CAE結(jié)構(gòu)仿真分析及技術(shù)培訓(xùn)

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1、CAE結(jié) 構(gòu) 仿 真 分 析 及 技 術(shù) 培 訓(xùn)-強(qiáng) 度 、 振 動 與 優(yōu) 化 中 國 科 學(xué) 院 深 圳 先 進(jìn) 技 術(shù) 研 究 院產(chǎn) 品 與 工 程 仿 真 實(shí) 驗(yàn) 室 1、 題 目 ： 電 子 機(jī) 械 產(chǎn) 品 結(jié) 構(gòu) 強(qiáng) 度 與 振 動 性 能 分 析 報 告 人 ： 吳 忠 鳴 工 程 師 個 人 簡 介吳 忠 鳴碩 士 ， 工 程 師 ， 2005年 獲 華 中 科 技 大 學(xué) 材 料 加 工 碩 士 學(xué) 位 。 2005年 7月 至 2009年 5月在 富 士 康 科 技 集 團(tuán) 華 南 檢 測 中 心 機(jī) 構(gòu) 仿 真 實(shí) 驗(yàn) 室 任 職 ， 2009年 5月 加 入 深 圳 先

2、 進(jìn) 技 術(shù)研 究 院 產(chǎn) 品 與 工 程 仿 真 實(shí) 驗(yàn) 室 。研 究 領(lǐng) 域 主 要 包 括 ： 結(jié) 構(gòu) 方 向 的 強(qiáng) 度 及 疲 勞 分 析 、 顯 式 動 力 學(xué) 、 振 動 與 噪 聲 等 ， 從 事 結(jié) 構(gòu) 相 關(guān) 的 產(chǎn) 品 設(shè)計 優(yōu) 化 與 結(jié) 合 仿 真 手 段 的 新 產(chǎn) 品 的 設(shè) 計 研 發(fā) 。主 持 或 參 與 項(xiàng) 目 ： 1、 NOKIA及 MOTOROLA多 款 手 機(jī) 跌 落 、 球 落 仿 真 及 相 關(guān) 零 組 件 強(qiáng) 度 與 疲 勞 分 析 ：通 過 校 驗(yàn) 手 機(jī) 整 機(jī) 在 跌 落 、 球 落 工 況 下 的 強(qiáng) 度 ， 以 及 對 轉(zhuǎn) 軸 抗 扭

3、強(qiáng) 度 及 工 作 狀 況 和FPC的 應(yīng) 力 及 疲 勞 分 析 （ 壓 延 銅 ） ， 為 設(shè) 計 方 案 提 供 改進(jìn) 建 議 ； 2、 多 款 知 名 品 牌 電 腦 機(jī) 箱 整 機(jī) 模 態(tài) 、 響 應(yīng) 及 隨 機(jī) 振 動 分 析 ： 機(jī) 箱 在 隨 機(jī) 振 動 測試 中 部 件 會 出 現(xiàn) 開 裂 現(xiàn) 象 ， 通 過 整 機(jī) 模 態(tài) 、 頻 率 響 應(yīng) 及 隨 機(jī) 振 動 一 系 列 分 析 找 出 關(guān) 鍵頻 率 ， 通 過 優(yōu) 化 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 及 改 良 連 接 方 式 消 除 開 裂 現(xiàn) 象 ； 3、 電 腦 PCB板 組 件 級 靜 力 分 析 ： 針 對 DELL某 型

4、號 機(jī) 箱 組 件 級 PCB板 進(jìn) 行 了 細(xì) 致的 建 模 及 靜 力 分 析 ， 在 一 定 載 荷 條 件 下 ， 控 制 PCB板 上 的 芯 片 引 腳 周 圍 應(yīng) 變 在 一 定 范圍 內(nèi) ； 4、 溫 控 開 關(guān) 彈 片 強(qiáng) 度 分 析 及 靈 敏 性 優(yōu) 化 ： 通 過 對 溫 控 開 關(guān) 的 工 作 過 程 仿 真 ， 尋找 影 響 溫 控 開 關(guān) 靈 敏 性 的 因 子 ， 改 善 尺 寸 、 工 藝 參 數(shù) 提 高 了 溫 控 開 關(guān) 的 靈 敏 性 ； 5、 帶 包 裝 微 波 爐 的 跌 落 仿 真 及 產(chǎn) 品 結(jié) 構(gòu) 與 包 裝 設(shè) 計 的 優(yōu) 化 。 校 驗(yàn) 帶

