搜索CAD/CAE結(jié)構(gòu)模型分析
2013-06-20 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
針對目前電子設備結(jié)構(gòu)CAE建模的現(xiàn)狀,本文研究了電子設備CAD/CAE模型的轉(zhuǎn)換技術(shù),開發(fā)了電子設備結(jié)構(gòu)綜合設計平臺CAE模型的轉(zhuǎn)換與分析軟件系統(tǒng)‘通過對整機振動分析驗證了處理方法的正確性及軟件系統(tǒng)的有效性。與一般的有限元軟件相比,在電子設備結(jié)構(gòu)CAE模型的快速建立、修改和振動分析等方面有突出的特點。
20世紀中葉,無線電電子技術(shù)得到迅速發(fā)展,電子設備機構(gòu)設計開始引起世界各國關注,隨著電子技術(shù)使用范圍的推廣,設備的功能、體積、運轉(zhuǎn)可靠性以及各種環(huán)境的適應性等諸多問題被納入機構(gòu)實際的范疇,使電子設備機構(gòu)設計逐漸形成一門多學科的綜合技術(shù),20世紀中后期,伴隨著固體電路、集成電路、大規(guī)模集成電路的相繼出現(xiàn),電子設備開始向小型、超小型、微型組裝方向發(fā)展。機構(gòu)設計中的些傳統(tǒng)設計方法逐步被機電結(jié)合、光電結(jié)合等新科學技術(shù)所代替,尤其是超大規(guī)模集成電路及其衍生的各種模塊的出現(xiàn),使許多曾被認為不可逾越的純機械技術(shù)和工藝失去意義,同時也給電子設備的結(jié)構(gòu)實際注入新的內(nèi)容,現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設計方法也面臨新的變革。
現(xiàn)階段通常運用各種通用商業(yè)CAD/CAE軟件對電子設備結(jié)構(gòu)進行一些分析設計。但通用軟件不是專為電子設備設計而開發(fā)的,缺乏大量支撐數(shù)據(jù)和專用接口,而目這些軟件在使用過程中煩瑣、復雜,尤其是CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換困難。因此,目前的方法不能從根本上解決實際問題,很難達到對設計水平的提高,也不能在設計階段有效的消除缺陷與方案上的不足?，F(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設計思路和方法越來越不適應新形勢對電子設備結(jié)構(gòu)設計提出的要求。
2.電子設備結(jié)構(gòu)CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換技術(shù)
圖2-1 機箱的建模設計方案
2 .1電子設備結(jié)構(gòu)CAE建模設計方案
電子設備結(jié)構(gòu)設計CAE建模系統(tǒng)是在ANSYS的基礎上開發(fā)CAD/CAE模型的集成接口,應用此模塊可以將UG軟件建立的CAD模型快速導入到八NSYS中,快速生成有限元網(wǎng)絡模型。以機箱為例流程如圖2-1。
2.2電子設備結(jié)構(gòu)CAE建模系統(tǒng)平臺的選擇
根據(jù)“電子設備結(jié)構(gòu)設計支撐軟件平臺系統(tǒng)”劉數(shù)據(jù)存儲方而的要求主要有:網(wǎng)絡化、大數(shù)據(jù)容量、安全性、可靠性、確定SQL Server為數(shù)據(jù)管理軟件。
開發(fā)工具選用c++Builder,可以快速地產(chǎn)生程序的GUI layout和prototype,在后續(xù)調(diào)整程序界面的調(diào)整周期中也非常方便,而且c++Builder完全可以滿足電子設備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計支撐軟件平臺系統(tǒng)的開發(fā)功能,可以顯著降低開發(fā)成本、提高系統(tǒng)的開發(fā)效率。
有限元軟件選用ANSYS軟件為有限元分析下具來開發(fā)電子設備結(jié)構(gòu)綜合平臺CAE模型的導入、處理與分析系統(tǒng)。
2 .3電子設備結(jié)構(gòu)CAE建模要求
模型簡化:模型簡化應當考慮以下兩個原則。模型的正確可靠性;模型計算成本的經(jīng)濟性。
邊界條件和載荷的正確施加:邊界條件包括整個結(jié)構(gòu)位移條件及單元間的邊界與連接條件應當正確施加;載荷的施加應盡可能保持準確和等價性,必要的時候,應當對局部進行重新分析。
有限元網(wǎng)絡劃分要滿足以下要求:合法性、相齊性、逼近精確性、良好的單元形狀、良好的劃分過度性、網(wǎng)絡劃分的自適應性。
