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第1篇

【關(guān)鍵詞】汽車用 電子產(chǎn)品 緩沖包裝 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行這一設(shè)計(jì)時(shí)需要提前考慮到設(shè)計(jì)工作可能面臨的難點(diǎn)和要點(diǎn)，才能夠在此基礎(chǔ)上提升設(shè)計(jì)的精確程度。

1電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析

電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括了諸多內(nèi)容，以下從設(shè)計(jì)前提、設(shè)計(jì)難點(diǎn)、材料選擇、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等方面出發(fā)，對(duì)于電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

1.1設(shè)計(jì)前提

電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著基本的設(shè)計(jì)前提。眾所周知緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往是根據(jù)產(chǎn)品的性能參數(shù)以及幾何參數(shù)來進(jìn)行的。在這一過程中設(shè)計(jì)人員可以在根據(jù)產(chǎn)品的具體需要來確定電子產(chǎn)品具體的保護(hù)性能和形態(tài)包裝結(jié)構(gòu)。其次，電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需要進(jìn)一步的重視包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用，從而能夠以更加合理的包裝設(shè)計(jì)來提升電子產(chǎn)品的整體性能。

1.2設(shè)計(jì)難點(diǎn)

電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在著諸多設(shè)計(jì)難點(diǎn)。通常來說緩沖包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作的主要難點(diǎn)在于其可能牽涉到的材料多數(shù)為非線性材料，這實(shí)際上導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算的繁雜性。其次，緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作還需要在滿足以上所有條件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的把合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖稿擺到桌面上，從而在實(shí)際上增強(qiáng)了設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為產(chǎn)品過程中的整體難度。與此同時(shí)，由于在原材料市場(chǎng)上包裝材料的價(jià)格基本都是透明的，因此這意味著設(shè)計(jì)人員想要以同質(zhì)性很高的材料設(shè)計(jì)出卓越的結(jié)構(gòu)就有著很高的創(chuàng)新難度了。

1.3材料選擇

電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于確保材料的質(zhì)量過關(guān)。設(shè)計(jì)人員在材料選擇的過程中首先需要根據(jù)材料實(shí)際的性能參數(shù)來進(jìn)行材料性價(jià)比的判定，在這一過程中由于不同的材料其性能參數(shù)不用，哪怕是同一材料在不同的厚度表具體的動(dòng)態(tài)特性曲線還是不同。因此這意味著與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員在材料選擇的過程中應(yīng)當(dāng)在保護(hù)產(chǎn)品安全的基礎(chǔ)上最大限度地降低包裝成本，從而能夠更加有效的提升電子產(chǎn)品本身的經(jīng)濟(jì)效益和使用價(jià)值。

1.4設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員把握住設(shè)計(jì)要點(diǎn)。一般而言電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先需要設(shè)計(jì)人員著眼于保護(hù)產(chǎn)品的功能性及外觀安全上，并且這些因素本身也是評(píng)價(jià)一個(gè)緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案最為基本的準(zhǔn)則。其次，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能的避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)誤差而造成電子產(chǎn)品的變形與誤差，因此保證產(chǎn)品功能性和外觀的安全則成了包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為基本并且也是最為重要的關(guān)鍵所在。

2汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)有著全面的策略，以下從合理降低設(shè)計(jì)成本、做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作、考慮包裝材料特性、提前預(yù)估設(shè)計(jì)難度等方面出發(fā)，對(duì)于汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略進(jìn)行了分析。

2.1合理降低設(shè)計(jì)成本

汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先應(yīng)當(dāng)著眼于合理降低設(shè)計(jì)成本。設(shè)計(jì)人員在合理降低設(shè)計(jì)成本的過程中首先應(yīng)當(dāng)深刻的了解到成本就是生命這一電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最基本原則。因此這意味著設(shè)計(jì)人員在遵循充分保護(hù)產(chǎn)品的原則時(shí)應(yīng)當(dāng)最大限度地降低包裝設(shè)計(jì)的成本。其次，設(shè)計(jì)人員在合理降低設(shè)計(jì)成本的過程中應(yīng)當(dāng)努力的避免過度包裝現(xiàn)象的存在，從而能夠在確保汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝達(dá)到產(chǎn)品價(jià)值的同時(shí)也有效的降低了相應(yīng)的生產(chǎn)成本。

