CAD/CAE結(jié)構(gòu)模型分析

2013-06-20 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

針對目前電子設(shè)備結(jié)構(gòu)CAE建模的現(xiàn)狀,本文研究了電子設(shè)備CAD/CAE模型的轉(zhuǎn)換技術(shù),開發(fā)了電子設(shè)備結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計平臺CAE模型的轉(zhuǎn)換與分析軟件系統(tǒng)‘通過對整機(jī)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(shè)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(jì)中葉,無線電電子技術(shù)得到迅速發(fā)展,電子設(shè)備機(jī)構(gòu)設(shè)計開始引起世界各國關(guān)注,隨著電子技術(shù)使用范圍的推廣,設(shè)備的功能、體積、運轉(zhuǎn)可靠性以及各種環(huán)境的適應(yīng)性等諸多問題被納入機(jī)構(gòu)實際的范疇,使電子設(shè)備機(jī)構(gòu)設(shè)計逐漸形成一門多學(xué)科的綜合技術(shù),20世紀(jì)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(shè)備開始向小型、超小型、微型組裝方向發(fā)展。機(jī)構(gòu)設(shè)計中的些傳統(tǒng)設(shè)計方法逐步被機(jī)電結(jié)合、光電結(jié)合等新科學(xué)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(rèn)為不可逾越的純機(jī)械技術(shù)和工藝失去意義,同時也給電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)實際注入新的內(nèi)容,現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些分析設(shè)計。但通用軟件不是專為電子設(shè)備設(shè)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(fù)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(dá)到對設(shè)計水平的提高,也不能在設(shè)計階段有效的消除缺陷與方案上的不足。現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路和方法越來越不適應(yīng)新形勢對電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計提出的要求。

2.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換技術(shù)

CAD/CAE結(jié)構(gòu)模型分析solidworks simulation分析圖片1

圖2-1 機(jī)箱的建模設(shè)計方案

2 .1電子設(shè)備結(jié)構(gòu)CAE建模設(shè)計方案

電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計CAE建模系統(tǒng)是在ANSYS的基礎(chǔ)上開發(fā)CAD/CAE模型的集成接口,應(yīng)用此模塊可以將UG軟件建立的CAD模型快速導(dǎo)入到八NSYS中,快速生成有限元網(wǎng)絡(luò)模型。以機(jī)箱為例流程如圖2-1。

2.2電子設(shè)備結(jié)構(gòu)CAE建模系統(tǒng)平臺的選擇

根據(jù)“電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)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(luò)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(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(shè)備結(jié)構(gòu)綜合平臺CAE模型的導(dǎo)入、處理與分析系統(tǒng)。

    2 .3電子設(shè)備結(jié)構(gòu)CAE建模要求

模型簡化:模型簡化應(yīng)當(dāng)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(jì)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(yīng)當(dāng)正確施加;載荷的施加應(yīng)盡可能保持準(zhǔn)確和等價性,必要的時候,應(yīng)當(dāng)對局部進(jìn)行重新分析。

有限元網(wǎng)絡(luò)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(luò)劃分的自適應(yīng)性。

單元選取要滿足以下幾個方面:網(wǎng)絡(luò)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(jī)速度和容量決定;根據(jù)部位的重要性以及應(yīng)力、位移變化是否劇烈,確定不同部位網(wǎng)絡(luò)的硫密。重要部位和應(yīng)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(yīng)將這些區(qū)域的單元尺寸劃分的較小外,還應(yīng)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(yīng)把這種部位的單元取小一些,片在突變處和應(yīng)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(xué)分析時為體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)并使計算下作量不至于過大,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的布置應(yīng)當(dāng)能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的動力特征為基本原則。

2.4電子設(shè)備結(jié)構(gòu)CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換

電子設(shè)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(guān)的單元種類,然后在有限元軟件ANSYS中打開模型。在以機(jī)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(yīng)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(shè)備結(jié)構(gòu)有限元分析

    3 .1電子設(shè)備結(jié)構(gòu)有限元分析特點

    (1)電子設(shè)備的CAE模型快速建立和修改

電子設(shè)備結(jié)構(gòu)綜合設(shè)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(guān)系、網(wǎng)絡(luò)劃分等都已解決,對于有很多組件的電了設(shè)備,CAE的快速建模這個優(yōu)點尤其明顯。

電子設(shè)備結(jié)構(gòu)綜合設(shè)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(guān)的邊界約束條件和載荷、網(wǎng)絡(luò)劃分等間題都會自動解決,方便快捷,因而節(jié)省了大量設(shè)計時間,縮短了設(shè)計周期。

    (2)各種振動分析的模塊化

電子設(shè)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(shè)備綜合設(shè)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.

CAD/CAE結(jié)構(gòu)模型分析solidworks simulation分析圖片2

圖3-1 模態(tài)分析操作界面

    3 .2電子設(shè)備結(jié)構(gòu)有限元分析

    以屏蔽盒機(jī)箱為例振動分析步驟如下:

(1)在uG軟件中建立整機(jī)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(jī)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(yīng)的宏文件,進(jìn)行相關(guān)分析。

CAD/CAE結(jié)構(gòu)模型分析solidworks simulation分析圖片3

圖3-2整機(jī)模型

提取整機(jī)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(jī)在x方向的振動;二階模態(tài)振型是整機(jī)在Y方向的振動;三階模態(tài)振型是整機(jī)在Z方向的振動:四階模態(tài)振型是整機(jī)在XY平面內(nèi)的扭擺;五階模態(tài)振型是整機(jī)在YZ平面內(nèi)的扭擺。

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