單元選取要滿足以下幾個方面:網(wǎng)絡劃分時,就整體而言,單元大小要根據(jù)工程上的精度和要求和所用的計算機速度和容量決定;根據(jù)部位的重要性以及應力、位移變化是否劇烈,確定不同部位網(wǎng)絡的硫密。重要部位和應力跟位移變化很大的部位單元尺寸要小;若計算對象尺寸有突變或材料性質(zhì)有突變時除了應將這些區(qū)域的單元尺寸劃分的較小外,還應將突變線(面)作為單元的分界線(面);若計算對象受有突變的分布載荷或集中載荷作用時,應把這種部位的單元取小一些,片在突變處和應力集中處布置單元節(jié)點:單元形狀的好壞對精度影響也很大。一般盡可能讓每個單元邊長相似,各個角度不能太尖;特殊問題特殊考慮。如結(jié)構(gòu)力學分析時為體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的動力學響應并使計算下作量不至于過大,網(wǎng)絡節(jié)點的布置應當能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的動力特征為基本原則。
2.4電子設備結(jié)構(gòu)CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換
電子設備的CAD模型轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息后,利用C++Builder編制的接口程序,讀取這些數(shù)據(jù)生成APDL程序語言,在此過程中自動處理邊界約束條件和載荷、賦予組件相關的單元種類,然后在有限元軟件ANSYS中打開模型。在以機架和線路板為例,CAD/CAE模型的轉(zhuǎn)換如下:
線路板CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換:
(1)從數(shù)據(jù)庫讀取線路板
線路板在數(shù)據(jù)表的形式同六面體,因為線路板的長、寬大于它的厚度,根據(jù)有限元理論在ANSYS中應為殼單元,選取SHELL63單元。它的厚度在生成APDL語句的開始時被賦予,也可以由宏的方式給出。
(2)生成ANSYS可執(zhí)行的APDL語言
(3)在ANSYS中打開該文件生成線路板模型
3.電子設備結(jié)構(gòu)有限元分析
3 .1電子設備結(jié)構(gòu)有限元分析特點
(1)電子設備的CAE模型快速建立和修改
電子設備結(jié)構(gòu)綜合設計平臺CAE模型的轉(zhuǎn)換與分析系統(tǒng)已把組件歸類好,用到哪個組件就輸入合適的參數(shù),它所附帶的約束關系、網(wǎng)絡劃分等都已解決,對于有很多組件的電了設備,CAE的快速建模這個優(yōu)點尤其明顯。
電子設備結(jié)構(gòu)綜合設計平臺CAE模型的轉(zhuǎn)換與分析系統(tǒng)只需要修改CAE模型,然后再重新讀取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù),就能生成新的有限元模型,相關的邊界約束條件和載荷、網(wǎng)絡劃分等間題都會自動解決,方便快捷,因而節(jié)省了大量設計時間,縮短了設計周期。
(2)各種振動分析的模塊化
電子設備常做振動分析,在ANSYS中求解時過程非常煩瑣,而且步驟也多,容易出錯。電子設備綜合設計平臺CAE模型轉(zhuǎn)換與分析系統(tǒng)中對振動分析模塊化,減少了操作步驟,提高了效率振動分析模塊化如圖3-1.
圖3-1 模態(tài)分析操作界面
3 .2電子設備結(jié)構(gòu)有限元分析
以屏蔽盒機箱為例振動分析步驟如下:
(1)在uG軟件中建立整機的CAD模型;
(2)利用前邊介紹的建立CAE模型、模型如圖3-2:
(3)選取分析類型:在分析界面上,根據(jù)需要選擇模態(tài)分析、瞬態(tài)分析、隨機振動分析。這里選模態(tài)分析以模態(tài)分析為例。如圖3-2。
(4)填寫所需分析項目,確定后這些信息就會被寫人數(shù)據(jù)庫中,產(chǎn)生APDL程序文件,調(diào)用相應的宏文件,進行相關分析。
圖3-2整機模型
提取整機前5階固有頻率如表1。
屏蔽盒動態(tài)特性如下:一階模態(tài)振型是整機在x方向的振動;二階模態(tài)振型是整機在Y方向的振動;三階模態(tài)振型是整機在Z方向的振動:四階模態(tài)振型是整機在XY平面內(nèi)的扭擺;五階模態(tài)振型是整機在YZ平面內(nèi)的扭擺。
表1 前5階固有頻率
4.結(jié)論
通過對計算一結(jié)果的分析,驗證了處理方法的正確性及軟件系統(tǒng)的有效性,而且所開發(fā)的軟什系統(tǒng)與一般的有限元軟件相比,在電子設備結(jié)構(gòu)CAE模型的快速建立、修改和振動分析等方而有突出的特點。
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