动态环境下 5G 设备的可靠性能分析
1. 概述
本文目的是验证安装于工业机械臂上的 5G IIoT 设备的结构耐久性，根据手臂上的多个潜在位置预测特定IIoT设备的随机振动疲劳寿命。
使用Abaqus频域分析求解IIoT设备的模态和稳定状态动态方案，并基于Simpack 或 Abaqus 确定不同安装位置的基础载荷，最后基于Fe-safe使用能量谱密度(PSD)预测其疲劳寿命。
小型并强度高的，放置于多个工业部件上，需要验证载荷环境下的天线设计。下图所示的IIoT 设备，其由ABS外壳、0.8 mm 的FR4底板、纽扣电池等组成，PCB尺寸约41 x 36 mm。基于设备的设计CAD生成结构有限元网格，进行模态分析以获得设备的模态振型；然后进行稳态动力学分析，以获得单位基加速度的广义位移，以及单位加载的节点的应力张量。同时，使用simululia /Simpack或Abaqus对机械臂进行动态仿真，得到每个不同安装位置加速度的时间历史。最后结合稳态动力学分析和载荷的结果，使用Fe-safe预测lloT的疲劳寿命。考虑铜天线、FR4制成的PCB、电池触点焊球和ABS外壳。对 FEM 进行模态分析，以确定机械臂动态操作范围内的结构振型，IIoT一阶模态频率是581 Hz，此确认了小尺寸和小质量的结构刚度，显示表明天线所在位置会有PCB弯曲，尤为值得关注。2.3 稳定状态动态分析(Steady State Dynamics)需要定义合适的阻尼，阻尼量在很大程度上取决于振型和组件。下图显示了IIoT的Z方向加载的通用位移。2.4 机械臂动态分析(Steady State Dynamics)使用Simpack或Abaqus对机械臂进行多体动态分析，生成每个感兴趣位置所产生的加速时间历史。时域加速度历史转换为频域PSD用于疲劳分析，PSD被包围，提供保守的解决方案，以考虑分析中的不确定性。对于位置A，疲劳预测显示以下结果，天线痕迹的疲劳寿命为1，574小时，焊球的疲劳寿命只有1，205小时，从结构角度来看，此位置不适合放置 IIoT 设备。因此，现在我们考虑 B 位置的结果，在机械臂B位置，天和焊球显示1000万小时的寿命，表示基于材料定义的无限寿命。结构位置B 是IIoT设备的最佳安装位置。SIMULIA结构仿真预测 IIoT 设备的可靠性。
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