CN104239646B - 微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法和系统，根据微组装组件与固定件的结构建立振动仿真有限元模型。提取振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，对微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数。判断得到的两组参数的误差是否小于对应的预设阈值，若是，则验证结束；若否，则对振动仿真有限元模型进行修正，并再次提取修正后的振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数。由于增加了与寿命预测随机振动相同量级载荷的随机振动响应特性验证，使验证得到的振动仿真有限元模型更接近于实际使用状态，提高了模型验证的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件寿命预测技术领域，特别是涉及一种微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法和系统。
背景技术
随着科学发展和社会进步，对电子产品的集成度要求越来越高。微组装组件是指将电子元器件用金属等材料进行封装而成的高密度集成的功能器件，可保护其中的电子元器件避免大气水汽腐蚀。
由于微组装组件在实际应用中通常需要安装在如PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)板等固定件上，而固定件为非刚性材料且尺寸较大，可能会因固定件谐振引起微组装组件的同步谐振，使得微组装组件的密封薄弱环节产生材料疲劳，最终导致结构受损开裂，因此需要对金属封装的微组装组件振动疲劳寿命进行预测。目前没有关于微组装组件振动疲劳寿命预测的方法，而传统的金属构件振动疲劳寿命预测方法一般为采用有限元模拟技术对构件的振动特性进行仿真，建立有限元模型并验证后对其特定点进行振动疲劳寿命预测。
传统的金属构件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法仅提取有限元模型的模态参数来进行验证，不能全面反映有限元模型的准确性。将传统的金属构件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法直接用于微组装组件存在验证准确性低的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高验证准确性的微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法和系统。
一种微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法，包括以下步骤：
根据微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立振动仿真有限元模型；
提取所述振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数；
对安装于所述固定件的微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取所述微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数；
判断所述约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，与所述约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数的误差是否小于对应的预设阈值；若是，则验证结束；
若否，则对所述振动仿真有限元模型进行修正，并返回所述提取所述振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数的步骤。
一种微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证系统，包括：
建模模块，用于根据微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立振动仿真有限元模型；
提取模块，用于提取所述振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数；
测试模块，用于对安装于所述固定件的微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取所述微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数；
修正模块，用于判断所述约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，与所述约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数的误差是否小于对应的预设阈值；若是，则验证结束；若否，则对所述振动仿真有限元模型进行修正，并控制所述提取模块提取修正后的振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数。
上述微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法和系统，根据微组装组件与安装微组装组件的固定件的结构建立振动仿真有限元模型后，提取振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，并对微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数。判断约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，与约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数的误差是否小于对应的预设阈值，若是，则验证结束；若否，则对振动仿真有限元模型进行修正，并再次提取修正后的振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数。由于增加了与寿命预测随机振动相同量级载荷的随机振动响应特性验证，使验证得到的振动仿真有限元模型更接近于实际使用状态，提高了模型验证的准确性，在后续步骤中利用验证后的模型进行寿命预测时，也可进一步提高测试准确性。
