1概述

電子器件在工作過程中常常會受到各種振動載荷的作用，由此可能會導致其部件或連接位置的破壞。對電子器件進行振動分析可以更好的了解電子器件系統的變形及頻率響應。本案例基于PERA SIM對振動臺上某電子器件進行振動分析，計算其在水平正弦激勵作用下的變形及頻率響應。

2有限元模型建立

? 模型簡化

將電子器件模型中的小倒角、孔洞等對計算結果影響較小的局部特征去除，以此提升整體網格質量，減小網格規模。簡化后的幾何模型如下圖所示：

外殼

PCB器件

圖 1 電子器件幾何模型

? 劃分網格

通過PERA SIM網格劃分模塊的全局以及局部網格控制，劃分該模型共產生約19.7萬單元，40萬節點，電子器件及振動臺的網格模型如下圖所示：

圖 2 電子器件網格模型

? 定義屬性

點擊“屬性”模塊，輸入電子器件的材料屬性，定義為各項同性的線彈性材料，其中彈性模量：210 GPa，泊松比：0.3，密度：7800kg/m3。定義電子器件的截面屬性，并將材料屬性與截面屬性一同賦予給模型。

圖 3 屬性定義界面

? 連接關系

PERA SIM支持自動探測接觸功能，可實現基于容差控制的接觸自動創建，對于多零部件裝配體的分析，極大地提高了建模效率。默認情況下，基于自動創建的接觸均設置為綁定接觸，可基于綁定接觸的容差設置，控制接觸生效區域。此外，可直接將綁定接觸轉換為一般接觸，如摩擦接觸、無摩擦接觸等，以滿足不同的分析需求。

圖 4 自動接觸探測以及接觸參數設置

圖 5 接觸類型的一鍵轉換

? 邊界條件及載荷

本案例的計算分為兩個部分，分別為模態分析與諧響應分析。在模態分析部分對振動臺底部施加固定約束，諧響應分析為固定約束處沿Z向的位移載荷，幅值為10mm，相位角為0。

圖 6 邊界條件設置

? 求解參數

模態分析中，提取其前20階模態，之后進行諧響應分析，掃頻范圍為0~1400 Hz，結構阻尼系數設置為0.04。

圖 7求解參數設置

3有限元計算結果

3.1 模態分析結果

在后處理部分中，隱藏振動臺外殼，查看電子器件的模態振型，并與國際某主流軟件X計算結果對比（受篇幅限制，文中僅展示前六階模態結果對比）：

左：一階模態（PERA SIM） 右：一階模態（X軟件）

左：二階模態（PERA SIM） 右：二階模態（X軟件）

左：三階模態（PERA SIM） 右：三階模態（X軟件）

左：四階模態（PERA SIM） 右：四階模態（X軟件）

左：五階模態（PERA SIM） 右：五階模態（X軟件）

左：六階模態（PERA SIM） 右：六階模態（X軟件）

圖 8 PERA SIM與國際主流軟件X的部分模態振型比對

表 1 PERA SIM與X軟件的前六階固有頻率

3.2 諧響應分析結果

在諧響應部分中，選取特定位置，輸出其隨頻率響應的X向變形幅值曲線，并與X軟件計算結果對比，選取位置如下圖所示：

圖 9 諧響應輸出幅值曲線位置

PERA SIM與X軟件輸出幅值曲線如下圖所示，并選取最大峰值點與最小峰值點比對其數值（如下圖中的1號與2號點位）：

a) PERA SIM位移幅值曲線

b) X軟件位移幅值曲線

圖 10 PERA SIM及X軟件特定位置X向位移幅值變化曲線

表 2 PERA SIM與X軟件最大峰值點與最小峰值點對比

4結論

本文基于自主有限元軟件PERA SIM建立某電子器件的有限元模型，并分別進行模態分析與諧響應分析，針對多零部件的裝配體，PERA SIM可實現接觸的自動創建，極大地提高了建模效率并且可以調整接觸容差控制接觸生效區域。此外，在相同邊界及求解參數設置下，基于PERA SIM的電子器件振動分析計算結果與國際某主流軟件計算結果偏差在3%以內，計算精度較高。

作者：安世亞太結構工程師 安小龍