电连接器微动磨损分析模型及失效机理的研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51007010
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
20.0万
负责人：
任万滨
依托单位：
哈尔滨工业大学
学科分类：
E0705.高电压与放电
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
翟国富；杨文英；徐乐；张鑫赟；焦玉斌；
关键词：
机械振动电连接器电接触微动磨损

项目摘要

持续的机械振动应力将引起电连接器中插针与插孔发生微动磨损，相应出现的电接触故障亦是导致电连接器功能失效的根本原因之一。本项目通过联合非线性有限元法与移动元胞自动机自组织技术建立电连接器接触对宏观、微观微动磨损分析模型，研究电连接器接触对微动条件下表面形貌、成分及电接触特性演化过程的分析技术。开发机械振动条件下电连接器微动特性综合测试分析系统，最终确定机械振动引起电连接器微动磨损的失效机理、关键影响因素及电接触性能退化规律。本研究的分析方法与所得的结论对于提高电连接器可靠性及耐环境能力具有重要的理论意义与实用价值，同时对于电连接器结构优化以及所用电接触材料优选亦将具有借鉴意义。

结项摘要

本项目旨在确定电连接器微动环境条件下的微动磨损失效物理模型和相关失效机理，因此分别开展了基于非线性有限元法的微动磨损仿真技术、可移动元胞自动机自组织建模技术、基于电动振动台的电触点材料微动磨损测试分析系统设计、接触电阻高精密测量技术等研究工作。成果如下：（1）应用商用有限元软件ABAQUS实现了电连接器接触对宏观机械磨损过程的仿真，进而通过机—电耦合求解实现接触电阻退化过程的仿真。（2）自主开发设计了微动磨损测试分析系统，微动频率范围为10-2000Hz，微动加速度最高可达196m/s2，试验过程中可实时同步检测触点正压力、触点切向摩擦力、触点接触压降、触点相对位移等参数，采样频率500kHz，触点电流调整范围1mA—1A，接触电阻测试精度1mΩ，测试范围0-5Ω，环境温度调整范围25℃—125℃，真空度调整范围5kPa—100kPa。（3）创新地提出了基于电压—频率变换的接触电阻测量方法、积分式接触电阻测量方法、激励电流断续斩波方法、低噪低漂移弱信号调理和滑动窗口平均滤波等一系列技术以解决触点材料接触电阻真值小、不稳定、不易精确测量的难点。（4）实验综合研究了微动幅值、微动频率、微动周期、电流应力、环境温度等因素对于铜镀金触点材料微动磨损和电接触性能影响。确定了微动幅值与微动频率是影响触点间歇失效的关键因素，并建立了微动频率—微动幅值—失效模式的微动图谱。确定了使触点对间发生滑移的微动幅值是使得镀金层脱落的前提条件，且微动频率的增大导致触点间相对运动速度过大，无法保证表面间实时具有足够的接触面积，是导致间歇失效的根本原因。电流应力和环境温度应力均是影响触点表面间微观接触状态的关键因素，电流与环境温度的适量增加，可延长接触电阻退化速率。