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硕 士 学 位 论 文

电子封装结构振动损伤寿命研究

Fatigue Damage of the
Electronic Packaging Under Random Vibrations






作 者 姓 名： 钟嫄
学科、专业 ： 工程力学
指 导 教 师： 荣克林 贾亮 侯传涛
完 成 日 期： 2018 年 6 月



中国航天科技集团公司
China Aerospace Science and Technology Corporation


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摘要
随着火箭导弹受到的力学环境也越来越恶劣，仪器设备的功能更加多样化和
体积更加小型化，仪器设备不仅功率更大、温度更高，其振动冲击环境也十分严
酷。目前国外对仪器设备失效机理分析以及损伤寿命评估已得到广泛开展，而国
内对该领域的研究甚少。通过探究仪器设备损伤机理，对设备损伤寿命进行评估，
对提高封装结构可靠性具有重要意义。
在某些情况下，振动冲击所引起的失效成为封装结构主要失效原因，探究封
装结构在振动冲击力学环境下损伤，通过仿真分析其力学响应进行寿命评估，并
与试验相结合相互验证。是研究失效物理的主要途径。
实际情况下，多轴向振动状态是航天产品在工作中主要承受的力学环境。开
展多轴向力学环境研究，与传统 3 正交轴依次施加激励的模式进行损伤对比，是
目前研究振动寿命评估的主要方向。
本文针对典型 CQFP 封装结构仪器，开展有限元建模技术的研究，基于激光
测振技术开展模态试验以及频响试验，并对有限元模型进行修正。通过对比单轴
多轴激励下放大特性，发现多轴向激励可以激发结构更多的模态以及更大的能量。
开展随机振动封装结构损伤寿命评估研究，分别用三区间法、Dirlik 法、雨流计
数法对薄弱环节进行应力幅值概率分布研究，以及寿命评估；并分析不同带宽下
三种方法适用性。开展单轴与多轴激励下设备损伤研究，得到结构在单轴、多轴
环境下损伤比，发现工程上采用三个正交轴依次振动以等效多轴振动的试验手段
不一定保守。最后，本文开展二者损伤等效研究，对单轴振动制定基于二者损伤
等效的激励条件，使得二者振动环境下寿命相等。
关键词：失效物理 随机振动 多轴振动 寿命评估 损伤


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Abstract
With the rocket's mechanical environment is getting worse and worse, the
functions of the instrument and equipment are more diversified and the volume is
more miniaturized. The instrument and equipment are not only more powerful and
higher in temperature, but also the vibration and impact environment is very harsh. At
present, the failure mechanism analysis and damage life assessment of instrume