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LiToSim在振动分析中的应用

励颐拓软件

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振动作为一种基础的力学现象，广泛存在于消费电子领域。振动可能对元器件带来损伤，对产品质量的影响不容忽视。使用有限元软件进行振动分析是避免损伤的有效手段。

算例1

电子连接器环境谐响应分析

电子连接器，是电子产品中传输信号的装置，是完成电路或元器件相互间电气连接的重要元件，广泛应用于电子工业。对其进行扫频分析，分析结构振动模态及正弦频响工况。

导入模型与网格划分

新建工程项目并导入CAD模型，通过LiToSim网格划分功能，采用二阶四面体单元划分网格。

导入模型与网格划分

设置单元类型与材料属性

对整个区域设置Solid General单元，材料设置Elasticity Isotropy材料。

设置单元类型与材料属性

建立约束

对模型的5个卡扣施加固定约束。

建立约束

模态求解

选用子空间法对结构进行模态求解，并采用位移正则化方法对振型进行归一化处理，可以得到结构前十阶频率，可以通过LiToSim后处理模块查看振型云图与动画。

模态求解

第1阶模态振型第3阶模态振型

在求解完模态后，使用基于模态的稳态动力学方法进行扫频分析。

施加加速度基础运动

在左侧模型树鼠标右键点击“曲线”→“创建曲线”。在弹出对话框中设置参数，频率为140-260，幅值为1。在左侧模型树鼠标右键点击“边界”→“加速度基础运动”。在弹出的对话框中设置参数，施加 Y向的5个G的加速度。

设置加速度基础运动

扫频分析参数设置

勾选“Linear perturbation”，分析方法设置为“Steady-state Dynamics(Modal)”。选择线性插值，频率选为“150-250”，频率点设置为11，“Bias”设置为1。

扫频分析参数设置

查看结果

创建200Hz时的UY位移云图。查看3085号节点在扫频范围下的Y向位移响应。

算例2

主板随机振动分析

下图显示了一个主板，这种设计通常适用于较小的计算机设备，处理器 (CPU) 和图形芯片 (GPU) 被大型散热器覆盖，内存芯片位于 CPU 单元旁边。许多大小不同的圆柱型电容器散布在主板上。外围设备的多个连接器位于主板边缘。这种主板需要进行随机振动分析。

小型主板模型图

导入模型与划分网格

创建新工程项目，导入step几何模型，并通过LiToSim前处理模块自动划分网格。

自动划分网格

设置单元类型与材料属性

赋予单元类型，设置各部件材料属性。单元类型为Solid General单元，材料均设置为Elasticity Isotropy模型，各部件列表如下：

设置单元类型

设置材料属性

材料名	密度(kg/m^3)	弹性模量(Pa)	泊松比
PCB板	1900	22e9	0.15
塑料件	1190	3.2e9	0.35
电阻	2329	170e9	0.28
大电容	1500	70e9	0.33
小电容	2000	70e9	0.33
散热片	2700	70e9	0.33

设置约束

设置约束与边界条件。在六个安装孔位置施加固定约束。

设置约束

在PCB板和各元件之间施加绑定约束，在芯片和散热片之间施加绑定约束。

设置绑定约束

模态求解

选用子空间法对结构进行模态求解，并采用位移正则化方法对振型进行归一化处理。

模态求解

计算结构前20阶频率，通过LiToSim后处理模块可以查看振型云图。以下为前4阶模态振型云图。

第1阶模态振型第2阶模态振型

第3阶模态振型第4阶模态振型

求解完模态后，使用模态叠加法进行随机振动分析。

设置加速度基础运动

对Z向施加加速度PSD谱，如下图所示。

PSD谱曲线

随机振动分析参数设置

勾选“Linear perturbation”，分析方法设置为“Random Response Analysis”。选择对数插值，频率选为“0.1-650”，频率点设置为5，“Bias”设置为1。

随机振动分析参数设置

在“Direct Damping(by Modes)”中，设置1—20阶模态阻尼均为0.04。

查看节点监测结果

查看13682号节点监测结果。选取观测点绘制频率响应曲线，如下图所示。

频率-位移U3均方根曲线

频率-速度V3均方根曲线

频率-加速度A3均方根曲线

通过上面两个实际企业测试案例，LiToSim软件展现出了求解振动问题完备的能力。

通过上面两个实际企业测试案例，LiToSim软件展现出了求解振动问题完备的能力。在模态分析、谐响应分析、随机振动分析等领域，可以对标国外CAE软件。LiToSim秉承独立自主研发路线，致力于打造国产自主可控的CAE软件。

End

重庆励颐拓软件有限公司，于2018年7月6日成立，总部位于两江新区中瑞（重庆两江）产业园，在法国巴黎、上海、青岛设有研发中心，同时正在筹备设立成都研发中心。

公司由首席科学家冯志强教授领衔，拥有两院院士及国内外顶级专家组成的顾问团队，并与国内外多个科研团队建立密切合作；公司研发人员占比超过90%，且均为硕士及以上学历。

公司基于冯志强教授团队在理论、模型、算法、软件架构等方面三十余年的技术积累，致力于开发完全自主可控、具有国际先进水平的高端通用CAE软件LiToSim, 并协助不同领域用户开发服务于其核心产品的专用仿真软件，为研究成果积累、行业知识沉淀、CAE人才培养及产品自主创新提供良好的生态环境，为共同打造国产自主可控CAE软件贡献力量。