电连接器热疲劳研究

作     者：常鹏飞 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：芦娜

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电连接器 接触性能 电热性能 热疲劳 有限元分析 

摘      要：近些年电子技术迅速发展,电连接器的应用领域日益广泛,使用数量也逐渐增加。随着技术的发展,电连接器体积不断减小,但要求的负载却越来越大。由于电流的增大,导致电连接器的温度随之升高,温度的升高又会对电连接器的性能及疲劳寿命产生影响,电连接器的热疲劳问题开始逐渐凸显。因此,亟需对电连接器的热疲劳问题进行深入的研究。本课题针对电连接器的热疲劳问题进行了研究。主要包括四个方面:电连接器的结构性能、电连接器的电热性能、电热性能对接触性能的影响及电连接器的疲劳特性。第一,依据材料力学理论建立电连接器力学分析模型,计算得到电连接器的接触力、应力与摩擦力。基于ANSYS Static Structural有限元分析模块,得到该结构的接触力、应力分布云图及插拔力曲线。第二,依据热力学理论对电连接器建立电热分析模型,基于ANSYS Thermal-Electric模块及Electric与Transient Thermal耦合分析模块对电连接器进行稳态与瞬态热分析,得到其在不同条件下的温升情况及在升温与散热过程中温度随时间变化的情况,进而得到电连接器在通、断电循环中的电热性能。第三,由于电连接器通、断电循环,其电热性能不断变化,进而导致电连接器接触性能的变化,据此用电-热-力耦合方法对接触性能进行分析,得到电热性能对接触性能的影响。第四,依据疲劳理论对电连接器进行疲劳分析,基于nCode DesignLife模块对电连接器的机械疲劳、热疲劳及热机疲劳进行有限元分析,得到电连接器三种疲劳的寿命及热疲劳对其寿命的影响。课题研究表明,负载电流引起的温升,特别是高温环境或大电流产生的高温升,会对电连接器的接触性能产生一定的影响,由此产生的热疲劳加剧了电连接器的老化,缩短了其寿命。因此,在进行电连接器的结构设计时,需要考虑热疲劳对电连接器寿命的影响。