2.2做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作

汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員做好相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)人員在做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作的過程中首先應(yīng)當(dāng)考慮到產(chǎn)品實(shí)際的安全性能[1]。由于汽車用電子產(chǎn)品在汽車的行駛過程中必然會(huì)面臨著沖撞、跌落、振動(dòng)等風(fēng)險(xiǎn)的存在，因此設(shè)計(jì)人員在汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)以扎實(shí)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作來避免產(chǎn)品在汽車行駛的過程中受到各種惡劣因素的影響。

2.3考慮包裝材料特性

汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員全面的考慮到包裝材料的特性。設(shè)計(jì)人員在考慮包裝材料特性的過程中首先應(yīng)當(dāng)考慮到外包裝容器的結(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)及強(qiáng)度。其次，設(shè)計(jì)人員在考慮包裝材料特性的過程中還應(yīng)當(dāng)考慮到結(jié)構(gòu)本身的抗震性能和具體的工藝性能。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員在考慮包裝材料特性的過程中還應(yīng)當(dāng)考慮到產(chǎn)品的防潮性能、防水性能、防銹性能、防塵能力等重要的因素。在這一系列的因素分析過程這能夠涉及到的知識(shí)涵蓋了力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等諸多學(xué)科，而兩者又是建立在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的，因此一個(gè)好的包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須受過良好的設(shè)計(jì)培訓(xùn)才能夠設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)。

2.4提前預(yù)估設(shè)計(jì)難度

汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于提前預(yù)估設(shè)計(jì)工作的實(shí)際難度和難點(diǎn)[2]。設(shè)計(jì)人員在提前預(yù)估設(shè)計(jì)難度的過程中手續(xù)應(yīng)當(dāng)考慮到產(chǎn)品的裝配問題及包裝結(jié)構(gòu)生產(chǎn)流程的操作問題等因素。在這一過程中包裝件如果其裝配過程相當(dāng)復(fù)雜則很有可能會(huì)造成工作人員的誤操作或生產(chǎn)線上工作效率的滯后，在這一前提下即使電子產(chǎn)品的保護(hù)性能很好也不能稱其為優(yōu)秀的設(shè)計(jì)作品。其次，設(shè)計(jì)人員在提前預(yù)估設(shè)計(jì)難度的過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中可能面臨的難點(diǎn)和問題做到心中有數(shù)，從而能夠在此基礎(chǔ)上提升汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體效率。

3結(jié)語

汽車電子產(chǎn)品的包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要在相應(yīng)的包裝機(jī)械理論支持下才能夠順利的進(jìn)行，因此設(shè)計(jì)人員需要在做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作的前提下以更多的設(shè)計(jì)實(shí)踐來提升設(shè)計(jì)工作的整體水平。

參考文獻(xiàn)：

第2篇

【關(guān)鍵詞】 電子產(chǎn)品 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原理 使用壽命

一、前言

現(xiàn)如今，各行各業(yè)運(yùn)用的電子產(chǎn)品越來越多，電子產(chǎn)品的安全性和使用壽命受到越來越大的重視。而為了保障電子產(chǎn)品的安全性和更長(zhǎng)的使用壽命必須保障電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理合理，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。本文重點(diǎn)的分析了電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，原則以及影響因素。通過電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，原則及影響因素的分析，為以后的電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有力的幫助，保障設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更加合理，安全性更高，使用壽命更久的電子產(chǎn)品。