附图说明
图1为一实施例中微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法的流程图；
图2为一实施例中随机振动功率谱示意图；
图3为一实施例中微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证系统的结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一种微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S110：根据微组装组件与安装微组装组件的固定件的结构，建立振动仿真有限元模型。
微组装组件具体可以是HIC(hybrid integrated circuit，混合集成电路)、微波混合集成电路、微波微组装组件、微波组件或SiP(System In a Package，系统级封装)组件等，封装材料可以是金属或塑料等，固定件用于安装微组装组件，可以是PCB板等。
在其中一个实施例中，步骤S110可包括以下步骤11和步骤12。
步骤11：根据微组装组件与安装微组装组件的固定件的结构，建立对应的实体模型。
针对安装于固定件上的微组装组件的实物建立相应的实体模型。
步骤12：根据实体模型建立振动仿真有限元模型。
根据实体模型进行仿真，建立针对振动特性仿真的固定件上的微组装组件的振动仿真有限元模型。
步骤S120：提取振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数。
约束模态特性参数具体可包括微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，随机振动响应特性参数可包括微组装组件的随机振动响应均方根加速度，随机振动响应均方根加速度是指20～2000Hz频率范围规定功率谱密度载荷下的均方根加速度值。
微组装组件的固有频率满足特征方程
|[K]-ω2[M]|＝0，
其中，[K]为微组装组件的总刚度矩阵，[M]为微组装组件的总质量矩阵，ω2为微组装组件的谐振频率。
随机振动载荷下微组装组件运动满足基本方程
其中，[C]为微组装组件的总阻尼矩阵，{p}为作用在微组装组件上的随机振动力，{x}为微组装组件的位移响应。
本实施例中即是提取微组装组件安装于固定件的条件下的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，作为振动仿真有限元模型的验证特性参数。可以理解，约束模态特性参数和随机振动响应特性参数的具体数据并不是唯一的，可根据实际情况调整。
步骤S130：对安装于固定件的微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数。
将约束模态特性参数和随机振动响应特性参数作为微组装组件的实验特性参数。对应地，约束模态特性验证参数也可包括微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，随机振动响应特性验证参数也可包括微组装组件的随机振动响应均方根加速度。步骤S130可包括步骤31至步骤37。
步骤31：模拟微组装组件安装于固定件的约束条件。
具体可通过带散热装置的弹性约束振动试验夹具固定微组装组件，模拟微组装组件安装在固定件上的约束条件，以便对微组装组件进行约束模态试验和随机振动试验。带散热装置的弹性约束振动试验夹具具体可包括夹具底座、约束单元支架和弹性约束单元。夹具底座用于连接夹具与振动试验台和固定约束单元支架。约束单元支架包括2个，用于支撑弹性约束单元。弹性约束单元由可更换的PCB板和散热片组成，用于约束微组装组件的外引脚和金属腔体。采用PCB板和散热片实现弹性约束，既可以很好地模拟微组装组件在整机中实际应用状态的结构刚性和固支条件，又可以满足与振动试验台的连接条件和紧固要求。
步骤32：根据约束模态特性参数和随机振动响应特性参数获取微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域。
根据步骤S120中得到的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数进行分析，将各参数低于阈值的区域作为微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域。阈值的设定可根据对应部位的材料等实际情况调整。
步骤33：对微组装组件预设的锤击点连续锤击预设次数，采集微组装组件的频率响应函数。
具体可采用等间距移动力锤法，对安装在弹性约束振动试验夹具上的微组装组件进行模态试验。预设的锤击点的数量可根据微组装组件表面大小调整，本实施例中各锤击点之间的间隔距离为10mm以下，连续5次重复锤击同一锤击点。针对微组装组件平坦封装的特点，采用等间距移动力锤法进行模态实验，便于后续步骤中更准确地获取微组装组件的约束模态特性参数。
将加速度传感器布置在微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域的预设参考点上，当移动力锤敲击微组装组件的锤击点时，采集参考点的力信号和加速信号，进而获得对应的频率响应函数。
步骤34：根据频率响应函数分析并提取微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率。
将试验获得的频率响应函数导入到模态分析软件中，进行模态识别，剔除虚假模态后，获得微组装组件的前八阶固有频率和振型。根据八阶振型的模态置信因子MAC值和固有频率值，当前八阶振型彼此正交，利用前八阶振型拟合频响函数。
