很多商家推出了一體機，一體機比傳統的臺式機確實占用空間小了很多。

一體機電腦的優點有四點：

1.簡約無線

只需要一根電源線就可以完成所有連接電腦自動關機。

2.節省空間

比傳統分體臺式機更纖細，節省最多70%的桌面空間。

3.超值整合

同價位擁有更多功能部件，集攝像頭、無線網線、音箱、藍牙、耳麥等于一身。

4.節能環保

一體臺式機更節能環保，耗電僅為傳統分體臺式機的1/3，帶來更小電磁輻射。  

一體機并非簡單的將主機與顯示器整合在一起，其結構復雜，較為成熟的顯示器相比，結構復雜，重量也相應增加，同時，一體機基本沿用傳統臺式機的測試要求，因此，在前期設計中，仿真工作更有發展的必要。

本文利用 Abaqus/Explicit 對一體機的沖擊過程進行模擬，并提取其位移及應變信息，預測其可能發生的結構風險，并與實驗結果進行對比，驗證了結果的正確性。

 

1.概述

ABAQUS/Explicit  是求解復雜非線性動力學問題和準靜態問題的理想程序，特別是用于模擬沖擊和其它高度不連續事件，如考慮塑性，接觸，材料失效等效應的問題。該方法可以在時域上精確地捕捉結構的響應歷程。

沖擊作為試驗的一個重要試驗項目，其屬于實物試驗，多在產品開發后期進行。要評估一體機受到沖擊載荷時的響應，需要結合實驗測試和分析模擬。與物理實驗相比，仿真模擬有著明顯的優勢：提供重復結果和模型上任意點的信息（應力、應變、加速度等等），成本低，在設計過程中，任意階段都可以進行模擬。可在模型設計初始、實物樣機制造出來之前進行沖擊響應分析，能夠有效地發現設計缺陷。

在一體機沖擊實驗中，對機箱的六個面做沖擊測試，需要滿足無功能及外觀損壞的標準。本文主要關注沖擊過程中主要結構件的受力及損傷情況。

2.有限元模型

一體機有限元模型利用原有三維設計圖檔，采用 Hyper mesh 抽取劃分網格，在塑膠面板的重要結構處對網格進行局部加密，電源、光驅、硬盤等雖然很重要但只需考慮質量效應的部件定義為剛體（Rigid body）。利用Abaqus/Explicit 對整機做沖擊分析，比較關心的是塑膠面板的配合以及硬盤，電源等關鍵部件帶來的影響。

一體機整機有限元模型

3.Abaqus/Explicit 分析設定

文中鈑金件采用金屬材料，主板采用 PCB 材料，電源、硬盤等只需考慮質量，所以將其定義為剛體，并給予一定的密度，同時充分利用 ABAQUS 自動計算并調整參考點至質心的功能建立參考點來定義。

一體機整機結構比較復雜，在沖擊過程中又存在大量的接觸，因此接觸定義中，均采用General Contact(Explicit)分析步，從而大大簡化了模型的接觸定義。

4.Abaqus/Explicit 模擬結果

作為一個復雜的裝配件，出現問題一般為關鍵部件的大變形，如屏幕等；結構件的塑性應變以及各個部件在沖擊過程中的碰撞情況。

隨著屏幕的尺寸以及長寬比的擴大，屏幕在沖擊過程中的受力情況越來越惡劣。如圖雖然屏幕中部應力集中不是很明顯，但根據動畫模擬，其中部變形仍然很大，考慮到仿真模型沒有考慮到全部部件，對于內部結構復雜的一體機而言，屏幕和其他部件有碰撞的可能，這在后續的測試結果中也有體現，

左圖：應屏幕所受應力

右圖：一體屏幕變形示意圖

塑膠外殼沖擊中固定螺柱附近應力集中明顯，受力狀況如圖，因為內部所有部件的重量幾乎全部有類似的六顆螺釘固定，因此在沖擊過程中受力明顯，在支柱附近如下圖

一體機塑膠邊框應力應變變示意圖

根據仿真結果，我們建議在在屏幕后增加支撐，在塑膠外殼應力集中處加大圓角，并增加肋板的料厚等措施，可以大大減小屏幕以及肋板的受破壞的情況。

5.與實驗結果對比

從以上仿真分析結果來看，一體機的主要問題存在于屏幕以及塑膠邊框，測試結果也顯示，樣機顯示異常，出現大片黑斑，經判斷為屏幕碎裂，另外在前板塑膠螺柱支撐肋板附近有發白的現象。如下圖所示。

左圖：一體機沖擊試驗示意圖圖

右圖：沖擊測試后屏幕損壞示意圖

綜合分析過程中所做的簡化及材料等的差異，Abaqus 分析與實驗結果基本吻合。驗證了有限元分析的準確性，因此該方法對此類裝配問題的預測有一定的作用。

經過建議改進，樣機順利通過測試。

6.結論

一體機結構緊湊，且共用大部分臺式機標準件，因此不僅要重視各部件的應力應變，同時也要考慮部件間的干涉及碰撞可能性。

在一體機的設計階段采用 CAE 技術對一體機在運輸及使用過程中發生的沖擊情況進行仿真，可以使設計人員方便的觀測到設計對產品性能的影響。在設計階段就可以預知設計缺陷，并進行改進，加快了研發進度。

通過對一體機做仿真分析和實際實驗的對比，我們得到了沖擊過程中的細節信息，驗證了 Abaqus/Explicit 對一體機進行沖擊分析的可行性。也為我們驗證結構設計可行性提供了一定的依據。