AIFEM是由天洑自主研發(fā)的一款通用的智能結(jié)構(gòu)仿真軟件，助力用戶解決固體結(jié)構(gòu)相關(guān)的靜力學(xué)、動力學(xué)、振動、熱力學(xué)等實際工程問題，軟件提供高效的前后處理工具和高精度的有限元求解器，幫助用戶快速、深入地評估結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，加速產(chǎn)品的設(shè)計迭代。

電器盒工作時常伴隨振動，本案例對某型電器盒在Z向1.5g的激勵下進行頻響分析。具體結(jié)果可見后處理云圖及曲線圖。

2）幾何

某型電器盒幾何如圖1-1所示，由綠色殼體、橙色PCB基板、灰色芯片、紅色散熱管和藍色電容組成。

圖1-1 幾何模型

3）分析工況

① 模態(tài)分析步：固定殼體4個安裝孔，求解前50階模態(tài)。

② 諧響應(yīng)分析步：頻率區(qū)間：1-1000Hz；常數(shù)臨界阻尼：0.02；激勵：殼體四個約束孔，1-1000Hz ， Z向1.5g加速度。

4）材料屬性

表1-1 材料屬性

① 啟動AIFEM 2023R2；

② 點擊創(chuàng)建方案，在新建方案彈窗中，填寫文件名《電器盒》，點擊保存。

圖2-1 AIFEM窗口

圖2-2 新建方案

2）幾何

① 點擊幾何>導(dǎo)入，彈出導(dǎo)入幾何文件彈窗；

② 在導(dǎo)入幾何文件彈窗中，選擇幾何文件PCB.stp；

③ 選擇默認(rèn)的‘導(dǎo)入為新模型’，將其導(dǎo)入為‘電器盒’，點擊導(dǎo)入。

圖2-3 幾何導(dǎo)入

3）網(wǎng)格

① 點擊有限元模型>四面體網(wǎng)格，彈出四面體網(wǎng)格彈窗；

② 在四面體網(wǎng)格彈窗中，選擇整個殼體和PCB基板作為對象，點擊對象右側(cè)的確定；

③ 將全局網(wǎng)格尺寸修改為6mm，勾選繼續(xù)新增，點擊生成。

圖2-4 網(wǎng)格劃分

① 在繼續(xù)新增的新四面體網(wǎng)格彈窗中，選擇剩余的所有芯片、散熱管和電容作為對象，點擊對象右側(cè)的確定；

② 將全局網(wǎng)格尺寸修改為2mm，取消勾選繼續(xù)新增，點擊生成。

圖2-5 網(wǎng)格劃分

4）材料

① 點擊有限元模型>材料庫。在材料庫彈窗中，a. 選擇系統(tǒng)材料庫中Aluminium、Copper、ABS和Silicon材料；b.依次點擊’>’將其添加至模型材料庫中；點擊確定。

② 點擊有限元模型>新增材料，在材料彈窗中，a.修改材料名稱為FR-4；b.勾選密度并輸入密度值為1.80E-9；c.勾選線彈性并輸入彈性模量為2.1E4，泊松比為0.28，點擊確定。

圖2-6 創(chuàng)建材料

圖2-7 屬性賦予

① 點擊有限元分析>新增分析，創(chuàng)建一個‘結(jié)構(gòu)分析’ ，選擇子分析步為模態(tài)，點擊繼續(xù)。

② 在模態(tài)分析步彈窗中，選擇給定50振型數(shù)。

圖3-1 分析步創(chuàng)建

① 點擊有限元分析>諧響應(yīng)，彈出諧響應(yīng)分析步彈窗；

② 在諧響應(yīng)分析步彈窗中，a.輸入最小頻率、最大頻率、掃頻點數(shù)、偏置參數(shù)分別為1，1000，20，3；b.勾選臨界阻尼，使用默認(rèn)參數(shù)0.02。

圖3-2 分析步創(chuàng)建

2）邊界條件

① 點擊有限元分析>對稱/固定，彈出對稱/固定彈窗；

② 在對稱/固定彈窗中，a.選殼體4個安裝孔（每個孔由兩個半圓面組成）；b.選擇固定方式下的簡支類型，點擊確定。

圖3-3 邊界條件設(shè)置

3）約束

① 點擊有限元分析>綁定，彈出綁定彈窗；

② 在綁定彈窗中，主面選擇殼體與PCB板接觸的4個圓環(huán)面（可在視口中右鍵殼體幾何，點擊僅顯示以便于選擇），點擊右側(cè)確定；

③ 在綁定彈窗中，副面選擇PCB板與殼體接觸的下表面（可在視口中右鍵幾何，點擊反向顯示/隱藏以便于選擇），點擊確定。

圖3-4 約束設(shè)置

① 再次點擊有限元分析>綁定，彈出綁定彈窗； 

② 在綁定彈窗中，主面選擇PCB板與電容、芯片、導(dǎo)熱管等元器件接觸的上表面（可在視口中右鍵PCB幾何，點擊僅顯示以便選擇），點擊右側(cè)確定；

③ 在綁定彈窗中，副面選擇電容、芯片、導(dǎo)熱管等元器件與PCB板的接觸面（可在視口中右鍵幾何，使用反向顯示/隱藏、隱藏等操作以便于選擇），點擊確定。

圖3-5 約束設(shè)置

4）邊界條件

① 點擊有限元分析>基礎(chǔ)激勵，彈出基礎(chǔ)激勵彈窗；

② 在基礎(chǔ)激勵彈窗中，a.類型選擇加速度，自由度選擇Uz；b.縮放因子輸入重力加速度9810；c.點擊幅值右側(cè)，彈出幅值彈窗以新建幅值；

③ 在幅值彈窗中，a.類型選擇頻率下的實部+虛部；b.輸入值為頻率1-1000，實部均為1.5，虛部均為0；依次點擊兩個彈窗的確定。

圖3-6  基礎(chǔ)激勵設(shè)置

5）求解

① 點擊有限元分析>求解，出現(xiàn)求解彈窗；

② 在求解彈窗中，定義輸出名稱及求解模型，點擊確定進行求解。

圖3-7 求解

① 求解完成后，軟件自動導(dǎo)入結(jié)果；

② a.在視口區(qū)左側(cè)選擇S及其下Mises；b.視口區(qū)下側(cè)選擇相應(yīng)幀；c.輸入相應(yīng)變形系數(shù)，進行應(yīng)力云圖查看；

③ a.在視口區(qū)左側(cè)選擇U及其下Magnitude；b.視口區(qū)下側(cè)選擇相應(yīng)幀；c.輸入相應(yīng)變形系數(shù)，進行位移云圖查看。

此云圖反映了整體模型在1000Hz下的應(yīng)力與位移響應(yīng)。可通過調(diào)整幀數(shù)查看模型在不同頻率下的響應(yīng)云圖。

圖4-1 應(yīng)力云圖

圖4-2 位移云圖

2）曲線圖

① 點擊結(jié)果>曲線圖，彈出曲線圖彈窗；

② 在曲線圖彈窗中，a.數(shù)據(jù)源選擇場輸出，起始分析步選擇諧響應(yīng)-2；b.場輸出變量選擇A3；c.選擇指定節(jié)點、輸入ID的方式指定對象，并選擇零件-10-1的節(jié)點18；復(fù)數(shù)類型選擇實部+虛部，點擊繪制。

此曲線圖反應(yīng)了該節(jié)點在不同頻率下的A3（Z方向加速度）響應(yīng)。可通過選擇不同節(jié)點與輸出變量繪制查看需要的響應(yīng)曲線。

圖4-3 曲線圖繪制