技术干货丨基于 Altair SimSolid 的工业电子设备随机振动仿真

*本文投稿自通信行业用户朱在生

背景

电子产品在出厂前，需要经过严格的测试，保证能在各种工况下的机械和电性能可靠性。测试只能在实物打样出来以后进行，如果不通过，将会导致设计的返工，如果设计阶段能快速进行 CAE 仿真评估产品在各种工况下的性能，将能极大的提高后期测试一次通过率，缩短开发周期和降低开发成本。传统的有限元仿真，对于复杂仿真，分析周期长，经常不能适应快速迭代设计需求。本文采用 SimSolid 无网格分析软件，对某工业电子设备做随机振动分析，十几分钟内能得到仿真结果，实现产品性能快速评估。

2 数据模型

工业电子设备尺寸为217mm×149mm×97mm，总重1.5kg，材料以铝合金为主，如图1所示：

图1 工业电子设备

材料参数如下表：

零部件	材质	弹性模量(MPa)	泊松比	屈服强度(MPa)	密度(ton/mm^3)
外壳	Aluminum	73000	0.33	324	2.78e-9
四角	Rubber	15.4	0.5	70-90	1.34e-9
内板	Plastics	709	0.4	30	1.29e-9

3 SimSolid 分析

首先导入几何模型，如图2所示，从模型装配信息可获知该装配体有125个零件。

图2 导入几何模型

导入几何模型后，对总成数据进行自动绑定接触，间隙和穿透分别设置为0.2mm和0.1，设置如图3所示：

图3 间隙和穿透设置

创建接触后，提示有断开的连接组，软件会自动筛选出孤立结构，手动选择删除（孤立的焊脚，对结果影响较小），见图4：

图4 清理孤立结构

按照所需材料赋予结构三种材料，这里做随机振动分析，实际只需用到线弹性材料参数。

图5 材料参数

选择分析类型为模态分析，设置选提取前24阶模态分析。

图6 模态分析设置

设置边界条件，选取底部4孔固定支撑。

图7 边界条件设置

点击求解，不到5分钟即完成模态分析，得到24阶模态分析结果如图8。

图8 模态分析结果

添加动力学分析-随机振动分析，关联模态分析结果，频率范围选择20-800Hz，阻尼比0.03，其他默认设置。

图9 随机振动设置

设置功率谱密度曲线（线性坐标系）如下：

图10 功率谱密度曲线

添加Y方向加速度激励，选取上述曲线，单位选择重力加速度。

图11 基础加速度激励施加

点击求解，大约10s完成计算，查看米塞斯应力均方根值，通过极值显示可以定位到需关注的高应力区，可据此进一步评估结构的应力可靠性和疲劳性能。同样的方法，可以得到其他方向随机振动仿真结果。

图12 随机振动分析结果

4 总结

针对大型复杂的整机设备，即使零件数量庞大， SimSolid 依然在5分钟完成模态仿真和在20s内完成模态叠加法的随机振动仿真，显示其高效性。根据随机振动得到的高应力区和定量最大应力值，设计人员可结合材料的疲劳特性曲线，评估该区域的疲劳失效风险。如评估出该区域不满足性能要求，可对结构进行针对性的优化，实现设计快速迭代。

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