电子设备平板类优化设计方法

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【摘要】众所周知，我国近年来电子信息化行业发展的迅猛，电子行业的快速发展使得我国衍生出了一大批先进的电子设备。电子设备结构的轻量化设计对于系统的运行成本和使用而言有着举足轻重的意义。在电子设备结构设计中，结构重量是一个关键的指标，工程师希望以最轻的重量，满足电子设备环境可靠性要求。本文针对工程中常见的平板类结构减重优化设计方式，利用仿真分析手段，总结归纳出平板类结构最优的减重设计方法，为工程开发提供参考。

【关键词】电子设备；平板结构；优化设计；减重设计；仿真分析

1引言

电子设备产品中的平板类结构，形式如：分机盖板、模块盖板等，在航空、航天、汽车、船舶等行业应用广泛。该类结构本身不起支撑承力作用，但对于电子产品的密封性、电磁兼容性却不可或缺。在航空航天领域，对产品的结构重量要求苛刻，希望以最轻的结构重量，获得最优的结构功能。除直接将平板结构厚度减薄外，常见的平板结构减重模型如图1所示。产品设计时，对于采用何种减重设计方式，没有相关的标准作为指导，基本上是凭借个人的设计经验选取。当然，目前商用软件可以对复杂几何结构、复杂工况进行拓扑优化，但设计和时间成本都相对较高。本文通过力学仿真分析，总结出图1所示几类结构模型，在相同力学边界、相同外形尺寸、相同重量等条件下，刚度最好的结构形式，以指导设计人员快速开展结构设计工作。

2分析方法

2.1结构刚度。刚度是指结构在受力时抵抗变形的能力，是结构弹性变形难易程度的表征。在产品中，结构需要足够的刚度保证外形稳固。刚度分为动刚度和静刚度。静载荷作用下抵抗变形的能力成为静刚度，动载荷下抵抗变形的能力成为动刚度。平板类结构如盖板等本身不起支撑作用，但需要保证一定的刚度以满足密封性，避免局部共振等问题。2.2固有频率。固有频率也称为自然频率，物体做自由振动时，其位移随时间按正弦规律变化，振动的频率与初始条件无关，而仅与系统的固有属性有关。一般而言，固有频率越高，结构的刚度越大，固有频率是评价结构刚度大小的重要指标。因此，利用仿真分析手段，可以得出结构的固有频率，从而判定其刚度的大小。2.3模型建立。根据图1所示减重方式，以薄板结构（如图2基准模型O所示）为基准建立模型。利用CAD三维实体设计软件，分别建立三种平板结构减重模型，如图2模型A、B、C所示。其中，四种模型的外形尺寸相同，模型A、B、C三种模型凹槽深度、边框尺寸相同，重量与基准模型O一致。在外形尺寸、重量条件相同的情况下，频率最高的模型被认为是最优的减重优化模型。

3算例分析

3.1外形尺寸。给定基准模型O外形尺寸A=210mm，B=210mm，厚度。3.2材料属性。计算材料选取常用工程材料铝合金,牌号：5A06-H116，参数如表1所示。3.3模型参数。2.3节方法建立结构模型，参数如表2所示。3.4频率计算结果利用有限元分析软件，对建立的模型进行模态仿真计算，所有模型均为固支边界条件，前三阶固有频率结果如表3。由计算结果可以看出，在相同重量、相同尺寸外形、相同厚度、相同边界条件的等情况下，模型A的固有频率最高，被认为是最优的减重模型。

4结语

工程中的减重经验设计方法很多，本文将几种常见的经验模型进行对比分析，得出模型A为平板类结构最优的减重设计方案，读者可根据不同的应用场景，合理优化布局，得到最优的结构产品。

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作者:张铜 李佳 白宗旭 单位:中国电子科技集团公司第二十九研究所