5、 包 裝 微 波 爐 整機(jī) 跌 落 工 況 下 的 強(qiáng) 度 ， 優(yōu) 化 EPS包 裝 結(jié) 構(gòu) ， 降 低 了 跌 落 沖 擊 加 速 度 。 題 目 ： 電 子 機(jī) 械 產(chǎn) 品 結(jié) 構(gòu) 強(qiáng) 度 與 振 動 性 能 分 析報 告 內(nèi) 容 ：一 、 力 學(xué) 及 材 料 學(xué) 基 本 概 念二 、 有 限 元 方 法 基 礎(chǔ) 及 其 基 本 實(shí) 現(xiàn) 過 程三 、 有 限 元 方 法 在 行 業(yè) 中 的 應(yīng) 用 1、 靜 載 強(qiáng) 度 問 題 2、 跌 落 、 沖 擊 與 碰 撞 問 題 3、 模 態(tài) 、 振 動 問 題 材 料 破 壞 現(xiàn) 象 ： 工 程 結(jié) 構(gòu) 正 常 工 作 應(yīng) 滿 足 以 下 要

6、求 ：1、 強(qiáng) 度 要 求 應(yīng) 有 足 夠 的 抵 抗 破 壞 的 能 力 ；2、 剛 度 要 求 應(yīng) 有 足 夠 的 抵 抗 變 形 的 能 力 ；3、 穩(wěn) 定 性 要 求 應(yīng) 有 足 夠 的 保 持 原 有 平 衡 形 態(tài) 的 能 力 。 衡 量 指 標(biāo)應(yīng) 力 ：構(gòu) 件 單 位 面 積 所 受 的 力 ；應(yīng) 變 ：構(gòu) 件 變 形 量 與 原 始 長 度 的 比 值 ；彈 性 模 量 ：比 例 極 限 前 ， 應(yīng) 力 與 應(yīng) 變 的 比 值 ； 塑 料 的 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線橡 膠 的 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 泡 沫 的 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 材 料 破 壞 準(zhǔn) 則 ：四 大 強(qiáng)

7、 度 理 論 ：1、 第 一 類 強(qiáng) 度 理 論 （ 以 脆 性 斷 裂 破 壞 為 標(biāo) 志 ）（ 1） 第 一 強(qiáng) 度 理 論 （ 最 大 拉 應(yīng) 力 理 論 ）準(zhǔn) 則 ： 無 論 材 料 處 于 什 么 應(yīng) 力 狀 態(tài) ， 發(fā) 生 脆 性 斷 裂 的 共 同 原 因 是 單 元 體 中 的最 大 拉 應(yīng) 力 s1達(dá) 到 某 個 共 同 極 限 值 sjx。應(yīng) 用 情 況 ： 符 合 脆 性 材 料 的 拉 斷 試 驗(yàn) ， 如 鑄 鐵 單 向 拉 伸 和 扭 轉(zhuǎn) 中 的 脆 斷 、 玻 璃在 壓 力 載 荷 下 的 破 裂 等 。但 未 考 慮 其 余 主 應(yīng) 力 影 響 且 不 能 用 于

8、 無 拉 應(yīng) 力 的 應(yīng) 力 狀 態(tài) ， 如 單 向 、 三 向 壓 縮 等 。(2)最 大 伸 長 線 應(yīng) 變 理 論 （ 第 二 強(qiáng) 度 理 論 ） 準(zhǔn) 則 ： 無 論 材 料 處 于 什 么 應(yīng) 力 狀 態(tài) ， 發(fā) 生 脆 性 斷 裂 的 共 同 原 因 是 單 元 體 中 的最 大 伸 長 線 應(yīng) 變 e1達(dá) 到 某 個 共 同 極 限 值 ejx。應(yīng) 用 情 況 ： 符 合 表 面 潤 滑 石 料 的 軸 向 壓 縮 破 壞 等 ， 不 符 合 大 多 數(shù) 脆 性 材 料 的脆 性 破 壞 。 2、 第 二 類 強(qiáng) 度 理 論 （ 以 塑 性 屈 服 破 壞 為 標(biāo) 志 ）（ 3）

