受到冲击应力作用时，插针与针座可看做一个整体发
生运动，而插孔与孔座间的运动则会有差异，因此，建
模时，本文设定C
2为无限大，而C
1为零。
F
ki
k\插孔
\N
插针
~~
孔座
(C)
电连接器动力学模型(a)
电连接器实物图(b)
电连接器物理模型
图
1航空电连接器示意图
Fig. 1 Aviation electricel connector schematic
1；
方案设计
参照国家标准GB/T 2423.5
—1995
中应用于各种场
合的试验严酷等级和脉冲波形的典型示例以及各个波形
特点，本文选用半正弦波脉冲作为冲击脉冲，选择沿插孔
到插针的垂直轴向方向作为冲击方向，冲击次数设定为1
次;并结合试验研究需要制定不同的冲击试验严酷等级,
如表1
所示。冲击试验的严酷等级包括脉冲峰值加速度P
和脉冲持续时间#
,本文用(p#
)来表达。
表1冲击试验的严酷等级条件
Tab. 1 Severity leveis of shock test
脉冲峰值加速度
/(m
- s'
2)脉冲持续时间
/ms
11.522.53611
2 0002 000
,12 000
，1 . 5
2 000
,22 000
,2.5* 2 000
，32 000
，62 000
，30
2 5002 500
,12 500
，1.5
2 500
,22 500
,2.52 500
，32 500
，62 500
，30
3 0003 000
,13 000
，1 . 5
3 000
,23 000
,2.53 000
，33 000
，63 000
，30
3 5003 500
,13 500
，1.5
3 500
,23 500
,2.53 500
，33 500
，63 500
，30
4 0004 000
,14 000
，1 . 5
4 000
,24 000
,2.54 000
，34 000
，64 000
，30
4 5004 500
,14 500
，1.5
4 500
,24 500
,2.54 500
，34 500
，64 500
，30
5 000* 5 000
，15 000
，1 . 5
5 000
,25 000
,2.55 000
，35 000
，65 000
，30
注
：
“ *
”为
GB/T 2423.5
—-1995推荐的部分试验严酷等级
1.3
仿真参数设置 触;接触件主体采用自动网格划分方式,各插孔簧片及
仿真参数的设置包括:依照表2
设置接触件材料 接触棱线进行了细密划分，网格单元大小分别设定为
