Abaqus在电子产品开发中的应用-联想

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1、Abaqus在电子产品开发中的应用元春峰辛志峰联想集团创新设计中心北京市海淀区上地西路6号,100085摘要：本文以某服务器产品的有限元仿真分析为例，阐述了应用大型非线性软件Abaqus进行有限元分析的CAE分析流程，从角跌落与冲击方面介绍了Abaqus在显式求解方面的强大功能，分析结果对于产品的设计改进提供了有利的支持。关键词：Abaqus，仿真分析，冲击，跌落，有限元ABSTRACTS:Thispaperintroducesaseverproduct’ssimulationanalysisandCAEsimulationproce

2、durebyusingAbaqus，thefamousnonlinearsoftware.Throughthedropandshocksimulation,statesAbaqus’strongabilityinexplicitsolving.Thesimulationresultprovidesausefulsupportforthedesigningimprovement.Keywords:Abaqus,Simulation,Shock,Drop,FEM前言Abaqus是一种大型有限元分析软件，不仅具有友好的用户使用和操作界面，更

3、具有强大的分析功能。其包含的Abaqus/Explicit显式求解器可以轻松求解复杂非线性问题和准静态问题，特别是用于模拟短暂、瞬时的动态(1)事件，如冲击和爆炸问题；Abaqus/Standard通用分析模块则能够求解广泛领域的线性和非线性问题。本文即应用Abaqus/Explicit显式求解算法对于产品经常遇到的跌落和冲击进行了有限元分析与计算。分析流程介绍随着仿真分析技术的日益普及，单个部件结构强度的分析已是十分的成熟和快捷。仿真分析工程师也逐渐将更多注意力转向由多个部件组成的整机系统，期望通过系统的分析，考察各部件在各种工况和

4、载荷下的表现。整机的分析是非常复杂的，如何通过整机分析得出客观真实的仿真数据，并指导于设计，是一项系统而复杂的任务。所以对于复杂的整机分析，建立一套成熟有效的分析流程是非常关键的。CAE分析工作的流程见图1。图1CAE分析工作流程1.确定分析任务产品特点：一塔式服务器，机箱主体由金属薄板组成，面板为塑件，机箱内部安装有多块五寸硬盘，光驱、主板、电源等，主板上配有一较大显卡；分析任务：角跌落，六面冲击；分析目的：验证机箱强度，显卡安装是否牢固以及固定安装电源模块的骨架强度是否能满足要求；分析范畴：Abaqua/Explicit动力学分析

5、，显式算法。2.建立CAE模型模型如何简化：根据分析任务可以适当的进行模型简化，对于不关注的区域可以以集中质量点来替代，以此缩短分析的时间；本分析中由于硬盘区域在跌落和冲击中不会发生异常（已有多次实验验证），故采用简化方法来处理。而对于重点关注的区域以及可能会存在风险的区域则要以详细的网格来建模。该产品的CAD模型与CAE模型见图2所示。除硬盘以集中质量点来代替外，考虑到接触因素，电源、光驱、显卡以实体尺寸和重量建模，电路板以及其上主要的元器件（如CPU、南北桥等）也建立了详细地有限元模型，壳体的金属薄板件以及塑料面板均建立了高质量的

6、有限元模型。图2CAD模型CAE模型单元的类型和划分：目前对于模型单元的前处理，已有成熟的软件如Hypermesh、Ansa等可以快速的完成复杂特征的单元处理和划分。Abaqus的CAE模块同样可以通过Bull计算对各种几何完成网格划分，并且通过修改几何尺寸和再生功能，可以快速的完成不同尺寸几何模型的分析工作。根据分析类型来决定单元的类型和处理是非常关键的，本例中需要进行的是动力学计算，所以需要考虑模型的求解步长，太小的时间步长则会浪费大量的计算时间和资源。由于模型中部件材料的弹性模量差异较大，如铁件一般在200000MPa左右，而塑

7、料件只有2500MPa，从而对时间步长产生影响。故在单元处理的时候，需要协调好二者之间的关系，控制好最小单元长度，从而使时间步长控制在可接受的范围之内。边界条件和载荷：完成单元处理之后，赋予各部件材料模型（包括密度、弹性模量、屈服应力与应变等）便可建立组件模型，完成部件之间的装配，并定义边界条件和载荷。部件之间的装配关系一般是通过螺栓进行连接的。螺栓之间的连接可以简化为刚性连接。Abaqus中可以用tie以及couple关系来定义刚性连接。定义为刚性连接的前提是不考查螺栓部位的应力，或者螺栓部位不会发生失效行为。接触是非常重要的一种非

8、线性行为，部件之间存在有大量的接触对，分析者需要对这种接触对进行分析前的定义，Abaqus/Explicit中的通用接触设置可以快速的定义大量的接触对，从而大大的减轻了分析者的工作量（2）。定义好边界条件后，便可定义载荷