9、最 大 切 應(yīng) 力 理 論 （ 第 三 強(qiáng) 度 理 論 ）準(zhǔn) 則 ： 無 論 在 什 么 樣 的 應(yīng) 力 狀 態(tài) 下 ， 材 料 發(fā) 生 屈 服 流 動 的 原 因 都 是 單 元 體 內(nèi) 的 最 大切 應(yīng) 力 tmax達(dá) 到 某 一 共 同 的 極 限 值 tjx。應(yīng) 用 情 況 ： 形 式 簡 單 ， 符 合 實(shí) 際 ， 廣 泛 應(yīng) 用 ， 偏 于 安 全 。 (4)第 四 強(qiáng) 度 理 論 （ 形 狀 改 變 比 能 理 論 ）準(zhǔn) 則 ： 不 論 應(yīng) 力 狀 態(tài) 如 何 ， 材 料 發(fā) 生 屈 服 的 共 同 原 因 是 單 元 體 中 的 形 狀 改 變 比 能u d達(dá) 到 某 個 共

10、同 的 極 限 值 udjx。應(yīng) 用 情 況 ： 對 塑 性 材 料 比 最 大 剪 應(yīng) 力 準(zhǔn) 則 符 合 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 。 工 程 仿 真 的 基 本 方 法 是 有 限 元 方 法歷 史 結(jié) 構(gòu) 分 析 有 限 元 法 是 1950年 至1960年 期 間 ， 由 學(xué) 術(shù) 界 和 工 業(yè)界 的 研 究 人 員 建 立 起 來 的 。 有 限 元 的 基 本 理 論 已 有 100年 之久 ， 而 且 用 來 計 算 過 懸 索 橋 和 蒸汽 鍋 爐 。 中 國 ： 馮 康 。 有 限 元 方 法 ：Finite element method (FEM)有 限 元 分 析 ：Finite

11、 element analysis (FEA) 有 限 元 方 法 基 本 概 念 F位 移 ： AELFU U F： 力A： 截 面 積E： 模 量L： 長 度FU=？ F/A U/LE 有 限 元 方 法 基 本 概 念 Fu0 u1 u2 u3A1 A2 A3 FAEl uu AEl uuAEl uu AEl uuAEl uuu 33 23 33 2322 12 22 1211 01 00 xu u0 u1 u2 u34個 未 知 量4個 方 程唯 一 解 有 限 元 方 法 基 本 概 念單 元節(jié) 點(diǎn) 網(wǎng) 格 ： 單 元 與 節(jié) 點(diǎn) 的 集 合把 實(shí) 際 模 型 轉(zhuǎn) 化 為 離 散 模

12、 型 ， 在 離 散 模 型 上 求 解 。 二 維 、 三 維 模 型 單 元節(jié) 點(diǎn) 分 析 流 程實(shí)體建模 有限元建模 邊界條件施加 求解 結(jié)果顯示前 處 理 后 處 理（網(wǎng)格模型） 諾 基 亞 手 機(jī) 強(qiáng) 度 測 試 鍵 盤 敲 擊 測 試 雨 淋 測 試 抗 壓 、 抗 彎 測 試 抗 扭 測 試 跌 落 （ 抗 摔 ） 測 試 幾 乎 所 有 結(jié) 構(gòu) 類 的 物 理 試 驗(yàn)都 可 以 通 過 有 限 元 方 法 在 軟 件 里 “ 仿 真 ”實(shí) 現(xiàn) ！ ！ ！ 有 限 元 方 法 在 結(jié) 構(gòu) 方 向 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 ：1、 結(jié) 構(gòu) 靜 載 荷 下 的 強(qiáng) 度 、 剛 度 分 析

