【AIFEM案例操作】电器盒谐响应分析

AIFEM是由天洑自主研发的一款通用的智能结构仿真软件，助力用户解决固体结构相关的静力学、动力学、振动、热力学等实际工程问题，软件提供高效的前后处理工具和高精度的有限元求解器，帮助用户快速、深入地评估结构的力学性能，加速产品的设计迭代。

1）案例描述

电器盒工作时常伴随振动，本案例对某型电器盒在Z向1.5g的激励下进行频响分析。具体结果可见后处理云图及曲线图。

2）几何

某型电器盒几何如图1-1所示，由绿色壳体、橙色PCB基板、灰色芯片、红色散热管和蓝色电容组成。

图1-1 几何模型

3）分析工况

① 模态分析步：固定壳体4个安装孔，求解前50阶模态。

② 谐响应分析步：频率区间：1-1000Hz；常数临界阻尼：0.02；激励：壳体四个约束孔，1-1000Hz ， Z向1.5g加速度。

4）材料属性

表1-1 材料属性

1）新建方案

① 启动AIFEM 2023R2；

② 点击创建方案，在新建方案弹窗中，填写文件名《电器盒》，点击保存。

图2-1 AIFEM窗口

图2-2 新建方案

2）几何

① 点击几何>导入，弹出导入几何文件弹窗；

② 在导入几何文件弹窗中，选择几何文件PCB.stp；

③ 选择默认的‘导入为新模型’，将其导入为‘电器盒’，点击导入。

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图2-3 几何导入

3）网格

① 点击有限元模型>四面体网格，弹出四面体网格弹窗；

② 在四面体网格弹窗中，选择整个壳体和PCB基板作为对象，点击对象右侧的确定；

③ 将全局网格尺寸修改为6mm，勾选继续新增，点击生成。

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图2-4 网格划分

① 在继续新增的新四面体网格弹窗中，选择剩余的所有芯片、散热管和电容作为对象，点击对象右侧的确定；

② 将全局网格尺寸修改为2mm，取消勾选继续新增，点击生成。

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图2-5 网格划分

4）材料

① 点击有限元模型>材料库。在材料库弹窗中，a. 选择系统材料库中Aluminium、Copper、ABS和Silicon材料；b.依次点击’>’将其添加至模型材料库中；点击确定。

② 点击有限元模型>新增材料，在材料弹窗中，a.修改材料名称为FR-4；b.勾选密度并输入密度值为1.80E-9；c.勾选线弹性并输入弹性模量为2.1E4，泊松比为0.28，点击确定。

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图2-6 创建材料

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图2-7 属性赋予

1）分析步

① 点击有限元分析>新增分析，创建一个‘结构分析’ ，选择子分析步为模态，点击继续。

② 在模态分析步弹窗中，选择给定50振型数。

图3-1 分析步创建

① 点击有限元分析>谐响应，弹出谐响应分析步弹窗；

② 在谐响应分析步弹窗中，a.输入最小频率、最大频率、扫频点数、偏置参数分别为1，1000，20，3；b.勾选临界阻尼，使用默认参数0.02。

图3-2 分析步创建

2）边界条件

① 点击有限元分析>对称/固定，弹出对称/固定弹窗；

② 在对称/固定弹窗中，a.选壳体4个安装孔（每个孔由两个半圆面组成）；b.选择固定方式下的简支类型，点击确定。

图3-3 边界条件设置

3）约束

① 点击有限元分析>绑定，弹出绑定弹窗；

② 在绑定弹窗中，主面选择壳体与PCB板接触的4个圆环面（可在视口中右键壳体几何，点击仅显示以便于选择），点击右侧确定；

③ 在绑定弹窗中，副面选择PCB板与壳体接触的下表面（可在视口中右键几何，点击反向显示/隐藏以便于选择），点击确定。

图3-4 约束设置

① 再次点击有限元分析>绑定，弹出绑定弹窗； 

② 在绑定弹窗中，主面选择PCB板与电容、芯片、导热管等元器件接触的上表面（可在视口中右键PCB几何，点击仅显示以便选择），点击右侧确定；

③ 在绑定弹窗中，副面选择电容、芯片、导热管等元器件与PCB板的接触面（可在视口中右键几何，使用反向显示/隐藏、隐藏等操作以便于选择），点击确定。

图3-5 约束设置

4）边界条件

① 点击有限元分析>基础激励，弹出基础激励弹窗；

② 在基础激励弹窗中，a.类型选择加速度，自由度选择Uz；b.缩放因子输入重力加速度9810；c.点击幅值右侧，弹出幅值弹窗以新建幅值；

③ 在幅值弹窗中，a.类型选择频率下的实部+虚部；b.输入值为频率1-1000，实部均为1.5，虚部均为0；依次点击两个弹窗的确定。

图3-6  基础激励设置

5）求解

① 点击有限元分析>求解，出现求解弹窗；

② 在求解弹窗中，定义输出名称及求解模型，点击确定进行求解。

图3-7 求解

1）云图查看

① 求解完成后，软件自动导入结果；

② a.在视口区左侧选择S及其下Mises；b.视口区下侧选择相应帧；c.输入相应变形系数，进行应力云图查看；

③ a.在视口区左侧选择U及其下Magnitude；b.视口区下侧选择相应帧；c.输入相应变形系数，进行位移云图查看。

此云图反映了整体模型在1000Hz下的应力与位移响应。可通过调整帧数查看模型在不同频率下的响应云图。

图4-1 应力云图

图4-2 位移云图

2）曲线图

① 点击结果>曲线图，弹出曲线图弹窗；

② 在曲线图弹窗中，a.数据源选择场输出，起始分析步选择谐响应-2；b.场输出变量选择A3；c.选择指定节点、输入ID的方式指定对象，并选择零件-10-1的节点18；复数类型选择实部+虚部，点击绘制。

此曲线图反应了该节点在不同频率下的A3（Z方向加速度）响应。可通过选择不同节点与输出变量绘制查看需要的响应曲线。

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图4-3 曲线图绘制