蘇仲文，張恩愫，陳小龍

（山西國(guó)營(yíng)大眾機(jī)械廠第三研究所，山西太原030024）

基于ANSYS的某車(chē)載加固顯示器固定架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蘇仲文，張恩愫，陳小龍

（山西國(guó)營(yíng)大眾機(jī)械廠第三研究所，山西太原030024）

有限元法能精確地計(jì)算各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性，利用ANSYS對(duì)某車(chē)載顯示器固定支架不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了靜態(tài)分析，并針對(duì)該方案支架支撐所存在的應(yīng)力集中的薄弱區(qū)進(jìn)行改善，找出了其中最好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。分析表明，通過(guò)改善后的支架不僅減輕了重量，其機(jī)械強(qiáng)度和性能都得到了加強(qiáng)。

有限元法；ANSYS；顯示器固定架；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

隨著電子信息的迅速發(fā)展，顯示器作為人機(jī)交互獲得信息的重要設(shè)備，使用領(lǐng)域越來(lái)越廣。而在機(jī)載、艦載以及車(chē)載等裝備信息領(lǐng)域，因其要求顯示設(shè)備工作在潮濕、極端溫度的惡劣環(huán)境下，還需應(yīng)對(duì)苛刻的振動(dòng)沖擊、電磁干擾等[1]，使得加固顯示器得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)其要求也在不斷提高。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除對(duì)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)素質(zhì)有較高的要求外，還需耗費(fèi)大量的人力、物力去反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)獲得合適的結(jié)構(gòu)方案，ANSYS憑借其強(qiáng)大的分析功能和高度的可靠性，在結(jié)構(gòu)靜力、動(dòng)力分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性[2]，利用ANSYS將有限元方法應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可大大提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率[3]。

1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

車(chē)載顯示器整體外形如圖1所示，其需要固定架將其安裝在車(chē)載平臺(tái)上。車(chē)載顯示器主體材料選取的是剛度、強(qiáng)度較高，密度較小的鋁合金2A12，要求其固定架在滿足機(jī)械性能的情況下盡量減輕重量，并相應(yīng)選用相同的鋁合金材料。

方案1為板厚15mm的實(shí)體L型支架，用整塊鋁合金加工成型，質(zhì)量為8 kg，如圖2所示；方案2為鈑金焊接的對(duì)稱框架固定架，由3塊厚為1.5 mm的鈑金件焊接而成，質(zhì)量為2.27 kg，如圖3所示。

圖1 顯示器外形圖

圖2 實(shí)體L型固定架

圖3 鈑金框架固定架

2 結(jié)構(gòu)方案有限元分析

機(jī)械結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性分析是基于靜力學(xué)、幾何學(xué)和物理學(xué)三方面條件，分別建立三套方程，并在給定約束或面力的邊界上，建立位移邊界條件或應(yīng)力邊界條件。然后在邊界條件下求解這些方程，得出應(yīng)力分量、形變分量和位移分量，其三套方程如下[4]：

2.1 建立模型

分別將在Solid edge中建立的兩種固定架三維模型導(dǎo)入ANSYS中，建立有限元模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，施加載荷，求解計(jì)算應(yīng)力分布。

圖4 L型固定架的網(wǎng)絡(luò)模型

2.2 應(yīng)力分析

兩種固定架的應(yīng)力分別如圖6和圖7所示：實(shí)體L型固定架在彎角區(qū)域存在較大范圍的應(yīng)力集中區(qū)域，最大應(yīng)力為99.9MPa；而鈑金框架固定架應(yīng)力集中區(qū)域在底部四個(gè)角，應(yīng)力出現(xiàn)突變形成斷裂點(diǎn)，其余大部分區(qū)域的應(yīng)力分布較為勻稱，為0.45MPa左右。

圖5 鈑金框架固定架的網(wǎng)絡(luò)模型

圖6 L型固定架的應(yīng)力云圖

圖7 鈑金框架固定架的應(yīng)力云圖

3 結(jié)構(gòu)方案改善

對(duì)上面兩個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比分析，方案1的實(shí)體L型固定架重量較大，使用不便，成產(chǎn)成本較高，且在彎角受力處存在應(yīng)力集中區(qū)域，而方案2的鈑金框架固定架重量較方案1減輕了70%多，并能有效地降低成本，但其下部四個(gè)角處存在應(yīng)力突變，在承受振動(dòng)沖擊后，存在斷裂變形的風(fēng)險(xiǎn)。

為獲得可靠、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案，通過(guò)分析，方案2鈑金框架固定架應(yīng)力發(fā)生突變的原因是由于鈑金折彎過(guò)程中四個(gè)底角處存在折彎裂口（圖8所示），減弱了鈑金固定架四個(gè)底角處的強(qiáng)度及剛度。

TN820

A

2095-0748(2016)20-0073-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.32

2016-09-22

蘇仲文（1988—），男，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元仿真分析研究；張恩愫（1987—），男，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元仿真分析研究；陳小龍（1976—），男，工程師，主要從事計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備加固技術(shù)研究。