CAD/CAE结构模型分析

2013-06-20 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

针对目前电子设备结构CAE建模的现状,本文研究了电子设备CAD/CAE模型的转换技术,开发了电子设备结构综合设计平台CAE模型的转换与分析软件系统‘通过对整机振动分析验证了处理方法的正确性及软件系统的有效性。与一般的有限元软件相比,在电子设备结构CAE模型的快速建立、修改和振动分析等方面有突出的特点。

20世纪中叶,无线电电子技术得到迅速发展,电子设备机构设计开始引起世界各国关注,随着电子技术使用范围的推广,设备的功能、体积、运转可靠性以及各种环境的适应性等诸多问题被纳入机构实际的范畴,使电子设备机构设计逐渐形成一门多学科的综合技术,20世纪中后期,伴随着固体电路、集成电路、大规模集成电路的相继出现,电子设备开始向小型、超小型、微型组装方向发展?；股杓浦械男┐成杓品椒ㄖ鸩奖换缃岷稀⒐獾缃岷系刃驴蒲Ъ际跛?尤其是超大规模集成电路及其衍生的各种?？榈某鱿?使许多曾被认为不可逾越的纯机械技术和工艺失去意义,同时也给电子设备的结构实际注入新的内容,现有的结构设计方法也面临新的变革。

现阶段通常运用各种通用商业CAD/CAE软件对电子设备结构进行一些分析设计。但通用软件不是专为电子设备设计而开发的,缺乏大量支撑数据和专用接口,而目这些软件在使用过程中烦琐、复杂,尤其是CAD/CAE模型转换困难。因此,目前的方法不能从根本上解决实际问题,很难达到对设计水平的提高,也不能在设计阶段有效的消除缺陷与方案上的不足。现有的结构设计思路和方法越来越不适应新形势对电子设备结构设计提出的要求。

2.电子设备结构CAD/CAE模型转换技术

CAD/CAE结构模型分析solidworks simulation分析图片1

图2-1 机箱的建模设计方案

2 .1电子设备结构CAE建模设计方案

电子设备结构设计CAE建模系统是在ANSYS的基础上开发CAD/CAE模型的集成接口,应用此?？榭梢越玌G软件建立的CAD模型快速导入到八NSYS中,快速生成有限元网络模型。以机箱为例流程如图2-1。

2.2电子设备结构CAE建模系统平台的选择

根据“电子设备结构设计支撑软件平台系统”刘数据存储方而的要求主要有:网络化、大数据容量、安全性、可靠性、确定SQL Server为数据管理软件。

开发工具选用c++Builder,可以快速地产生程序的GUI layout和prototype,在后续调整程序界面的调整周期中也非常方便,而且c++Builder完全可以满足电子设备结构优化设计支撑软件平台系统的开发功能,可以显著降低开发成本、提高系统的开发效率。

有限元软件选用ANSYS软件为有限元分析下具来开发电子设备结构综合平台CAE模型的导入、处理与分析系统。

    2 .3电子设备结构CAE建模要求

模型简化:模型简化应当考虑以下两个原则。模型的正确可靠性;模型计算成本的经济性。

边界条件和载荷的正确施加:边界条件包括整个结构位移条件及单元间的边界与连接条件应当正确施加;载荷的施加应尽可能保持准确和等价性,必要的时候,应当对局部进行重新分析。

有限元网络划分要满足以下要求:合法性、相齐性、逼近精确性、良好的单元形状、良好的划分过度性、网络划分的自适应性。

单元选取要满足以下几个方面:网络划分时,就整体而言,单元大小要根据工程上的精度和要求和所用的计算机速度和容量决定;根据部位的重要性以及应力、位移变化是否剧烈,确定不同部位网络的硫密。重要部位和应力跟位移变化很大的部位单元尺寸要小;若计算对象尺寸有突变或材料性质有突变时除了应将这些区域的单元尺寸划分的较小外,还应将突变线(面)作为单元的分界线(面);若计算对象受有突变的分布载荷或集中载荷作用时,应把这种部位的单元取小一些,片在突变处和应力集中处布置单元节点:单元形状的好坏对精度影响也很大。一般尽可能让每个单元边长相似,各个角度不能太尖;特殊问题特殊考虑。如结构力学分析时为体现结构的动力学响应并使计算下作量不至于过大,网络节点的布置应当能体现结构的动力特征为基本原则。

2.4电子设备结构CAD/CAE模型转换

电子设备的CAD模型转换成数据库的数据信息后,利用C++Builder编制的接口程序,读取这些数据生成APDL程序语言,在此过程中自动处理边界约束条件和载荷、赋予组件相关的单元种类,然后在有限元软件ANSYS中打开模型。在以机架和线路板为例,CAD/CAE模型的转换如下:

线路板CAD/CAE模型转换:

    (1)从数据库读取线路板

线路板在数据表的形式同六面体,因为线路板的长、宽大于它的厚度,根据有限元理论在ANSYS中应为壳单元,选取SHELL63单元。它的厚度在生成APDL语句的开始时被赋予,也可以由宏的方式给出。

    (2)生成ANSYS可执行的APDL语言

    (3)在ANSYS中打开该文件生成线路板模型

3.电子设备结构有限元分析

    3 .1电子设备结构有限元分析特点

    (1)电子设备的CAE模型快速建立和修改

电子设备结构综合设计平台CAE模型的转换与分析系统已把组件归类好,用到哪个组件就输入合适的参数,它所附带的约束关系、网络划分等都已解决,对于有很多组件的电了设备,CAE的快速建模这个优点尤其明显。

电子设备结构综合设计平台CAE模型的转换与分析系统只需要修改CAE模型,然后再重新读取数据库的数据,就能生成新的有限元模型,相关的边界约束条件和载荷、网络划分等间题都会自动解决,方便快捷,因而节省了大量设计时间,缩短了设计周期。

    (2)各种振动分析的模块化

电子设备常做振动分析,在ANSYS中求解时过程非常烦琐,而且步骤也多,容易出错。电子设备综合设计平台CAE模型转换与分析系统中对振动分析?？榛?减少了操作步骤,提高了效率振动分析?？榛缤?-1.

CAD/CAE结构模型分析solidworks simulation分析图片2

图3-1 模态分析操作界面

    3 .2电子设备结构有限元分析

    以屏蔽盒机箱为例振动分析步骤如下:

(1)在uG软件中建立整机的CAD模型;

(2)利用前边介绍的建立CAE模型、模型如图3-2:

(3)选取分析类型:在分析界面上,根据需要选择模态分析、瞬态分析、随机振动分析。这里选模态分析以模态分析为例。如图3-2。

(4)填写所需分析项目,确定后这些信息就会被写人数据库中,产生APDL程序文件,调用相应的宏文件,进行相关分析。

CAD/CAE结构模型分析solidworks simulation分析图片3