可通过采集和计算频率响应函数的线性平均值消除随机噪声的干扰，对过滤后的频率响应函数还可利用模态识别技术去除固定件的固有频率，也可通过采用移动力锤法敲击固定件，获得对应的频率响应函数并确定固定件的固有频率，通过最后去除固定件的固有频率后得到的频率响应函数来分析微组装组件的模态参数，提高数据准确性。
步骤35：获取振动疲劳损伤敏感区域预设的监测点的加速度响应时域信号。
采用加速度响应同步监测法，对安装在弹性约束振动试验夹具上的微组装组件进行随机振动试验，获取各监测点的加速度响应时域信号。可将微组装组件通过振动夹具固定在随机振动台上，布置加速度计传感器同步监测各监测点的振动响应，施加典型随机振动功率谱密度进行随机振动试验，同时也监测固定件的振动响应。监测点的位置可在步骤32确定的振动疲劳损伤敏感区域进行设置，监测点的具体数量同样也可根据微组装组件的尺寸进行调整。
步骤36：根据加速度响应时域信号计算对应监测点的均方根加速度功率谱密度。具体可先对获取的加速度响应时域信号进行滤波，然后计算各监测点的均方根加速度功率谱密度。
步骤37：根据均方根加速度功率谱密度计算对应监测点的随机振动均方根加速度。根据得到的均方根加速度功率谱密度计算各监测点的随机振动均方根加速度，至此便得到了微组装组件的实验特性参数。
步骤S140：判断约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，与约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数的误差是否小于对应的预设阈值。若是，则验证结束，得到最终的振动仿真有限元模型；若否，则对振动仿真有限元模型进行修正，返回步骤S120，重新提取修正后的振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数。可以理解，在重新获取参数后可不进行步骤S130，直接进行步骤S140，再次进行判断，直至各参数的误差小于对应的预设阈值。
对应误差阈值也可根据实际情况进行调整。本实施例中具体的判断标准为，微组装组件的前八阶固有频率每一阶频率相对误差s1≤5％、每一阶模态振型相同，各监测点的随机振动均方根加速度对相对误差s2≤6.5％。
如果某一种参数的相对误差大于对应误差阈值，说明模型准确度低，根据参数误差对模型进行修正。对模型进行固有频率的修正具体可包括：有限元网格类型及疏密修正、边界自由度约束条件修正、界面接触方式修正、材料力学参数修正。采用逐一模态振型对比法对模型的模态振型进行修正，修正过程中同时兼顾对应的固有频率结果，以保证模态振型和固有频率都与实测结果一致。
可对振动疲劳敏感区域的至少6个监测点进行相对误差分析，如果相对误差大于6.5％，对模型进行随机振动均方根加速度的修正，具体也可以是包括网格划分、约束条件和界面处理等方式。修正过程中同时兼顾相应的模态特性参数，以保证模态振型、固有频率和随机振动均方根加速度都与实测结果一致。
修正后重新获取验证特性参数再次与实验特性参数比较，直至相对误差均小于或等于对应误差阈值，最终得到的模型即为振动仿真模型。
上述微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法，根据微组装组件与固定件的结构建立振动仿真有限元模型。提取振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，对微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数。判断得到的两组参数的误差是否小于对应的预设阈值，若是，则验证结束；若否，则对振动仿真有限元模型进行修正，并再次提取修正后的振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数。由于增加了与寿命预测随机振动相同量级载荷的随机振动响应特性验证，使验证得到的振动仿真有限元模型更接近于实际使用状态，提高了模型验证的准确性。在后续步骤中利用验证后的模型进行寿命预测时，也可进一步提高测试准确性。
为便于更好地理解技术方案及其带来的有益效果，下面结合具体实施例进行详细的解释说明。以对安装于PCB板的两块HIC进行振动疲劳寿命预测为案例，两个HIC为金属封装，通过螺栓固定在PCB板上，外壳腔体为10#钢(Fe-C7％～13％)、腔体盖板为4J29可伐材料(Fe54-Co17-Ni29)。
建立安装于PCB板上的2个HIC振动疲劳寿命预测的振动仿真有限元模型，并提取约束模态振型、固有频率和随机振动均方根加速度。得到的随机振动功率谱如图2所示，横坐标表示频率，单位为Hz，纵坐标为随机振动功率谱密度，单位为g2/Hz，dB/OCT为分贝/倍频程。
对安装于振动试验夹具的HIC进行约束模态试验和随机振动试验，通过实测获得用于模型验证的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数。将加速度传感器布置在HIC振动疲劳损伤敏感区域的参考点，移动力锤敲击HIC的锤击点，采集参考点的力信号和加速信号，进而获得对应的频率响应函数。同样利用移动力锤法敲击固定件，获得对应的频率响应函数并确定固定件的固有频率，通过最后去除固定件的固有频率后得到的频率响应函数来分析微组装组件的模态参数。
对振动仿真有限元模型进行验证，将HIC模态振型、固有频率和随机振动均方根加速度的仿真结果与实验结果进行对比，并对HIC振动仿真模型进行修正。表1为模型修正后HIC部分固有频率仿真值和实测值的相对误差(一阶～五阶)，表2为模型修正后HIC振动疲劳敏感区监测点的随机振动均方根加速度相对误差。
表1
表2
由表1和表2可知，修正后的模型的仿真值(即验证特性参数)与实测值(即实验特性参数)的相对误差均在允许范围内，最终得到振动仿真模型。在后续步骤中可利用验证后的模型进行寿命预测。
本发明还提供了一种微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证系统，如图3所示，包括建模模块110、提取模块120、测试模块130和修正模块140。
建模模块110用于根据微组装组件与安装微组装组件的固定件的结构，建立振动仿真有限元模型。
