Gegenstand des vorliegenden Berichtes ist die Berechnung einer Leiterplatte im 3er-Nutzen mit der Finite-Elemente-Methode.
Leiterplatten sind relativ dünn im Vergleich zu ihren Abmessungen. Das mechanische
Verhalten kann deshalb auf Basis der Plattentheorie berechnet werden. Die Leiterplatte
war deshalb zweidimensional zu vernetzen. Das FEM-Netz wurde nur auf Grundlage der
Außenkontur der Leiterplatte generiert (eine sofortige Berücksichtigung der vielen Nadeln
würde zu einem enormen Rechenaufwand bei der Netzgenerierung führen).
Die Positionsringe der Nadeln und der Niederhalter wurden dem FEM-Netz über DXF als Vorlage hinterlegt. So konnten die Knotenpunkte mit dem kürzesten Abstand zum Ring-Mittelpunkt in diesen verschoben werden. Nicht zu vermeiden waren Verzerrungen der Dreiecke (können numerisch instabil werden), die aber durch Versetzen der Nachbarknoten wieder korrigiert werden konnten.
Aus dem Inhalt:
- Layout Leiterplatte im 3er-Nutzen;
- FEM-Berechnungsmodell;
- Auflager, Niederhalter und Einspannungen;
- Testpunkte;
- Ergebnisauswertung;
- Zusammenfassung
Inhaltsverzeichnis
1. Layout Leiterplatte im 3er-Nutzen
2. FEM-Berechnungsmodell
3. Auflager, Niederhalter und Einspannungen
4. Testpunkte
5. Ergebnisauswertung
Zusammenfassung
Anfragen für FEM-Dienstleistungen:
Ing.Büro HTA-Software
Maiwaldstraße 24
77866 Rheinau
Tel. 07844-98641
Fax: 07844-98642
fem-dienstleistungen@femcad.de
1. Layout Leiterplatte im 3er-Nutzen
Das Layout der Leiterplatte im 3er-Nutzen mit den genauen Positionen der Testpunkten, Auflagen und Niederhaltern auf der Bottom- und Top-Seite wurde in einer Excel-, PDF- und DXF-Datei vorgegeben.
Leiterplatte
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Leiterplatte im 3er-Nutzen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
2. FEM-Berechnungsmodell
Leiterplatten sind relativ dünn im Vergleich zu ihren Abmessungen. Das mechanische Verhalten kann deshalb auf Basis der Plattentheorie berechnet werden. Die Leiterplatte war deshalb zweidimensional zu vernetzen. Das FEM-Netz wurde nur auf Grundlage der Außenkontur der Leiterplatte generiert (eine sofortige Berücksichtigung der vielen Nadeln würde zu einem enormen Rechenaufwand bei der Netzgenerierung führen).
Die Positionsringe der Nadeln und der Niederhalter wurden dem FEM-Netz über DXF als Vorlage hinterlegt. So konnten die Knotenpunkte mit dem kürzesten Abstand zum Ring-Mittelpunkt in diesen verschoben werden. Nicht zu vermeiden waren Verzerrungen der Dreiecke (können numerisch instabil werden), die aber durch Versetzen der Nachbarknoten wieder korrigiert werden konnten.
FEM-Netz ohne Netzanpassung der Testpunkte und Niederhalter
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
FEM-Netz mit Netzanpassung durch Knoten-Verschiebungen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
FEM-Netz
Insgesamt wurde ein FEM-Netz bestehend aus 49367 Plattenelementen, 4 Elementgruppen, 25770 Knotenpunkten und 77310 Freiheitsgraden erzeugt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Leiterplatten-Material
Für die Leiterplatte wird ein PBT-Hochleistungswerkstoff mit isotropen Eigenschaften ausgewählt. Es werden folgende Daten angenommen:
Leiterplattendicke = 1,6 mm
Elastizitätsmodul = 17000 N/mm²
Poissonsche Zahl = 0,33
Streckgrenze Zug/Biegung = ca. 60 N/mm2
3. Auflager, Niederhalter und Einspannungen
Auflager Bottom-Seite
Das FEM-Modell hat 13 Auflager pro Leiterplatte bzw. 39 Auflager im 3er-Nutzen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Niederhalter Top-Seite
Das FEM-Modell hat 12 Niederhalterr pro Leiterplatte bzw. 36 Niederhalter im 3er-Nutzen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Rahmen-Einspannungen
Das FEM-Modell hat 6 zusätzliche Einspannungen um den Rahmen zu fixieren.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Auflager, Niederhalter und Einspannungen:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
4. Testpunkte
Lastfall 1
Die Leiterplatte wird mit 57 Testpunkten je Leiterplatte und mit 171 Testpunkten im 3er-Nutzen mit jeweils -1.84 N von oben nach unten (von Top nach Bottom) belastet.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Lastfall 2
Die Leiterplatte wird mit 107 bzw. im 3er-Nutzen mit 321 Testpunkten mit jeweils 1.84 N von unten nach oben (von Bottom nach Top) belastet.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
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