13、;2、 結(jié) 構(gòu) 考 慮 慣 性 載 荷 下 的 高 速 沖 擊 、 跌 落 、 碰 撞分 析 ；3、 基 于 結(jié) 構(gòu) 模 態(tài) 的 振 動 、 頻 響 與 噪 聲 分 析 ；4、 基 于 生 產(chǎn) 工 藝 的 金 屬 加 工 、 成 型 分 析 ： 沖 壓 、鍛 造 、 鑄 造 ；5、 基 于 多 體 運(yùn) 動 學(xué) 的 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動 學(xué) 仿 真 。結(jié) 構(gòu) 優(yōu) 化 結(jié) 構(gòu) 靜 載 荷 下 的 強(qiáng) 度 、 剛 度 分 析線 性 與 非 線 性 分 析 的 區(qū) 別 線 性 分 析 假 設(shè) 忽 略 荷 載 對 結(jié) 構(gòu) 剛 度 變 化 的 影 響 。 典 型 特 征是 ： 小 變 形應(yīng) 力 、 應(yīng) 變 在

14、線 性 彈 性 范 圍 內(nèi)沒 有 諸 如 兩 物 體 接 觸 或 分 離 時 的 剛 度 突 變 應(yīng) 變應(yīng) 力 彈 性 模 量(EX) 如 果 加 載 引 起 結(jié) 構(gòu) 剛 度 顯 著 變 化 ， 必 須 進(jìn) 行 非 線 性 分 析 。 引 起 結(jié) 構(gòu) 剛度 顯 著 變 化 的 典 型 原 因 ： 應(yīng) 變 超 過 彈 性 范 圍 (塑 性 )大 變 形 ， 例 如 承 載 的 釣 魚 竿兩 物 體 之 間 的 接 觸 應(yīng) 變應(yīng) 力 結(jié) 構(gòu) 考 慮 慣 性 載 荷 下 的 高 速 沖 擊 、 跌 落 、 碰 撞 分 析 1、 高 度 (邊 界 )非 線 性2、 動 力 學(xué) (波 動 )問 題3、

15、接 觸 條 件 的 處 理4、 顯 式 有 限 元 計 算 跌 落 試 驗(yàn) 機(jī) 沖 擊 試 驗(yàn) 機(jī) 跌 落 測 試 方 向 ： 一 角 三 棱 六 面 +兩 種 特 殊 情 況最 易 碎 的 角 最 短 邊 中 長 邊 最 長 邊 最 小 面 之 一最 小 面 之 二 中 等 面 之 一 中 等 面 之 二 最 大 面 之 一 最 大 面 之 二帶 包 裝 的 跌 落 ： 扁 平 產(chǎn) 品 包 裝 長 條 產(chǎn) 品 包 裝 12” 12” 12”21lbs DELL跌 落 物 理 試 驗(yàn) 視 頻 目 標(biāo)應(yīng) 用 仿 真 技 術(shù) 進(jìn) 行 虛 擬 跌 落 試 驗(yàn) ， 從 而 發(fā) 現(xiàn) 結(jié) 構(gòu)缺 陷 ， 進(jìn)

16、 行 設(shè) 計 優(yōu) 化 ， 提 高 強(qiáng) 度 和 可 靠 性通 過 仿 真 模 擬 ， 對 包 裝 進(jìn) 行 減 重 和 優(yōu) 化 設(shè) 計 ， 實(shí)現(xiàn) 節(jié) 約 成 本 的 目 的 初 始 速 度 ： 約 束 ： 剛 性 地 面 ， 全 約 束 smmghv /8.345720 Material type 1: MAT_ELASTIC 彈 性 材 料 模 型 Material type 24: MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 多 線 性 彈 塑 性 材 料 模 型 Material type 63: MAT_CRUSHABLE_FOAM 沖 擊 泡 沫 材 料 模 型 Ma