二、電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

第一，功能要求。電子產(chǎn)品歸根結(jié)底是一件商品，對(duì)于使用者來說，滿足其功能是其基本的要求。所以，電子產(chǎn)品必須在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)自身的價(jià)值。第二，質(zhì)量要求。電子產(chǎn)品要想有更好的效率和更高的效益，必須質(zhì)量可靠，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上必須更加合理，外觀美觀。第三，結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。合理優(yōu)化的電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要是從其尺寸，工藝，使用材料等方面體現(xiàn)，通過這些方面的考慮和選擇，找到最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。第四，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要滿足創(chuàng)新性的要求。現(xiàn)如今，電子產(chǎn)品都能滿足自身的功能要求，但要體現(xiàn)其創(chuàng)新性才能有更好的市場(chǎng)，比如多功能的電子產(chǎn)品，外觀設(shè)計(jì)獨(dú)特，更加吸引人的注意力等等。只有電子產(chǎn)品的創(chuàng)新性做好，產(chǎn)品安全性高，實(shí)用性強(qiáng)，外觀設(shè)計(jì)美化，才能有更好的市場(chǎng)。

三、電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

第一，各部分功能滿足設(shè)計(jì)要求的原則。電子產(chǎn)品的基本原則就是設(shè)計(jì)的各部件，各部分的功能得以滿足預(yù)先設(shè)計(jì)，能夠滿足基本的使用。第二，產(chǎn)品的強(qiáng)度和剛度滿足要求的原則。電子產(chǎn)品作為一件商品，其強(qiáng)度和剛度必須滿足要求，達(dá)到該產(chǎn)品的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，只有滿足這個(gè)原則，才能有更大的使用壽命。第三，工藝和裝配上滿足要求的原則。電子產(chǎn)品在工藝設(shè)計(jì)和裝配上必須滿足電子產(chǎn)品裝配的要求，在這個(gè)原則滿足后，產(chǎn)品才能更好的進(jìn)行裝配使用。第四，滿足用戶的審美要求的原則。電子產(chǎn)品最終作為商品使用，在滿足使用者基本功能需求的基礎(chǔ)上，要更加美觀，這樣才能更好的吸引使用者。

四、電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素

1、生產(chǎn)和維修方面的因素。電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，必須考慮后續(xù)的生產(chǎn)和維修因素。在設(shè)計(jì)中必須保障后續(xù)的生產(chǎn)更加合理，方便后續(xù)的生產(chǎn)，保障后續(xù)生產(chǎn)更加流暢合理。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)，就必須考慮電子產(chǎn)品的后續(xù)維修。因?yàn)椋粋€(gè)電子產(chǎn)品不可能在使用中不出現(xiàn)問題，而出現(xiàn)問題后，就必須進(jìn)行維修，所以在維修上更加方便的電子產(chǎn)品更容易滿足要求。這需要設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就必須考慮好。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以在電子產(chǎn)品出現(xiàn)問題進(jìn)行維修時(shí)，能夠方便的進(jìn)行維修，而不破壞電子產(chǎn)品的本體。

2、零部件材料選擇方面的因素。電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中，零部件材料的選擇會(huì)直接影響電子產(chǎn)品的使用壽命以及電子產(chǎn)品的安全性。所以，選擇合適的材料是非常必要的。這就要求在電子產(chǎn)品零部件材料選擇上，必須考慮環(huán)保，安全，可回收利用等等因素。在選擇材料的時(shí)候，不能貪圖便宜，要認(rèn)真選擇生產(chǎn)廠家，選擇資質(zhì)齊全，口碑好的材料生產(chǎn)廠家。

3、功能實(shí)現(xiàn)方面的因素。功能實(shí)現(xiàn)方面因素考慮是保障后續(xù)電子產(chǎn)品后續(xù)投入使用良好的關(guān)鍵。為了滿足功能要求，必須考慮元器件布局、電路板布線、組件部件布局方面的相互影響。保障三者合理的實(shí)現(xiàn)功能，同時(shí)元器件布局、電路板布線、組件部件布局三者方面不會(huì)產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象。

4、產(chǎn)品使用壽命方面的因素。電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮使用壽命的因素。用戶購(gòu)買電子產(chǎn)品首先考慮的就是能夠長(zhǎng)久使用。所以提升使用壽命，是電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者必須考慮的重要問題。而為了保障使用壽命更久，就必須設(shè)計(jì)更加合理，零部件參數(shù)選擇更加優(yōu)化，材料選擇更加安全等等。

