基于ANSYS的工控机冲击分析

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1、基于ANSYS的工控机冲击分析李志明(江苏自动化研究所)摘要：~．~．tA--I-ANSYSY~,境的动力学仿真计算的思路和方法，对舰艇用工控机的结构系统进行了有限元分析。通过建立弹簧一阻尼单元等效隔振器的静力学分析模型，解决了工控机隔振器的有效简化问题，并确定了GH型隔振器的规格；通过随后的动力响应分析，获得工控机模型在冲击载荷作用下的结构位移量和最大等效应力，重．占’关注了关键部件等效印制板在冲击载荷作用下的最大等效应力。通过分析验证了工控机设备结构设计的合理性。关键词：工控机；隔振器；ANSYS；动力响应众所周知，舰用设备在工作的过程中，不可避免地受到各种外

2、界干2材料数据扰力的作用，例如发动机引起的振动、波浪的冲击风力影响等干扰力计算中各部件所对应的材料属性如表1所示。的作用。这些干扰力对舰用设备的适用性和结构完好性具有重要影响。随着电子计算机的发展，有限元技术在工程中得到了广泛的应用。表1结构部件及其材料属性国外在60年代末期把有限元用于船舶设计计算，我国造船界于70年代后期将该法引入。本文以某一型号舰用工控机为对象，利用ANSYS软件，对舰用工控机的结构系统进行了有限元分析。通过建立弹簧一阻尼单元等效隔振器的静力学分析模型，解决了工控机隔振器的有效简化问题，并确定了GH型隔振器的规格，并通过动力响应分析，获得工控

3、机表2为待选的GH型隔振器规格模型在冲击载荷作用下的结构位移量和最大等效应力，验证了在冲击载荷作用下的工控机结构的完好性，为工控机的结构设计提供了依据。1工控机结构系统及其有限元模型建立I．1结构系统模型的简化应用有限元分析软件对工控机结构进行动力响应分析之前需要建立表2中的额定伸长量是由垂向额定载荷除以垂向静刚度得到的，在弹簧一阻尼单元等效隔振器的静力学分析模型，解决工控机隔振器的有冲击载荷作用下隔振器的伸长量不应超过此值。效简化问题，并确定GH型隔振器的力学特l性。该分析要求设计者有熟GH型隔振器在模型计算过程中由弹簧一阻尼单元等效，初步选练的理论基础和计算经

4、验，其中隔振系统的阻尼参数的计算十分关键。择隔振器的型号为GH50，从而它所对应的弹簧系数及阻尼系数的计算本文将实际工控机模型进行简化，建立了如图1所示的几何模型。如下：它由外壳、内框、GH型隔振器、塑料导轨、等效印制板等部分组成，等弹簧系数是根据隔减振器的受力与变形关系得到的。隔振器的型号效印制板被安插在塑料导轨上。外壳和内框之间通过8个GH型隔振器为GH50，其刚度为20000N／m，分别由8个弹簧一阻尼单元代替(8个相联接，它的主要功能是提供弹性支撑，存储吸收冲击载荷通过工控机隔振器等效为64个弹簧)，所以每个单元的弹簧刚度为2500N／m阻尼外壳传递进去的

5、破坏能量，避免对内部的电路板等电子设备造成振动破系数是根据阻尼比来确定的。隔减振器的阻尼比为{=0．2，坏，其性能直接影响到工控机系统的精度、可靠性及工作稳定性。其计算式为v∈_一2％／m已知弹簧承受质量m=6kg，由64个弹簧一阻尼单元承担，所以每个单元分配的质量为0．094kg，再根据弹簧刚度系数K=2500N／m，从而可确定系统阻尼系数C．．=6．13Ns／m。1●I1．3载荷和约束条件设备通过导轨和定位面与机柜相连，在导轨和定位面上设置约束条工控机结构总体图工控机结构去除外壳图件。为验证所选GH型隔振器规格的合理性及考察工控机在受到严重冲击时的适应性和结构

6、完好性，先进行静力分析，然后进行冲击分析。冲图1工控机几何模型击载荷的数值如表3所示。2008年12月WWWmiechinacorn17应I用如果选择GH500隔振器，其达到的伸长量为：0．0151220000／表3冲击载荷数值150000-0．00202m，小于GH5300隔振器的额定伸长量0．0033m。所以最终选择规格为GH500隔振器作为设备的减振装置。它所对应的每个弹簧一阻尼单元的弹簧刚度K=18500N／m，从而可确定系统阻1．4有限元模型网格划分尼系数C．．=16．8Ns／m。在冲击分析和振动分析中，我们使用GH500隔对设备采用实体单元，对隔减振器

7、采用弹簧阻尼组合单元。根据振器的相关力学特性做计算。几何模型划分有限元网格，从而得到设备的有限元分析模型，如图2所2．2冲击分析示。整个模型的单元总数约为32000，节点总数约为69700。在确定了GH型隔振器的规格(GH500)之后，随后再对工控机结构进行瞬态动力学分析，分析其在冲击载荷作用下的响应情况，瞬态动力学分析(亦称时间历程分析)是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。瞬态动力学分析的求解基本运动方程是：[MIfu}+[c】}+【K】{u}_{F{t}}式中：[M】=质量矩阵图2设备有限元模型[C]=阻尼矩阵[K】=刚度矩阵2计算分

8、析{u节点