在臺(tái)式機(jī)箱整機(jī)振動(dòng)分析中Abaqus的應(yīng)用.doc

1模型的建立在該型號(hào)機(jī)箱中，雙光驅(qū)位于頂部，兩塊硬盤布置于機(jī)箱的底部，硬盤固定于由鋼板圍成的籠形空間。硬盤在機(jī)箱上的固定方式主要分為螺絲固定以及無(wú)螺絲免工具拆卸設(shè)計(jì)。無(wú)螺絲設(shè)計(jì)方便維修保養(yǎng)以及升級(jí)，大大提高了用戶體驗(yàn)性，但同時(shí)也對(duì)機(jī)架的設(shè)計(jì)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(guò)塑膠硬盤架固定，硬盤架通過(guò)裝配卡合的方式固定在籠式硬盤架中，再通過(guò)鉚接及螺絲固定的方式與整機(jī)進(jìn)行連接。塑膠硬盤架的設(shè)置對(duì)于隔離硬盤振動(dòng)、方便拆裝有著重要的意義。機(jī)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(jì)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(jī)箱的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，又能簡(jiǎn)化計(jì)算，提高計(jì)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(shí)充分利用ABAQUS自動(dòng)計(jì)算并調(diào)整參考點(diǎn)至質(zhì)心的功能建立參考點(diǎn)來(lái)定義。作為鈑金件組合體，臺(tái)式機(jī)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(méi)有比較完善的理論來(lái)準(zhǔn)確描述頻率分析中各種連接方式以及接觸對(duì)，這也是頻率分析中的難點(diǎn)，為此，結(jié)合分析的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各種接觸行為如鉚接、螺絲固定、裝配配合等分別進(jìn)行處理，在建立過(guò)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(dòng)多重子結(jié)構(gòu))方法，三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，分析中采用了默認(rèn)的Lanczos方法，其優(yōu)點(diǎn)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(duì)于描述的機(jī)箱結(jié)構(gòu)模型(圖2)，用Abaqus進(jìn)行模態(tài)分析，模態(tài)分析結(jié)果見(jiàn)如下表：表1 原始設(shè)計(jì)振型描述 圖2 硬盤架設(shè)計(jì)由于機(jī)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(jī)箱結(jié)構(gòu)在120Hz附近的模態(tài)振型。 圖3 原始設(shè)計(jì)在120Hz附近的振型可以看出，整機(jī)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(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，系統(tǒng)在正常工作時(shí)，振動(dòng)和噪音問(wèn)題超標(biāo)，且主要原因是120Hz引起的面板加速度過(guò)大。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，振動(dòng)及噪音問(wèn)題可能是由制造及裝配過(guò)程中，設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)硬盤架結(jié)構(gòu)，在如下位置增加焊點(diǎn)用以模擬完全的過(guò)盈配合，進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)方案共三種，如下圖所示。 圖4 設(shè)計(jì)方案針對(duì)以上三種建議，分別改變分析模型，頻率分析結(jié)果對(duì)比如下表2 改進(jìn)方案固有頻率對(duì)比 原始設(shè)計(jì)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(guò)鉚釘增加硬盤架剛度，可以限制一些振動(dòng)的方向，并且使系統(tǒng)共振頻率升高，從而避開(kāi)危險(xiǎn)頻率。同時(shí)可以看出，制造公差對(duì)固有頻率有很大影響。 3.結(jié)論通過(guò)以上分析可知，合理的固定方式以及誤差控制對(duì)于裝配便捷性及振動(dòng)噪聲問(wèn)題的解決有重要的意思。仿真分析可以在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)反饋給設(shè)