總結(jié)：總之，在以后的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，在保障其設(shè)計(jì)原理合理的基礎(chǔ)上，注重其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常有必要的，保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，并且根據(jù)其應(yīng)用環(huán)境來設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，來滿足人們的需求，同時(shí)保持產(chǎn)品的安全性，保障電子產(chǎn)品使用壽命更長(zhǎng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]曹偉智，田野. 產(chǎn)學(xué)研背景下的自行車產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究[J]. 美苑. 2015（06）

[2]李曉明，姜紅明，任召. 某高密度電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與解析[J]. 科技風(fēng). 2016（01）

[3]巫發(fā)茂，蔣龍，王健，朱維兵. 基于ANSYS Workbench某機(jī)載電子設(shè)備隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2016（10）

第3篇

關(guān)鍵詞:模態(tài)仿真分析;航天電子產(chǎn)品;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);ANSYS

中圖分類號(hào):TB115

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)09-0307-03

1 航天電子產(chǎn)品力學(xué)特點(diǎn)

航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的功能是維持設(shè)備的外部構(gòu)型,提供內(nèi)部電路板組件、獨(dú)立的元器件及模塊的安裝空間,滿足安裝要求,確保在各種受載條件下元器件、組件的安全,其中力學(xué)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最重要的內(nèi)容之一。

航天電子產(chǎn)品所承受的載荷根據(jù)其力學(xué)特性可分為靜載荷和動(dòng)載荷,通常靜載荷可以通過采取適當(dāng)措施減小其影響。動(dòng)載荷則比較復(fù)雜,航天器在地面到發(fā)射、進(jìn)入軌道和返回地面的各階段工作狀態(tài)下要經(jīng)受各種環(huán)境條件,都屬于動(dòng)載荷范疇,下表是航天器飛行過程中的動(dòng)態(tài)激勵(lì)特性。

POGO:液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液體輸送系統(tǒng)與火箭結(jié)構(gòu)之間的液固耦合現(xiàn)象。

動(dòng)載荷中的高頻部分容易衰減,低頻部分則不容易衰減,如果航天電子產(chǎn)品中的元器件或結(jié)構(gòu)組件的固有頻率與上述動(dòng)態(tài)激勵(lì)的頻率相同,則容易引起共振,發(fā)生事故,所以航天電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必須盡量提高整體的基頻。

模態(tài)分析的目的是確定航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性(固有頻率和振型)。因?yàn)樗环矫婵梢员苊馀c電子元件及控制元件的頻率共振,另一方面是其它動(dòng)力響應(yīng)分析的基礎(chǔ),為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型提供依據(jù)。

2 航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

航天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般流程如圖1所示。其中一個(gè)數(shù)值分析驗(yàn)證和試驗(yàn)驗(yàn)證兩個(gè)反饋環(huán)節(jié),其中的力學(xué)分析就包含模態(tài)分析,但此時(shí)模態(tài)分析的目的是檢驗(yàn)詳細(xì)設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)是否滿足基頻的要求。一般從總體設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)中間環(huán)節(jié)往往憑設(shè)計(jì)人員的工程經(jīng)驗(yàn),如果到詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后的力學(xué)分析中發(fā)現(xiàn)問題,則需要重新進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),甚至可能需要對(duì)總體設(shè)計(jì)的進(jìn)行更改。

同時(shí),由于模態(tài)分析可以使用比較簡(jiǎn)單的模型,使用有限元分析便可得到結(jié)構(gòu)的固有頻率,需要的代價(jià)很小,且在結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)之前增加一項(xiàng)模態(tài)分析能有助于結(jié)構(gòu)的選型,可以提前發(fā)現(xiàn)問題,有效的減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的反復(fù),并能為詳細(xì)力學(xué)分析提供初始數(shù)據(jù)。結(jié)合實(shí)際工作提出如下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化流程,具體如圖2所示:

下文就通過一個(gè)實(shí)例來分析總體設(shè)計(jì)階段增加模態(tài)分析的對(duì)于航天電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要作用。

3 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)

有限元的基本思想是將彈性體離散成有限個(gè)單元,然后據(jù)各單元節(jié)點(diǎn)的位移協(xié)調(diào)和節(jié)點(diǎn)力平衡,其動(dòng)力學(xué)基本方程:

