電子設(shè)備動(dòng)態(tài)性能有限元建模與優(yōu)化方法研究.pdf

1、電子設(shè)備是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡墓ぞ咴O(shè)備。隨著電子設(shè)備向集成化、專業(yè)化和精密化方向發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的要求也越來(lái)越高。而電子設(shè)備結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析與優(yōu)化是現(xiàn)代電子設(shè)備結(jié)構(gòu)性能評(píng)估和性能改進(jìn)的重要方式。本論文針對(duì)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能有限元建模與優(yōu)化中所面臨的問(wèn)題，進(jìn)行了如下研究。
　　1）電子設(shè)備子結(jié)構(gòu)建模方法研究
　　首先，提出了參數(shù)化子結(jié)構(gòu)建模方法。該方法在實(shí)現(xiàn)對(duì)同類結(jié)構(gòu)分析建模的同時(shí)，可大大減少建模工作

2、量。其次，利用Numman級(jí)數(shù)和攝動(dòng)理論分析了靜力凝聚動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)方法中因自由度凝聚而產(chǎn)生的誤差，并利用板狀結(jié)構(gòu)實(shí)例對(duì)主自由度的選擇策略進(jìn)行了對(duì)比分析研究，分析結(jié)論和理論分析吻合。
　　2）PCB板動(dòng)態(tài)性能等效建模方法研究
　　首先，提出了基于有限元模型的PCB板動(dòng)態(tài)性能等效建模方法。該方法利用原PCB板的幾何主尺寸作為等效板的幾何尺寸，采用單一均勻材料替代原材料，利用質(zhì)量相等原則獲得等效板的等效密度，并利用有限元理論和振動(dòng)理

3、論推導(dǎo)了基于有限元模型的等效剛度計(jì)算方法。同時(shí)分析了元器件質(zhì)量和剛度對(duì)等效剛度的影響。其次，針對(duì)有限元建模困難或無(wú)法進(jìn)行建模的復(fù)雜PCB板，提出了基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的PCB動(dòng)態(tài)性能等效建模方法，并利用有限元理論和振動(dòng)理論推導(dǎo)了等效剛度計(jì)算方法，同時(shí)分析了電子器件的支撐方式對(duì)等效剛度的影響。
　　3）PCB板最大頻率支撐布局拓?fù)鋬?yōu)化方法研究
　　基于PCB板支撐結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，建立了最大頻率支撐布局拓?fù)鋬?yōu)化方法：利用無(wú)質(zhì)量實(shí)體單元模擬支

4、撐部分；利用自由度凝聚技術(shù)建立PCB板及其元器件的子結(jié)構(gòu)模型，從而大大縮減了優(yōu)化的計(jì)算量；利用漸進(jìn)優(yōu)化方法推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)支撐單元的刪除敏度并建立了基于ANSYS的計(jì)算方法，并分析了支撐剛度對(duì)支撐布局優(yōu)化的影響。最后通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了優(yōu)化方法的正確性。
　　4）PCB板動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化方法研究
　　首先，利用自由度凝聚技術(shù)和模態(tài)綜合方法，建立面向元器件的PCB動(dòng)態(tài)性能布局優(yōu)化方法。在優(yōu)化模型的求解上，考慮元器件之間的幾何干涉問(wèn)題，提出改進(jìn)

5、的遺傳算法。其次，結(jié)合動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)建模分析方法和遺傳算法，建立了 PCB板支撐布局的優(yōu)化方法，對(duì)支撐位置與PCB板節(jié)點(diǎn)不重合問(wèn)題進(jìn)行了研究，并結(jié)合ANSYS二次開(kāi)發(fā)技術(shù)和遺傳算法開(kāi)發(fā)了求解程序。
　　5）電子設(shè)備結(jié)構(gòu)有限元分析優(yōu)化軟件實(shí)現(xiàn)方法研究
　　針對(duì)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化軟件實(shí)現(xiàn)中所面臨的問(wèn)題，建立了面向?qū)ο蟮亩伍_(kāi)發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)方法。該方法可充分利用有限元分析軟件資源，不需要進(jìn)行有限元底層算法程序開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)效率高，且計(jì)算結(jié)果

6、可得到保證。同時(shí)該方法采用了面向?qū)ο蟮乃枷?，因而程序設(shè)計(jì)思路清晰，調(diào)試容易。
　　論文取得的主要的創(chuàng)新成果如下。
　　1）提出了一種基于有限元模型的PCB板等效建模方法
　　針對(duì)含有復(fù)雜PCB板的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析，提出了一種基于有限元模型的PCB板等效建模方法。該方法利用原PCB板的幾何主尺寸作為等效板的幾何尺寸，采用單一均勻材料替代原材料，利用質(zhì)量相等原則獲得等效板的等效密度，并利用有限元理論和振動(dòng)理論推導(dǎo)了

7、等效剛度計(jì)算方法。最后分析了元器件質(zhì)量和剛度對(duì)等效剛度的影響。
　　2）提出了一種基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的PCB板動(dòng)態(tài)性能等效方法
　　復(fù)雜PCB板，由于很難獲得板上電子元器件的結(jié)構(gòu)材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)致有限元建模比較困難或無(wú)法進(jìn)行有限元建模。為此，提出了一種基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的PCB板動(dòng)態(tài)性能等效建模方法。該方法利用原PCB板的幾何主尺寸作為等效模型的幾何尺寸，采用單一均勻材料替代原材料，利用質(zhì)量相等原則獲得等效模型的等效密度，在并利用

8、有限元理論和振動(dòng)理論對(duì)推導(dǎo)了等效剛度計(jì)算方法。最后分析了PCB板的支撐方式對(duì)等效剛度的影響，并利用實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證了該方法的可行性能和正確性。
　　3）建立了PCB板最大頻率支撐布局拓?fù)鋬?yōu)化方法
　　PCB板的支持布局會(huì)影響其剛度分布，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率。為此，建立了PCB板最大頻率支撐拓?fù)鋬?yōu)化方法。該方法利用自由度凝聚方法縮減優(yōu)化模型計(jì)算量，利用漸進(jìn)優(yōu)化方法推導(dǎo)了單元?jiǎng)h除敏度，并研究建立了基于ANSYS的計(jì)算實(shí)現(xiàn)方法。最后