微组装组件具体可以是HIC、微波微组装组件、微波组件或SiP组件等，封装材料可以是金属或塑料等，固定件用于安装微组装组件，可以是PCB板等。
在其中一个实施例中，建模模块110包括第一建模单元和第二建模单元。
第一建模单元用于根据微组装组件与安装微组装组件的固定件的结构，建立对应的实体模型。
针对安装于固定件上的微组装组件的实物建立相应的实体模型。
第二提取单元用于根据实体模型建立振动仿真有限元模型。
根据实体模型进行仿真，建立针对振动特性仿真的固定件上的微组装组件的振动仿真有限元模型。
提取模块120用于提取振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数。
约束模态特性参数具体可包括微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，随机振动响应特性参数可包括微组装组件的随机振动响应均方根加速度，随机振动响应均方根加速度是指20～2000Hz频率范围规定功率谱密度载荷下的均方根加速度值。
本实施例中即是提取微组装组件安装于固定件的条件下的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，作为振动仿真有限元模型的验证特性参数。可以理解，约束模态特性参数和随机振动响应特性参数的具体数据并不是唯一的，可根据实际情况调整。
测试模块130用于对安装于固定件的微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数。
对应地，约束模态特性验证参数也可包括微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，随机振动响应特性验证参数也可包括微组装组件的随机振动响应均方根加速度。测试模块130包括模拟单元、第一获取单元、采集单元、第二获取单元、第三获取单元、第一计算单元和第二计算单元。
模拟单元用于模拟微组装组件安装于固定件的约束条件。
具体可通过带散热装置的弹性约束振动试验夹具固定微组装组件，模拟微组装组件安装在固定件上的约束条件，以便对微组装组件进行约束模态试验和随机振动试验。带散热装置的弹性约束振动试验夹具具体可包括夹具底座、约束单元支架和弹性约束单元。夹具底座用于连接夹具与振动试验台和固定约束单元支架。约束单元支架包括2个，用于支撑弹性约束单元。弹性约束单元由可更换的PCB板和散热片组成，用于约束微组装组件的外引脚和金属腔体。采用PCB板和散热片实现弹性约束，既可以很好地模拟微组装组件在整机中实际应用状态的结构刚性和固支条件，又可以满足与振动试验台的连接条件和紧固要求。
第一获取单元用于根据约束模态特性参数和随机振动响应特性参数获取微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域。
根据提取模块120得到的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数进行分析，将各参数低于阈值的区域作为微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域。阈值的设定可根据对应部位的材料等实际情况调整。
采集单元用于对微组装组件预设的锤击点连续锤击预设次数，采集微组装组件的频率响应函数。
具体可采用等间距移动力锤法，对安装在弹性约束振动试验夹具上的微组装组件进行模态试验。预设的锤击点的数量可根据微组装组件表面大小调整，针对微组装组件平坦封装的特点，采用等间距移动力锤法进行模态实验，便于后续步骤中更准确地获取微组装组件的约束模态特性参数。
将加速度传感器布置在微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域的预设参考点上，当移动力锤敲击微组装组件的锤击点时，采集参考点的力信号和加速信号，进而获得对应的频率响应函数。
第二获取单元用于根据频率响应函数分析并提取微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率。具体方式与步骤34类似，在此不做赘述。
可通过采集和计算频率响应函数的线性平均值消除随机噪声的干扰，对过滤后的频率响应函数还可利用模态识别技术去除固定件的固有频率，也可通过采用移动力锤法敲击固定件，获得对应的频率响应函数并确定固定件的固有频率，通过最后去除固定件的固有频率后得到的频率响应函数来分析微组装组件的模态参数，提高数据准确性。
第四获取单元用于获取振动疲劳损伤敏感区域预设的监测点的加速度响应时域信号。
采用加速度响应同步监测法，对安装在弹性约束振动试验夹具上的微组装组件进行随机振动试验，获取各监测点的加速度响应时域信号。可将微组装组件通过振动夹具固定在随机振动台上，布置加速度计传感器同步监测各监测点的振动响应，施加典型随机振动功率谱密度进行随机振动试验，同时也监测固定件的振动响应。监测点的位置可在振动疲劳损伤敏感区域进行设置，监测点的具体数量同样也可根据微组装组件的尺寸进行调整。
第一计算单元用于根据加速度响应时域信号计算对应监测点的均方根加速度功率谱密度。
具体可先对获取的加速度响应时域信号进行滤波，然后计算各监测点的均方根加速度功率谱密度。
第二计算单元用于根据均方根加速度功率谱密度计算对应监测点的随机振动均方根加速度。
根据得到的均方根加速度功率谱密度计算各监测点的随机振动均方根加速度，至此便得到了微组装组件的实验特性参数。
修正模块140用于判断约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，与约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数的误差是否小于对应的预设阈值；若是，则验证结束，得到最终的振动仿真有限元模型；若否，则对振动仿真有限元模型进行修正，并控制提取模块120提取修正后的振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数。修正模块140根据重新提取的数据再次进行判断，直至各参数的误差小于对应的预设阈值。