由于一般結(jié)構(gòu)阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型影響極小,所以,求結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型時(shí),直接用無阻尼的自由振動(dòng)方程求解,即:

因任意彈性體的自由振動(dòng)都可分解為一系列的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的迭加:即結(jié)構(gòu)上各節(jié)點(diǎn)位移為:

δ0為節(jié)點(diǎn)位移振幅向量(即振型),與時(shí)間t無關(guān)的位移幅值;

ω為與該振型對(duì)應(yīng)的頻率。

將節(jié)點(diǎn)位移代入動(dòng)力方程,化簡(jiǎn)得廣義特征值問題:

上式稱為結(jié)構(gòu)的特征方程。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的自由度為n,則特征方程為ω的n次代數(shù)方程,其n個(gè)根稱為特征值,記為ω21,…ω2n。

它們的平方根稱為系統(tǒng)的固有頻率,即ωr,r=1,…n

將這些固有頻率從小到大依次排列為ω1≤ω2…ωn

最低的頻率ω1稱為基頻,它是所有頻率中最重要的一個(gè)。

對(duì)于有n個(gè)自由度正定系統(tǒng),就得到ω2的n個(gè)大于零正實(shí)根。振型就是任一階固有頻率作簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí),各頻率對(duì)應(yīng)的n個(gè)振幅值間所具有確定的相對(duì)比值,表示系統(tǒng)有一定的振動(dòng)形態(tài)。由于篇幅所限其具體方法本文不再贅述。

4 模態(tài)分析應(yīng)用實(shí)例

航天電子產(chǎn)品中電路板形狀的選擇是一個(gè)比較常見的任務(wù),也是電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。下面將就某儀器的三種電路板方案進(jìn)行分析,來說明模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)選型過程中的應(yīng)用。

4.1 有限元建模

本文模型建立過程中對(duì)其忽略電路板和元器件細(xì)節(jié),在ANSYS有限元軟件平臺(tái)上,假設(shè)有效載荷和模塊結(jié)構(gòu)質(zhì)量均勻分布。本文結(jié)合實(shí)際,選擇三種面積基本相當(dāng)?shù)碾娐钒逍螤钭鳛閭溥x,具體情況如下:

方案A的電路板為正方形,其對(duì)應(yīng)的箱體為薄的、底面為正方形的箱體,如圖3所示。

圖3 方案A電路板外形和其可能對(duì)應(yīng)的箱體外形圖

方案B電路板選擇為長(zhǎng)方形,其對(duì)應(yīng)的箱體是薄的、底面為長(zhǎng)方形的箱體,相對(duì)于方案A,其特點(diǎn)是減小了面板面積,增加了長(zhǎng)度,如圖4所示。

圖4 方案B電路板外形和其可能對(duì)應(yīng)的箱體外形圖

方案C則選擇兩層電路板布線,通過四顆支柱連接,其對(duì)應(yīng)的箱體是比A、B兩個(gè)方案高的正方形箱體,但減小了底面積,如圖5所示。

三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn),在沒有其它設(shè)計(jì)約束的情況下,電路設(shè)計(jì)人員和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要憑經(jīng)驗(yàn)選擇一種方案作為設(shè)計(jì)的輸入,本文試圖通過對(duì)三種電路板的模態(tài)分析試圖找出其中的優(yōu)劣,進(jìn)而做出選擇。

4.2 模態(tài)仿真分析

在ANSYS軟件中我們利用3D-Elastic Shell 63和3D-Elastic Beam 4單元對(duì)電路板的連接桿進(jìn)行模擬。輸入實(shí)常數(shù)及材料常數(shù),以Smartsizing網(wǎng)格密度的方式。電路板材料采用環(huán)氧酚醛層壓玻璃布板,電路板連接結(jié)構(gòu)采用2A12硬鋁。

