ANSYS Workbench在基站結(jié)構(gòu)振動(dòng)環(huán)境下的模擬

1、ANSYS Workbench在基站結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng) 環(huán)境下的模擬前言有限元分析模型有限元模態(tài)分析基站結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)譜分析試驗(yàn)結(jié)論前言戶外基站產(chǎn)品的工作環(huán)境非常惡劣、復(fù)雜，不可避免地要受到振動(dòng)、 沖擊等各種隨機(jī)動(dòng)力荷載的作用,設(shè)計(jì)中應(yīng)研究和解決設(shè)備在動(dòng)態(tài)環(huán) 境下的工作可靠性以及抵御惡劣環(huán)境的能力。利用ANSYS Workbench仿真分析軟件，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真和隨機(jī)振動(dòng)譜分析。某一戶外基站產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)見圖1，機(jī)架上安裝了天線，兩個(gè)射頻 模塊，兩個(gè)濾波單元和一數(shù)字模塊。圖1基站外形結(jié)構(gòu)圖基站結(jié)構(gòu)有限元分析模型模型簡化和導(dǎo)入材料參數(shù)設(shè)置網(wǎng)格劃分邊界條件設(shè)置圖2基站結(jié)構(gòu)簡化模型圖3 有限元模型材

2、料密度(Kg/m3)彈性模量(Mpa)泊松比屈服強(qiáng)度(Mpa）AISI 1010 鋼78702050000.29305表1 AISI 1010的材料特性有限元模態(tài)分析戶外基站結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，它也是隨機(jī)振動(dòng)分析的前提。模型設(shè)計(jì)改進(jìn)前后的前五階模態(tài)自振頻率數(shù)據(jù)對比見表2。a) 一階振型圖b) 二階振型圖 圖4最初的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一二階振型圖a) 一階振型圖b) 二階振型圖 圖6改進(jìn)后結(jié)構(gòu)一二階振型圖a)最初的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)b) 改進(jìn)后結(jié)構(gòu) 圖5設(shè)計(jì)改進(jìn)前后主框架結(jié)構(gòu)表2設(shè)計(jì)改進(jìn)前后的前五階模態(tài)自振頻率階數(shù)12345改進(jìn)前頻率值(Hz)6.958.0810.4210.510.66改進(jìn)后

3、頻率值(Hz)15.0721.5136.2541.1944.16基站結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)譜分析加速度PSD0.04圖7加速度譜密度隨機(jī)振動(dòng)譜分析強(qiáng)度理論第四強(qiáng)度理論和Von Miss等效應(yīng)力2122332 ) ( ) r 2 (1 2 ) (11式中：1 、2 、3三向應(yīng)力狀態(tài)下主應(yīng)力。“3”準(zhǔn)則隨機(jī)振動(dòng)分析是一種定性的分析技術(shù)。在分析中, 對隨機(jī)振動(dòng)的應(yīng)力分析采用 了“3”準(zhǔn)則。當(dāng)Von Miss 3等效應(yīng)力值達(dá)到材料的屈服極限時(shí)，判定結(jié)構(gòu)材料就會(huì)發(fā)生塑性變形。運(yùn)用Von Miss 3等效應(yīng)力來判斷機(jī)柜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，對于不知道材料的S-N曲線， 不能判定隨機(jī)應(yīng)力的疲勞破壞情況時(shí)，對隨機(jī)振動(dòng)結(jié)果分析是一

4、條簡單而有效 的途徑。隨機(jī)振動(dòng)譜分析建模的注意點(diǎn)模態(tài)分析線性行為材料性質(zhì)機(jī)架的隨機(jī)振動(dòng)結(jié)果分析圖8設(shè)計(jì)改進(jìn)前機(jī)架Y方向1應(yīng)力云圖圖9設(shè)計(jì)改進(jìn)后機(jī)架Y方向的1應(yīng)力云圖最初的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)中的Y方向（沿抱桿方向）振動(dòng)的最大1應(yīng)力為372 MPa，高于材料的屈服強(qiáng)度,見圖8。設(shè)計(jì)改進(jìn)后機(jī)架Y方向的3應(yīng)力為292.5 MPa，而1010鋼的屈服應(yīng)力 為305MPa，判定機(jī)架材料不會(huì)屈服。試驗(yàn)基站產(chǎn)品安裝到試驗(yàn)夾具上，試驗(yàn)夾具和振動(dòng)臺(tái)用螺栓擰緊，見圖10。在隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中，可從加速度讀到加速度譜的曲線，見圖11 。隨機(jī)振動(dòng)測試前進(jìn)行正弦掃頻。有限元模型得到的主要低階模態(tài)頻率的 計(jì)算值與試驗(yàn)測試值的誤差在5以下。經(jīng)過三個(gè)方向隨機(jī)振動(dòng)測試，改進(jìn)后的機(jī)架通過了測試，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。圖10隨機(jī)振動(dòng)測試圖11隨機(jī)振動(dòng)測試中加速度譜的曲線結(jié)論ANSYS Workbench在基站結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境下的模擬,能夠與實(shí)際隨機(jī) 振動(dòng)試驗(yàn)較好吻合，文中建立的基站結(jié)構(gòu)有限元?jiǎng)恿Ψ治瞿Ｐ褪呛侠?的，機(jī)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。ANSYS Workbench是基站機(jī)械結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的一個(gè)有效的工 具。根據(jù)分析結(jié)果，可以定性的指導(dǎo)設(shè)計(jì)，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而提高 研發(fā)效率。ANSYS Workbench有限元分析軟件是一個(gè)簡單實(shí)用的分析軟件，能對 復(fù)雜模型進(jìn)行