对应误差阈值也可根据实际情况进行调整。本实施例中具体的判断标准为，微组装组件的前八阶固有频率每一阶频率相对误差s1≤5％、每一阶模态振型相同，各监测点的随机振动均方根加速度对相对误差s2≤6.5％。
如果某一种参数的相对误差大于对应误差阈值，说明模型准确度低，根据参数误差对模型进行修正。对模型进行固有频率的修正具体可包括：有限元网格类型及疏密修正、边界自由度约束条件修正、界面接触方式修正、材料力学参数修正。采用逐一模态振型对比法对模型的模态振型进行修正，修正过程中同时兼顾对应的固有频率结果，以保证模态振型和固有频率都与实测结果一致。
可对振动疲劳敏感区域的至少6个监测点进行相对误差分析，如果相对误差大于6.5％，对模型进行随机振动均方根加速度的修正，具体也可以是包括网格划分、约束条件和界面处理等方式。修正过程中同时兼顾相应的模态特性参数，以保证模态振型、固有频率和随机振动均方根加速度都与实测结果一致。
修正后重新获取验证特性参数再次与实验特性参数比较，直至相对误差均小于或等于对应误差阈值，最终得到的模型即为振动仿真模型。
上述微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证系统，建模模块110根据微组装组件与固定件的结构建立振动仿真有限元模型。提取模块120提取振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，测试模块130对微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数。修正模块140判断得到的两组参数的误差是否小于对应的预设阈值，若是，则验证结束；若否，则对振动仿真有限元模型进行修正，并控制提取模块120提取修正后的振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，修正模块140根据重新提取的数据再次进行判断。由于增加了与寿命预测随机振动相同量级载荷的随机振动响应特性验证，使验证得到的振动仿真有限元模型更接近于实际使用状态，提高了模型验证的准确性。在后续步骤中利用验证后的模型进行寿命预测时，也可进一步提高测试准确性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据金属封装的微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立固定件上的微组装组件的振动仿真有限元模型；
提取所述振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数；
对安装于所述固定件的微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取所述微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数；
判断所述约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，与所述约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数的误差是否小于对应的预设阈值；若是，则验证结束；
若否，则对所述振动仿真有限元模型进行修正，并返回所述提取所述振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数的步骤；
所述约束模态特性参数包括所述微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，所述随机振动响应特性参数包括所述微组装组件的随机振动响应均方根加速度；所述随机振动响应均方根加速度指20～2000Hz频率范围规定功率谱密度载荷下的均方根加速度值；
所述约束模态特性验证参数包括所述微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，所述随机振动响应特性验证参数包括所述微组装组件的随机振动响应均方根加速度；所述对安装于所述固定件的微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取所述微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数的步骤，包括：
模拟所述微组装组件安装于所述固定件的约束条件，具体通过带散热装置的弹性约束振动试验夹具固定所述微组装组件，模拟所述微组装组件安装在固定件上的约束条件，所述带散热装置的弹性约束振动试验夹具包括底座、约束单元支架和弹性约束单元，所述约束单元支架包括2个，所述弹性约束单元由可更换的PCB板和散热片组成；
根据所述约束模态特性参数和随机振动响应特性参数获取所述微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域；
对所述微组装组件预设的锤击点连续锤击预设次数，采集所述微组装组件的频率响应函数；
根据所述频率响应函数分析并提取所述微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，利用模态识别技术，去除所述固定件的固有频率，或通过采用移动力锤法敲击固定件，获得对应的频率响应函数并确定固定件的固有频率，通过最后去除所述固定件的固有频率后得到频率响应函数来分析微组装组件的模态参数；
获取所述振动疲劳损伤敏感区域预设的监测点的加速度响应时域信号，其中，对安装在弹性约束振动试验夹具上的微组装组件进行随机振动试验，获取各监测点的加速度响应时域信号；
根据所述加速度响应时域信号计算对应所述监测点的均方根加速度功率谱密度；
根据所述均方根加速度功率谱密度计算对应所述监测点的随机振动均方根加速度。
2.根据权利要求1所述的微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法，其特征在于，所述根据金属封装的微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立振动仿真有限元模型的步骤，包括以下步骤：
