Работоспособность радиоэлектронной аппаратуры в экстремальных условиях. Надежность и прочность

Профессиональная компетенция, полученная слушателями при освоении настоящей программы, необходима для выполнения следующих видов профессиональной деятельности:

• оценка надежности и прочности радиоэлектронной аппаратуры и изделий микроэлектроники на этапах эскизного, технического и рабочего проектирования;
• выбор оптимальных проектных решений с учетом специфики условий эксплуатации аппаратуры;
• обоснование технических решений, обеспечивающих выполнение требований технических заданий по надежности и прочности;
• разработка рекомендаций по оптимизации прочностных характеристик к условиям эксплуатации разрабатываемой аппаратуры с учетом выполнения требований по надежности;
• проектная деятельность.

В результате освоения программы слушатель должен:

знать:

• физические основы надежности и прочности радиоаппаратуры и изделий микроэлектроники;
• математические и вычислительные методы расчета надежности и прочности;
• основные понятия теоретической механики, сопротивления материалов и надежности электрорадиоизделий;
• основные процессы, обусловливающие изменение физико-химических, прочностных свойств материалов;
• методы оценки надежности и тепловых режимов изделий микроэлектроники;
• факторы, влияющие на прочность и надежность, и их взаимосвязь с проектными решениями;
• основные процессы, приводящие к отказам аппаратуры и микроэлектронных изделий, при старении и воздействии ионизирующих излучений различной природы;
• методы обеспечения работоспособности аппаратуры в экстремальных условиях эксплуатации;

уметь:

• самостоятельно выделять элементы конструкции, обусловливающие неработоспособность прибора, при экстремальных воздействиях;
• осуществлять качественную оценку влияния длительности и условий эксплуатации на работоспособность приборов и микросхем;
• прогнозировать возможность ухудшения надежности при старении конструкционных материалов и/или радиационном воздействии.

Тематический план:

Тема 1. Элементы теории вероятностей и математической статистики 

Рассматриваются основные аксиомы и понятия теории вероятностей. Определяются функции распределения случайной величины, ее свойства и числовые характеристики. Анализируются основные виды функций распределения случайных величин и их применение при анализе данных и проверке статистических гипотез. Приводятся сведения о доверительных интервалах, критериях достоверности, правилах отбора и отбраковки данных.

Тема 2. Элементы прикладной и вычислительной математики

Рассматриваются правила работы с исходными данными и результатами вычислительных экспериментов, способы оценки погрешностей и методы построения прогнозных значений внутри и вне интервала существования экспериментальных данных. Дано представление об итерационной процедуре и алгоритмах решения математических задач численными методами.

Тема 3. Основы теоретической механики

Приводятся основные сведения о понятиях и аксиомах теоретической механики (сила, момент силы, точка, связь), классификации и видах связей, условиях равновесия. Рассматривается влияние трения на статические системы.

Далее рассматриваются основные положения кинематики и виды движения, специфика колебательных движений, теория гармонического осциллятора. Анализируются законы динамики в приложении к твердому телу.

Тема 4. Методы математического моделирования 

Рассматриваются методы построения моделей применительно к задачам теоретической механики. Даются представления о методах и алгоритмах поисков экстремума функции. Анализируются способы представления функций конечно-разностными схемами и решение задач теоретической механики методом конечных элементов.

Тема 5. Основы сопротивления материалов

Рассматриваются основы теории деформируемого твердого тела и классификация внешних сил. Детализируются особенности реакции тела на внешние воздействия при растяжении, сжатии и сдвиге. Закон упругости Гука и его применение при определении деформированного состояния твердого тела. Основные механические характеристики материала и их связь с законом Гука. Методы испытаний материалов.

Далее приведены некоторые сведения о напряженном состоянии в точке, на плоскости и в объеме твердого тела. Старение материала, как процесс деградации механических свойств материала при наличии напряжений в твердом теле. Рассматриваются механизмы старения материалов при длительной эксплуатации.

