板件厚度对箱体部件动态特性影响的仿真分析

《板件厚度对箱体部件动态特性影响的仿真分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、板件厚度对箱体部件动态特性影响的仿真分析摘要：箱体部件的动态特性会影响箱体内部的电子及机械产品的实用性和使用者的主观感受。基于有限元方法，详细阐述了板件厚度对箱体的模态以及结构传递函数的影响，结果表明箱体厚度的增加会增大模态频率，提高结构刚度，抑制传递函数的幅值，改善箱体的动态特性，并为之后箱体部件的正向设计提供了参考和依据。关键词：箱体；有限元；模态分析；传递函数箱体部件通常作为一些电子产品以及机械产品的外保护壳，如台式电脑主机箱和数控机床外壳等，不仅对内部的元器件起到保护作用，还可以将内部环境与外部环境隔离，防止灰尘等入侵到箱体内部。通常，箱体内会有散热风扇以及电机等旋转

2、机械，在运转时会产生特定阶次的振动，可能会与箱体产生共振，从而造成产品使用寿命降低，影响实用性，也会引起不愉悦的噪声［1］，降低使用者的主观感受。文章通过有限元方法，对不同厚度的箱体进行动态特性的计算和比较，从而在设计时避开共振频率，兼顾生产成本，为箱体部件的正向设计提供了参考方法。1动态特性分析理论一般无阻尼多自由度系统的自由振动微分方程的一般形式为P]:M为系统质量矩阵，K为系统刚度矩阵。一般多自由度系统的微分方程求解采用模态分析的方法。首先对原方程进行坐标变换，使方程之间解耦，将方程组转化为n个独立单自由度的系统的方程，最后得到系统的固有频率和振型。对系统进行结构传递函

3、数分析时，也是采用模态叠加的方法求解振动响应，具有较高的精度。2模型创建采用有限元前处理软件Hypermesh建立箱体的几何模型和有限元模型。文章中箱体模型的几何尺寸为长500mm，宽200mm，高500mm的立方体。有限元单元的尺寸为10mm:单元数量为9000个，选取箱体材料为钢板，分别定义箱体A，B，C，D的板件厚度为0.5mm，1mm，1.5mm，2mm。图1为箱体的有限元模型。定义板件的材料属性，分别设定材料的密度，杨氏模量和泊松比。（表1）表1板件材料属性3模态分析利用有限元软件MSC.Nastran[3]进行模态分析，采用SOL103求解器求解，箱体A前六阶模态

4、频率及模态振型如表2所示。通过对比箱体A，B，C，D的模态频率和模态振型，发现箱体的模态振型相同，模态频率不同，而且各阶模态频率正比于箱体的板件厚度。表3为箱体A，B,C,D前六阶模态频率统计。可以看到板件厚度的增加不会改变箱体的模态振型，但会增加模态频率。模态频率的数值正比于板件的厚度，说明板件厚度的增加可以增大结构的刚度，使整体模态频率提高。4结构传递函数分析对不同板件厚度的箱体进行传递函数分析，可以得到箱体在单位力激励下响应点的振动加速度幅值，更直观的了解板件厚度对振动特性的影响。利用有限元软件MSC.Nastran进行传递函数析，激励点和响应点位置如图2所示，不同箱体

5、各个阶次下的相应幅值如图3所示。由传递函数幅值对比图中可以看到，随着板件厚度的增加，各个阶次下响应点加速度的幅值明显降低，刚度增加，箱体的振动受到抑制，箱体的动态特性改善。5结束语文章通过有限元仿真的方法，对不同板件厚度的箱体进行了动态特性的计算和对比。模态分析结果表明厚度并不会改变各个阶次的模态振型，但会增加模态频率，而且模态频率正比于板件的厚度。传递函数分析结果表明随着板件厚度的增加，箱体的刚度会明显增加，各个阶次下响应点加速度幅值明显降低，板件的振动受到抑制，从而改善了箱体的振动和噪声特性。工程中对箱体部件进行设计时，要综合考虑材料的成本，箱体内部激励源主要的阶次频率以

6、及箱体的动态特性。这样既能兼顾制造成本，又能提高产品性能。箱体动态特性的计算对比，可以为工程中箱体部件的正向设计提供参考和依据。参考文献[1]黄磊.螺栓与挂钩连接薄板及箱体结构动态特性的试验研宄和有限元分析[D].上海交通大学，2008.[2]顾海明，周勇军.机械振动理论与应用[M].南京：东南大学出版社，2007：83-84.[3]MSC.Nastran2004ReleaseGuide.SantaAnna：MSC.NastranCorporation,2004.作者简介：赵希萌（1995-），女，山东德州人，华中农业大学在读本科生，研宄方向为机械设计制造及其自动化。