*本文投稿自通信行業(yè)用戶朱在生

背景

電子產(chǎn)品在出廠前，需要經(jīng)過嚴(yán)格的測試，保證能在各種工況下的機(jī)械和電性能可靠性。測試只能在實(shí)物打樣出來以后進(jìn)行，如果不通過，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)的返工，如果設(shè)計(jì)階段能快速進(jìn)行 CAE 仿真評估產(chǎn)品在各種工況下的性能，將能極大的提高后期測試一次通過率，縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)成本。傳統(tǒng)的有限元仿真，對于復(fù)雜仿真，分析周期長，經(jīng)常不能適應(yīng)快速迭代設(shè)計(jì)需求。本文采用 SimSolid 無網(wǎng)格分析軟件，對某工業(yè)電子設(shè)備做隨機(jī)振動(dòng)分析，十幾分鐘內(nèi)能得到仿真結(jié)果，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能快速評估。

2 數(shù)據(jù)模型

工業(yè)電子設(shè)備尺寸為217mm×149mm×97mm，總重1.5kg，材料以鋁合金為主，如圖1所示：

圖1 工業(yè)電子設(shè)備

材料參數(shù)如下表：

零部件	材質(zhì)	彈性模量(MPa)	泊松比	屈服強(qiáng)度(MPa)	密度(ton/mm^3)
外殼	Aluminum	73000	0.33	324	2.78e-9
四角	Rubber	15.4	0.5	70-90	1.34e-9
內(nèi)板	Plastics	709	0.4	30	1.29e-9

3 SimSolid 分析

首先導(dǎo)入幾何模型，如圖2所示，從模型裝配信息可獲知該裝配體有125個(gè)零件。

圖2 導(dǎo)入幾何模型

導(dǎo)入幾何模型后，對總成數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)綁定接觸，間隙和穿透分別設(shè)置為0.2mm和0.1，設(shè)置如圖3所示：

圖3 間隙和穿透設(shè)置

創(chuàng)建接觸后，提示有斷開的連接組，軟件會(huì)自動(dòng)篩選出孤立結(jié)構(gòu)，手動(dòng)選擇刪除（孤立的焊腳，對結(jié)果影響較小），見圖4：

圖4 清理孤立結(jié)構(gòu)

按照所需材料賦予結(jié)構(gòu)三種材料，這里做隨機(jī)振動(dòng)分析，實(shí)際只需用到線彈性材料參數(shù)。

圖5 材料參數(shù)

選擇分析類型為模態(tài)分析，設(shè)置選提取前24階模態(tài)分析。

圖6 模態(tài)分析設(shè)置

設(shè)置邊界條件，選取底部4孔固定支撐。

圖7 邊界條件設(shè)置

點(diǎn)擊求解，不到5分鐘即完成模態(tài)分析，得到24階模態(tài)分析結(jié)果如圖8。

圖8 模態(tài)分析結(jié)果

添加動(dòng)力學(xué)分析-隨機(jī)振動(dòng)分析，關(guān)聯(lián)模態(tài)分析結(jié)果，頻率范圍選擇20-800Hz，阻尼比0.03，其他默認(rèn)設(shè)置。

圖9 隨機(jī)振動(dòng)設(shè)置

設(shè)置功率譜密度曲線（線性坐標(biāo)系）如下：

圖10 功率譜密度曲線

添加Y方向加速度激勵(lì)，選取上述曲線，單位選擇重力加速度。

圖11 基礎(chǔ)加速度激勵(lì)施加

點(diǎn)擊求解，大約10s完成計(jì)算，查看米塞斯應(yīng)力均方根值，通過極值顯示可以定位到需關(guān)注的高應(yīng)力區(qū)，可據(jù)此進(jìn)一步評估結(jié)構(gòu)的應(yīng)力可靠性和疲勞性能。同樣的方法，可以得到其他方向隨機(jī)振動(dòng)仿真結(jié)果。

圖12 隨機(jī)振動(dòng)分析結(jié)果

4 總結(jié)

針對大型復(fù)雜的整機(jī)設(shè)備，即使零件數(shù)量龐大， SimSolid 依然在5分鐘完成模態(tài)仿真和在20s內(nèi)完成模態(tài)疊加法的隨機(jī)振動(dòng)仿真，顯示其高效性。根據(jù)隨機(jī)振動(dòng)得到的高應(yīng)力區(qū)和定量最大應(yīng)力值，設(shè)計(jì)人員可結(jié)合材料的疲勞特性曲線，評估該區(qū)域的疲勞失效風(fēng)險(xiǎn)。如評估出該區(qū)域不滿足性能要求，可對結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)快速迭代。

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