Тема 6. Методы оценки прочности, жёсткости и тепловых режимов конструкции электронной аппаратуры с учетом процессов старения и радиационной деградации физико-химических свойств конструкционных материалов 

Приводятся основные сведения о механических и тепловых свойствах твердых тел во взаимосвязи с их строением и параметрами кристаллической решетки. Рассматриваются вопросы изменения микроскопических и макроскопических свойств конструкционных материалов при облучении, термическом, коррозионном воздействии.

Рассматриваются понятия предела упругости, пластичности и прочности макроскопических твердых тел в соответствии с особенностями структуры и уровнем напряженно - деформированного состояния вещества.

Далее приведены сведения о влиянии эксплуатационных требований, предъявляемых к прибору, на старение конструкции и методах имитации процессов старения в лабораторных условиях. Анализируются модельные представления о старении, основанные на применении гипотезы Пальмгрена – Майнера.

Рассматриваются изменения физико-химических и механических характеристик, возможные механизмы необратимых отказов при облучении гамма -квантами, нейтронами или заряженными частицами. Радиационное упрочнение и охрупчивание.

Проанализирована классификация аппаратуры, предназначенной для работы в экстремальных условиях, основанная на унификации требований в нормативной документации.

Обсуждаются расчеты прочности приборов методом конечных элементов, требования к модели и ограничения. Условия упрощения реальной конструкции и физический смысл получаемых в расчетах результатов. Метод гармонических осцилляторов. Решение уравнений теплопроводности методом конечных элементов с учетом наличия внешних источников.

Рассмотрены способы повышения прочности конструкции с использованием результатов моделирования амплитудно-частотных характеристик аппаратуры, методов упрочнения металлов и сплавов, а также возможности оптимизации габаритно-массовых характеристик приборов.

Тема 7. Современные комплексы прикладных программ для оценки надежности, прочности и радиационной стойкости электронной аппаратуры

Приведены основные характеристики современных программных продуктов, используемых при решении задач механики, электродинамики, атомной физики, проведения расчетов кинетических и диффузионных процессов.

Рассматриваются наиболее известные коммерческие пакеты математического моделирования и инженерных расчетов, применяемые в различных областях техники и научных исследованиях.

Представлены основные характеристики пакетов программ для схемотехнического моделирования радиоэлектронной аппаратуры, использующие библиотеки стандартных элементов радиотехнических схем, и рассмотрены возможности и способы учета влияния внешних факторов на работоспособность приборов при проведении расчетов.

Рассматриваются вопросы влияния выбора комплектующих изделий или режима их работы на работоспособность и надежность аппаратуры при необходимости обеспечения ее радиационной стойкости. Приведены примеры основных видов отказов комплектующих изделий различных типов.

Тема 8. Выбор и обоснование наиболее рациональных технических решений по критерию надежности и прочности в условиях эксплуатации при проектировании радиационностойкой электронной аппаратуры 

Приводятся основные критерии выбора комплектующих изделий при проектировании аппаратуры стойкой к воздействию радиации с учетом особенностей радиационной реакции различных типов электрорадиоизделий в условиях необходимости обеспечения выполнения требований по надежности и прочности. Рассматриваются различия в номенклатуре применяемых электрорадиоизделий, обусловленные спецификой эксплуатации конечной продукции.

Рассмотрены наиболее эффективные способы повышения прочности конструкции с использованием методов вибро- и/или ударозащиты аппаратуры.

На примере антенно-фидерного устройства разбирается методика прогнозирования надежности прибора, содержащего как механические детали, так и активные и пассивные электрорадиоизделия, анализируется изменение показателей надежности при необходимости учета процессов старения конструкционных материалов.

По теме проводится практическое занятие, состоящее в рассмотрении практических примеров выбора оптимальных решений при конструировании приборов, работающих в условиях механических и радиационных воздействий.

Тема 9. Итоговая аттестация (тестирование) 

Подробная информация о мероприятии