在臺式機箱整機振動分析中Abaqus的應(yīng)用.doc

1模型的建立在該型號機箱中，雙光驅(qū)位于頂部，兩塊硬盤布置于機箱的底部，硬盤固定于由鋼板圍成的籠形空間。硬盤在機箱上的固定方式主要分為螺絲固定以及無螺絲免工具拆卸設(shè)計。無螺絲設(shè)計方便維修保養(yǎng)以及升級，大大提高了用戶體驗性，但同時也對機架的設(shè)計以及仿真提出了巨大挑戰(zhàn)。 圖1 硬盤及固定方式示意圖本文中，硬盤覆蓋以通過塑膠硬盤架固定，硬盤架通過裝配卡合的方式固定在籠式硬盤架中，再通過鉚接及螺絲固定的方式與整機進行連接。塑膠硬盤架的設(shè)置對于隔離硬盤振動、方便拆裝有著重要的意義。機箱作為鈑金件組合體，是典型的板殼結(jié)構(gòu)，因此主要采用shell單元，利用原有三維設(shè)計圖檔，采用Hyper mesh抽取中性面并劃分網(wǎng)格，1.1 Abaqus/Standard分析設(shè)定為在有限元分析中盡量考慮機箱的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，又能簡化計算，提高計算速度，引入如下的假設(shè)和處理方法：顯卡及主板采用PCB材料，電源、硬盤等只需考慮質(zhì)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(diào)整參考點至質(zhì)心的功能建立參考點來定義。作為鈑金件組合體，臺式機箱存在大量的鉚接及螺栓固定的部位，在頻率分析中至今也沒有比較完善的理論來準(zhǔn)確描述頻率分析中各種連接方式以及接觸對，這也是頻率分析中的難點，為此，結(jié)合分析的經(jīng)驗，對各種接觸行為如鉚接、螺絲固定、裝配配合等分別進行處理，在建立過程中，按主-從公式定義基于表面的約束，一般選材料較軟和網(wǎng)格劃分較密為從屬表面。Abaqus提供了三種求解振型的方法：Lanczos方法、Subspace方法及AMS(自動多重子結(jié)構(gòu))方法，三種方法各有優(yōu)缺點，分析中采用了默認的Lanczos方法，其優(yōu)點是它的可行性及高效性以及支持稀疏矩陣方法。2.Abaqus/Standard模擬結(jié)果對于描述的機箱結(jié)構(gòu)模型(圖2)，用Abaqus進行模態(tài)分析，模態(tài)分析結(jié)果見如下表：表1 原始設(shè)計振型描述 圖2 硬盤架設(shè)計由于機箱結(jié)構(gòu)模型主要以薄板為主，所以存在大量局部模態(tài)，導(dǎo)致模態(tài)密集，且主要以板的變形為主。圖3 為機箱結(jié)構(gòu)在120Hz附近的模態(tài)振型。 圖3 原始設(shè)計在120Hz附近的振型可以看出，整機的共振頻率在119Hz，且振型在硬盤架附近。非常接近硬盤的工作頻率，實驗結(jié)果也顯示，系統(tǒng)在正常工作時，振動和噪音問題超標(biāo)，且主要原因是120Hz引起的面板加速度過大。通過結(jié)構(gòu)分析，振動及噪音問題可能是由制造及裝配過程中，設(shè)計過盈配合未完全接觸導(dǎo)致異響，因此，在不考慮工藝性的基礎(chǔ)上，我們針對硬盤架結(jié)構(gòu)，在如下位置增加焊點用以模擬完全的過盈配合，進行驗證，設(shè)計方案共三種，如下圖所示。 圖4 設(shè)計方案針對以上三種建議，分別改變分析模型，頻率分析結(jié)果對比如下表2 改進方案固有頻率對比 原始設(shè)計中存在119Hz固有頻率，非常接近硬盤的固有頻率，有可能發(fā)生共振，通過鉚釘增加硬盤架剛度，可以限制一些振動的方向，并且使系統(tǒng)共振頻率升高，從而避開危險頻率。同時可以看出，制造公差對固有頻率有很大影響。 3.結(jié)論通過以上分析可知，合理的固定方式以及誤差控制對于裝配便捷性及振動噪聲問題的解決有重要的意思。仿真分析可以在設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)問題，及時反饋給設(shè)