根据所述金属封装的微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立安装于固定件上的微组装组件相应的实体模型；
根据所述实体模型建立所述固定件上所述金属封装的微组装组件的振动仿真有限元模型。
3.根据权利要求1所述的微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证方法，其特征在于，所述判断所述约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，与所述约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数的误差是否小于对应的预设阈值包括：判断所述前八阶模态振型是否相同，判断所述前八阶固有频率的相对误差是否小于或等于5％，判断所述随机振动响应均方根加速度的相对误差是否小于或等于6.5％。
4.一种微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证系统，其特征在于，包括：
建模模块，用于根据金属封装的微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立固定件上的微组装组件的振动仿真有限元模型；
提取模块，用于提取所述振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数；
测试模块，用于对安装于所述固定件的微组装组件进行模态试验和随机振动测试，获取所述微组装组件的约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数；
修正模块，用于判断所述约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，与所述约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数的误差是否小于对应的预设阈值；若是，则验证结束；若否，则对所述振动仿真有限元模型进行修正，并控制所述提取模块提取修正后的振动仿真有限元模型的约束模态特性参数和随机振动响应特性参数；
所述约束模态特性参数包括所述微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，所述随机振动响应特性参数包括所述微组装组件的随机振动响应均方根加速度；所述随机振动响应均方根加速度指20～2000Hz频率范围规定功率谱密度载荷下的均方根加速度值；
所述约束模态特性验证参数包括所述微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，所述随机振动响应特性验证参数包括所述微组装组件的随机振动响应均方根加速度；所述测试模块包括：
模拟单元，用于模拟所述微组装组件安装于所述固定件的约束条件，具体通过带散热装置的弹性约束振动试验夹具条件约束所述微组装组件，模拟所述微组装组件安装在固定件上的约束条件，所述带散热装置的弹性约束振动试验夹具包括底座、约束单元支架和弹性约束单元，所述约束单元支架包括2个，所述弹性约束单元由可更换的PCB板和散热片组成；
第一获取单元，用于根据所述约束模态特性参数和随机振动响应特性参数获取所述微组装组件的振动疲劳损伤敏感区域；
采集单元，用于对所述微组装组件预设的锤击点连续锤击预设次数，采集所述微组装组件的频率响应函数；
第二获取单元，用于根据所述频率响应函数分析并提取所述微组装组件的前八阶模态振型和前八阶固有频率，利用模态识别技术，去除所述固定件的固有频率，或通过采用移动力锤法敲击固定件，获得对应的频率响应函数并确定所述固定件的固有频率，通过最后去除所述固定件的固有频率后得到频率响应函数来分析微组装组件的模态参数；
第三获取单元，用于获取所述振动疲劳损伤敏感区域预设的监测点的加速度响应时域信号，其中，对安装在弹性约束振动试验夹具上的微组装组件进行随机振动试验，获取各监测点加速度响应时域信号；
第一计算单元，用于根据所述加速度响应时域信号计算对应所述监测点的均方根加速度功率谱密度；
第二计算单元，用于根据所述均方根加速度功率谱密度计算对应所述监测点的随机振动均方根加速度。
5.根据权利要求4所述的微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证系统，其特征在于，所述建模模块包括：
第一建模单元，用于根据所述金属封装的微组装组件与安装所述微组装组件的固定件的结构，建立安装于固定件上的微组装组件相应的实体模型；
第二建模单元，用于根据所述实体模型建立所述固定件上所述金属封装的微组装组件的振动仿真有限元模型。
6.根据权利要求4所述的微组装组件振动疲劳寿命预测仿真模型验证系统，其特征在于，所述修正模块判断所述约束模态特性参数和随机振动响应特性参数，与所述约束模态特性验证参数和随机振动响应特性验证参数的误差是否小于对应的预设阈值包括：判断所述前八阶模态振型是否相同，判断所述前八阶固有频率的相对误差是否小于或等于5％，判断所述随机振动响应均方根加速度的相对误差是否小于或等于6.5％。
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Citations (2)
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Non-Patent Citations (3)
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|---|
| PBGA板级组件焊点随机振动可靠性分析与研究";漆学利;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20120615;第2-6章 * |
| 有限元模拟技术在电子部件可靠性分析中的应用;何小琦等;《电子产品可靠性与环境试验》;20051231;全文 * |
| 高密度PBGA组件的模态试验与仿真研究;周斌等;《电子元件与材料》;20110831;第30卷(第8期);全文 * |
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