17、terial type 3: MAT_PLASTIC_KINEMATIC 動 力 硬 化 彈 塑 性 材 料 模 型 Material type S1: MAT_SPRING_ELASTIC 彈 簧 阻 尼 材 料 模 型 Material type 20: MAT_RIGID 剛 體 材 料 模 型 該 處 發(fā) 生 塌 陷 該 處 發(fā) 生 塌 陷物 理 試 驗(yàn) 結(jié) 果 仿 真 分 析 結(jié) 果 針 對 XXX型 微 波 爐 產(chǎn) 品 目 前 存 在 的 主要 結(jié) 構(gòu) 問 題 是 爐 腳 不 平 ， 即 在 完 成 產(chǎn)品 的 跌 落 實(shí) 驗(yàn) 后 ， 底 板 由 于 變 壓 器 的拉 伸 引 起 其

18、 中 一 個 爐 腳 凹 陷 變 形 ， 從而 導(dǎo) 致 爐 腳 的 高 低 不 平 1. 在 底 板 處 增 加 支 撐 架 對 底 板 變 形 有 明顯 的 改 善 作 用 ， 可 減 小 爐 腳 不 平 問 題2. 支 撐 架 距 離 前 板 距 離 近 則 支 撐 效 果 好3. 在 前 板 局 部 增 加 L型 固 定 架 也 可 以 有效 改 善 底 板 的 變 形 該 處 增 加 L型 固 定 板增 加 U型 支 架 基 于 結(jié) 構(gòu) 模 態(tài) 的 振 動 、 頻 響 與 噪 聲 分 析 動 力 分 析模 態(tài) 分 析 ， 計 算 結(jié) 構(gòu) 的 固 有 頻 率 和 振 型 。諧 響 應(yīng) 分

19、 析 ， 確 定 結(jié) 構(gòu) 對 輻 值 已 知 、 頻 率 按 正 弦 曲 線變 化 的 荷 載 的 響 應(yīng) 。瞬 態(tài) 動 力 分 析 ， 確 定 結(jié) 構(gòu) 對 隨 時 間 任 意 變 化 的 載 荷 的響 應(yīng) ， 而 且 可 以 包 含 非 線 性 特 性 。 其 它 結(jié) 構(gòu) 分 析 功 能譜 分 析 。隨 機(jī) 振 動 。 特 征 值 屈 曲 。子 結(jié) 構(gòu) ， 子 模 型 。 求 解 建 筑 的 固 有 頻 率 ， 及 其 在 風(fēng) 載 條 件 下 的 響 應(yīng) 在俄國圣彼得堡，一支步伐整齊的部隊(duì)經(jīng)過豐坦卡河上的大橋時，由于共振現(xiàn)象也發(fā)生過橋塌人亡的事件！TACOMA海峽大橋也是由于共振現(xiàn)象而倒塌的

20、。 假設(shè)給振動系統(tǒng)外加一個周期性的驅(qū)動力Fcost，不妨令h=F/m，則系統(tǒng)的受迫振動方程可為： 可以看出它是一個二階非齊次線性常微分方程，其通解可為： 其中第一項(xiàng)為齊次通解，即阻尼振動成分，其“圓頻率”為： 當(dāng)阻尼系數(shù)不大時，阻尼振動成分的振幅按指數(shù)規(guī)律很快衰減為0，所以稱之為方程（1）的暫態(tài)解。而系統(tǒng)經(jīng)過足夠長時間后，可以認(rèn)為只留下定態(tài)解，即方程（1）的非齊次特解。所以在穩(wěn)定狀態(tài)下，受迫振動函數(shù)式（2）可表示為： 1234 由式（5）可以看出，當(dāng)外加驅(qū)動力的圓頻率等于系統(tǒng)的固有圓頻率0時，系統(tǒng)振子的位移振幅A有極大值： 此狀態(tài)下，系統(tǒng)與外界的能量交換最大，物理學(xué)上稱之為共振現(xiàn)象。由式（6）可以看出，外加驅(qū)動力與位移x相位差/2，也就是驅(qū)動力與振動速度v=dx/dt相位同步時，共振效果最明顯。 代入方程（1）可以確定其振幅和相位差： 567 42