兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (11): 3879-3891.doi: 10.12382/bgxb.2023.0949
收稿日期:
2023-09-19
上线日期:
2024-01-25
通讯作者:
基金资助:
ZHU Xiufang1,2, ZHOU Hongyuan3, ZHANG Hong1,*(), CHEN Xinmin2
Received:
2023-09-19
Online:
2024-01-25
摘要:
灌封防护可以增强电子设备的完整性,提高对外部冲击和振动的抵抗力,在汽车、船舶和兵器等领域得到了广泛应用。但传统的均质树脂灌封材料存在韧性不足、抗冲击能力较差的问题。针对这一问题,设计了碳纳米管(Carbon nanotubes, CNT)增强树脂基梯度灌封材料,并开展梯度灌封电路板结构的抗冲击性能研究。基于准静态拉伸试验和动态落锤冲击试验分析了不同CNT含量对树脂基体的增强效果以及不同梯度类型灌封结构的抗冲击性能,并通过有限元仿真得到了灌封层及内部电路板的能量吸收和损伤失效情况。研究结果表明:添加0.7 wt% CNT的灌封材料具有较高的拉伸强度,比纯环氧树脂提高了16%;V型梯度灌封板的冲击强度和临界破坏能量高于其他梯度类型,且比均质板提高了40%和15.8%;灌封材料的缓冲吸能对内部电子元件具有良好的防护作用,并且CNT含量较高的铺层吸能更高。提出的新型梯度灌封方式为冲击环境下的电子元件的防护设计提供了参考。
中图分类号:
朱秀芳, 周宏元, 张宏, 陈新民. 梯度灌封电路板结构的抗低速冲击性能[J]. 兵工学报, 2024, 45(11): 3879-3891.
ZHU Xiufang, ZHOU Hongyuan, ZHANG Hong, CHEN Xinmin. Low Speed Impact Resistance of Gradient Encapsulated Circuit Board Structure[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(11): 3879-3891.
CNT含量 | 密度/ (g·cm-3) | 弹性 模量/GPa | 泊松比 | 极限 强度/MPa |
---|---|---|---|---|
纯EP | 1.12 | 5.59 | 0.32 | 55.36 |
0.1% | 1.12 | 6.06 | 0.32 | 58.47 |
0.3% | 1.13 | 6.24 | 0.32 | 59.17 |
0.5% | 1.13 | 6.85 | 0.32 | 67.51 |
0.7% | 1.13 | 7.95 | 0.32 | 79.52 |
PCB | 1.97 | 26.00 | 0.3 | 120 |
表2 有限元模型材料参数
Table 2 Material parameters of finite element model
CNT含量 | 密度/ (g·cm-3) | 弹性 模量/GPa | 泊松比 | 极限 强度/MPa |
---|---|---|---|---|
纯EP | 1.12 | 5.59 | 0.32 | 55.36 |
0.1% | 1.12 | 6.06 | 0.32 | 58.47 |
0.3% | 1.13 | 6.24 | 0.32 | 59.17 |
0.5% | 1.13 | 6.85 | 0.32 | 67.51 |
0.7% | 1.13 | 7.95 | 0.32 | 79.52 |
PCB | 1.97 | 26.00 | 0.3 | 120 |
CNT 含量 | 输入点 | 断裂后直 接应力/ MPa | 直接断裂 应变/ MPa | 剪切传 递系数 | 裂纹展 开应变 |
---|---|---|---|---|---|
纯EP | 1 | 55.36 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.013 | 0 | 0.001 | |
0.1% | 1 | 58.47 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.015 | 0 | 0.001 | |
0.3% | 1 | 59.17 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.019 | 0 | 0.001 | |
0.5% | 1 | 67.51 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.021 | 0 | 0.001 | |
0.7% | 1 | 79.52 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.023 | 0 | 0.001 | |
PCB | 1 | 120 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.006 | 0 | 0.001 |
表3 不同CNT含量的灌封材料及PCB脆性断裂模型
Table 3 Brittle fracture model of encapsulating materials with different CNT contents and PCB
CNT 含量 | 输入点 | 断裂后直 接应力/ MPa | 直接断裂 应变/ MPa | 剪切传 递系数 | 裂纹展 开应变 |
---|---|---|---|---|---|
纯EP | 1 | 55.36 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.013 | 0 | 0.001 | |
0.1% | 1 | 58.47 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.015 | 0 | 0.001 | |
0.3% | 1 | 59.17 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.019 | 0 | 0.001 | |
0.5% | 1 | 67.51 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.021 | 0 | 0.001 | |
0.7% | 1 | 79.52 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.023 | 0 | 0.001 | |
PCB | 1 | 120 | 0 | 1 | 0 |
2 | 0 | 0.006 | 0 | 0.001 |
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