電子設備平板類優化設計方法

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【摘要】眾所周知，我國近年來電子信息化行業發展的迅猛，電子行業的快速發展使得我國衍生出了一大批先進的電子設備。電子設備結構的輕量化設計對于系統的運行成本和使用而言有著舉足輕重的意義。在電子設備結構設計中，結構重量是一個關鍵的指標，工程師希望以最輕的重量，滿足電子設備環境可靠性要求。本文針對工程中常見的平板類結構減重優化設計方式，利用仿真分析手段，總結歸納出平板類結構最優的減重設計方法，為工程開發提供參考。

【關鍵詞】電子設備；平板結構；優化設計；減重設計；仿真分析

1引言

電子設備產品中的平板類結構，形式如：分機蓋板、模塊蓋板等，在航空、航天、汽車、船舶等行業應用廣泛。該類結構本身不起支撐承力作用，但對于電子產品的密封性、電磁兼容性卻不可或缺。在航空航天領域，對產品的結構重量要求苛刻，希望以最輕的結構重量，獲得最優的結構功能。除直接將平板結構厚度減薄外，常見的平板結構減重模型如圖1所示。產品設計時，對于采用何種減重設計方式，沒有相關的標準作為指導，基本上是憑借個人的設計經驗選取。當然，目前商用軟件可以對復雜幾何結構、復雜工況進行拓撲優化，但設計和時間成本都相對較高。本文通過力學仿真分析，總結出圖1所示幾類結構模型，在相同力學邊界、相同外形尺寸、相同重量等條件下，剛度最好的結構形式，以指導設計人員快速開展結構設計工作。

2分析方法

2.1結構剛度。剛度是指結構在受力時抵抗變形的能力，是結構彈性變形難易程度的表征。在產品中，結構需要足夠的剛度保證外形穩固。剛度分為動剛度和靜剛度。靜載荷作用下抵抗變形的能力成為靜剛度，動載荷下抵抗變形的能力成為動剛度。平板類結構如蓋板等本身不起支撐作用，但需要保證一定的剛度以滿足密封性，避免局部共振等問題。2.2固有頻率。固有頻率也稱為自然頻率，物體做自由振動時，其位移隨時間按正弦規律變化，振動的頻率與初始條件無關，而僅與系統的固有屬性有關。一般而言，固有頻率越高，結構的剛度越大，固有頻率是評價結構剛度大小的重要指標。因此，利用仿真分析手段，可以得出結構的固有頻率，從而判定其剛度的大小。2.3模型建立。根據圖1所示減重方式，以薄板結構（如圖2基準模型O所示）為基準建立模型。利用CAD三維實體設計軟件，分別建立三種平板結構減重模型，如圖2模型A、B、C所示。其中，四種模型的外形尺寸相同，模型A、B、C三種模型凹槽深度、邊框尺寸相同，重量與基準模型O一致。在外形尺寸、重量條件相同的情況下，頻率最高的模型被認為是最優的減重優化模型。

3算例分析

3.1外形尺寸。給定基準模型O外形尺寸A=210mm，B=210mm，厚度。3.2材料屬性。計算材料選取常用工程材料鋁合金,牌號：5A06-H116，參數如表1所示。3.3模型參數。2.3節方法建立結構模型，參數如表2所示。3.4頻率計算結果利用有限元分析軟件，對建立的模型進行模態仿真計算，所有模型均為固支邊界條件，前三階固有頻率結果如表3。由計算結果可以看出，在相同重量、相同尺寸外形、相同厚度、相同邊界條件的等情況下，模型A的固有頻率最高，被認為是最優的減重模型。

4結語

工程中的減重經驗設計方法很多，本文將幾種常見的經驗模型進行對比分析，得出模型A為平板類結構最優的減重設計方案，讀者可根據不同的應用場景，合理優化布局，得到最優的結構產品。

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作者:張銅 李佳 白宗旭 單位:中國電子科技集團公司第二十九研究所