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1、第4期(总第137期)机械工程与自动化No142006年8月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONAug1文章编号:167226413(2006)0420025203基于ANSYS的电子机柜插箱的结构优化设计路廷清,颜肖龙,张卫芬(东南大学机械工程系,江苏南京210096)摘要:由于电子机柜的插箱在动态环境下容易产生较大的变形,严重影响了其中的电子设备正常工作,因此通过对插箱的分析,提出了对其结构进行改进的措施,并利用ANSYS对它进一步优化,以提高其低阶固有频率,从而增强其抗振性能。关键词:插箱;结构优化;ANSYS中图分类号:TM59∶TP
2、273文献标识码:A0引言211改进目标随着电子产品在运载工具中的广泛应用,对电子对箱体结构进行改进可以提高其低阶固有频率,产品的机械环境性能提出了更高、更新的要求。如果增强其强度和刚度,从而提高插箱的抗振性能,并确电子设备本身在动态环境下不能克服因机械力引起的保其中的仪器能够正常工作。材料疲劳、结构谐振等因素的影响,那么电子设备的正常工作将得不到保证。因此必须要重视产品结构的刚强度设计以及设备的减振缓冲设计,从而提高电子设备抗振动和抗冲击的能力。1存在的问题在动态环境下,由于振动和冲击的存在,电子机柜的插箱往往易出现底板严重变形,有的甚至断裂,导致安装在底板上的元器件
3、不同程度的损坏等问题。而引起安装底板变形和断裂的主要原因是:①底板刚强(a)1阶模态度不足,在低频共振时,振动或冲击引起的应力超过设备的强度极限,从而引起底板破坏;②整机系统的减振、缓冲措施还不够完善。下面是对某电子机柜的插箱进行的模态分析,表1为插箱的前4阶固有频率。表1插箱的前4阶固有频率阶次1234频率(Hz)22.25939.21062.10571.728图1为插箱的前2阶模态,从图1可看出设备的低阶固有频率比较低,其变形较大;又由于在动态环(b)2阶模态境中的低阶模态十分活跃,即使在激振频率不太高的图1插箱的前2阶模态环境中,被激发的模态所引起的应力和变形也可
4、能导212结构改进设计致机柜的强度下降和疲劳破坏。因此本文主要针对插结构改进措施主要有:①插箱的材料采用铝板,尽箱的结构进行优化设计,提高其低阶固有频率,以增管钢板的刚性更好点,但这将会增加插箱整体的质量;强电子设备抗振动、抗冲击的能力。②底板采用加强筋,以提高底板的刚度,减小低阶变形;2改进方案③插箱的上边采取折边的方式,从而提高左面、右面和收稿日期:2005212229;修回日期:2006203227作者简介:路廷清(19792),男,江苏人,硕士研究生,主要从事电子设备的结构研究。·26·机械工程与自动化2006年第4期后面的刚度;④设计布局应使质量尽量均匀,避免
5、质量设计变量即设计参数,在优化设计过程中需要优先确大的器件安放在底板的中央位置;⑤在可能的情况下增定设计参数。我们将插箱加强筋的位置K和宽度B设为设加限位措施(如安装定位销),可减少自由振动面积。计变量。图2是改进后插箱的初始结构形式,其固有频率状态变量即约束条件,在优化目标函数过程中设见表2,前2阶振型下的应力图见图3。尽管1阶固有计变量的取值还必须服从各种规律和限制,这些规律频率有了很大的提高,但显然这只是一种凭借经验和和限制即构成了状态变量。将底板的变形量设为状态判断做出的结构初始方案,并不一定是最优的,需要变量DMAX。进一步优化。目标函数也称为评价函数,是评价
6、设计目标优劣的重要标志,优化的目的是提高1阶固有频率,但由于ANSYS在优化时,是将目标函数优化成最小,所以应将目标函数设置成与1阶固有频率相关的函数,保证目标函数最低时,1阶固有频率最高(目标函数freqence,1阶固有频率freq1,其中freqence=40-freq1)。21312优化分析的部分参数化语言变量的提取和设置:öPOST1SET,LISTSET,FIRST图2改进后的插箱结构NSEL,s,loc,y,0.006,0.006表2改进后的前10阶固有频率NSORT,u,y,1,13GET,dmax,sort,0,max阶次123453GET,freq1
7、,mode,1,freq频率(Hz)30.66857.31371.22295.796102.823SET,dmax11,abs(dmax)阶次6789103SET,freqence,40-freq1频率(Hz)104.35132.12144.58149.41160.92优化变量的定义:öOPTOPANL,′1′,′lgw′,′′OPVAR,B,DV,0.01,0.02,,OPVAR,K,DV,0.02,0.18,,OPVAR,K,DV,0.02,0.18,0.001,OPVAR,DMAX,SV,,0.9,,OPSAVE,′1var′,′o
