*本文投稿自通信行業用戶朱在生

背景

電子產品在出廠前，需要經過嚴格的測試，保證能在各種工況下的機械和電性能可靠性。測試只能在實物打樣出來以后進行，如果不通過，將會導致設計的返工，如果設計階段能快速進行 CAE 仿真評估產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，縮短開發周期和降低開發成本。傳統的有限元仿真，對于復雜仿真，分析周期長，經常不能適應快速迭代設計需求。本文采用 SimSolid 無網格分析軟件，對某工業電子設備做隨機振動分析，十幾分鐘內能得到仿真結果，實現產品性能快速評估。

2 數據模型

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

圖1 工業電子設備

材料參數如下表：

零部件	材質	彈性模量(MPa)	泊松比	屈服強度(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
內板	Plastics	709	0.4	30	1.29e-9

3 SimSolid 分析

首先導入幾何模型，如圖2所示，從模型裝配信息可獲知該裝配體有125個零件。

圖2 導入幾何模型

導入幾何模型后，對總成數據進行自動綁定接觸，間隙和穿透分別設置為0.2mm和0.1，設置如圖3所示：

圖3 間隙和穿透設置

創建接觸后，提示有斷開的連接組，軟件會自動篩選出孤立結構，手動選擇刪除（孤立的焊腳，對結果影響較小），見圖4：

圖4 清理孤立結構

按照所需材料賦予結構三種材料，這里做隨機振動分析，實際只需用到線彈性材料參數。

圖5 材料參數

選擇分析類型為模態分析，設置選提取前24階模態分析。

圖6 模態分析設置

設置邊界條件，選取底部4孔固定支撐。

圖7 邊界條件設置

點擊求解，不到5分鐘即完成模態分析，得到24階模態分析結果如圖8。

圖8 模態分析結果

添加動力學分析-隨機振動分析，關聯模態分析結果，頻率范圍選擇20-800Hz，阻尼比0.03，其他默認設置。

圖9 隨機振動設置

設置功率譜密度曲線（線性坐標系）如下：

圖10 功率譜密度曲線

添加Y方向加速度激勵，選取上述曲線，單位選擇重力加速度。

圖11 基礎加速度激勵施加

點擊求解，大約10s完成計算，查看米塞斯應力均方根值，通過極值顯示可以定位到需關注的高應力區，可據此進一步評估結構的應力可靠性和疲勞性能。同樣的方法，可以得到其他方向隨機振動仿真結果。

圖12 隨機振動分析結果

4 總結

針對大型復雜的整機設備，即使零件數量龐大， SimSolid 依然在5分鐘完成模態仿真和在20s內完成模態疊加法的隨機振動仿真，顯示其高效性。根據隨機振動得到的高應力區和定量最大應力值，設計人員可結合材料的疲勞特性曲線，評估該區域的疲勞失效風險。如評估出該區域不滿足性能要求，可對結構進行針對性的優化，實現設計快速迭代。

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