由于主要影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是最低幾階的固有頻率,本例中我們?nèi)∏?階固有頻率進(jìn)行計(jì)算,具體計(jì)算過程從簡(jiǎn),由于經(jīng)過了適當(dāng)簡(jiǎn)化,普通配置的臺(tái)式機(jī)的計(jì)算時(shí)間一般只需要幾秒鐘。在相同的邊界條件和物理屬性參數(shù)的情況下,經(jīng)過仿真計(jì)算,獲得了三種不同方案的電路板結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型,三種方案的基頻和振型結(jié)果分別見表2,三種方案的第一階振型和應(yīng)力云圖分別見圖6、圖7和圖8。

4.3 模態(tài)分析結(jié)果

上述結(jié)果可以看到,方案A的固有頻率最小為221.03Hz,方案B的固有頻率最小為187.02Hz,固有頻率均大于100Hz,且均未出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況均能符合要求。分析結(jié)果顯示出正方形電路板方案的固有頻率更高,對(duì)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)更加有利。如果僅從模態(tài)分析考慮,電路板形狀應(yīng)該

選擇方案A,且箱體選擇薄的、底面為正方形的結(jié)構(gòu),如圖3所示。

方案C的最小固有頻率為23.10Hz,基頻太低,與表1中動(dòng)態(tài)激勵(lì)中的低頻部分重疊較多,容易引起共振而破壞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。且方案C的產(chǎn)生的應(yīng)力比前兩個(gè)方案大,并且出現(xiàn)了應(yīng)力集中的情況,薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)在4根支柱的連接處,有可能在上下兩層電路板的這8個(gè)點(diǎn)對(duì)造成直接的破壞,換句話說,要采用方案C則需要對(duì)兩電路板進(jìn)一步加固,或改為其他的雙層固定方式,并同時(shí)解決固定支柱位置的應(yīng)力集中問題。

4.4 討論和說明

關(guān)于以上分析,還有以下幾點(diǎn)需要總結(jié)和說明:

(1)通過上文分析,可以得出,方案A最優(yōu),可以作為下一步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輸入,如果必須選C則應(yīng)該另選其他的支撐形式,并且還要對(duì)連接處做進(jìn)一步分析,處理好電路板上應(yīng)力集中的問題;

(2)采用模態(tài)分析對(duì)航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)選型有一定的指導(dǎo)意義,能從大量的方案種找出可能比較合理的方案,并為詳細(xì)設(shè)計(jì)后的力學(xué)分析提供了初步的分析依據(jù);

(3)模態(tài)分析僅僅是航天電子結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的一種,也是其他動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ),故模態(tài)分析數(shù)據(jù)良好并不能說明其他動(dòng)力學(xué)分析可以忽略。反之如果模態(tài)分析出現(xiàn)問題,則必須認(rèn)真分析結(jié)果,并采取措施提高基頻;

(4)計(jì)算的時(shí)候僅考慮了電路板,忽略了元器件的重量和分布,忽略了電路板上覆銅層的特點(diǎn),所以計(jì)算結(jié)果與實(shí)際可能有一定差別,但計(jì)算結(jié)果能對(duì)定性的分析構(gòu)型的優(yōu)劣提供可靠依據(jù),對(duì)結(jié)構(gòu)選型有一定的參考價(jià)值。且計(jì)算固有頻率和振型結(jié)果,沒有考慮阻尼等因素,還需進(jìn)一步仿真分析修正和模擬空間環(huán)境模態(tài)分析試驗(yàn)驗(yàn)證。

5 結(jié)束語

航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,使用有限元分析方法進(jìn)行初步的模態(tài)分析可較方便的得到某一構(gòu)型的基頻和振型,為判斷結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣提供了依據(jù),可以給電路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了初始的輸入,也為進(jìn)一步動(dòng)態(tài)仿真分析和模擬空間環(huán)境模態(tài)分析試驗(yàn)驗(yàn)證提供了依據(jù),由此可以看出,在總體設(shè)計(jì)階段增加簡(jiǎn)單的模態(tài)分析可以以很小的代價(jià)獲得最終產(chǎn)品的大致評(píng)價(jià),對(duì)初始設(shè)計(jì)階段的選型有一定的指導(dǎo)意義,可以減少設(shè)計(jì)的盲目性,可以改進(jìn)航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程。

參考文獻(xiàn)