李 婷，張 宇，楊 嬌

（國營第785廠第三研究所， 山西 太原 030024）

引言

作為特殊的電子產品，車載加固顯示器長期置于惡劣的環(huán)境條件下，這意味著振動環(huán)境對車載加固顯示器可靠性的影響非常重要。振動試驗夾具用于安裝固定車載加固顯示器，模擬其在實際工作狀態(tài)下傳遞振動的特性，試驗夾具設計的好壞極大地影響了振動結果。選用理想的振動試驗夾具可以實現對車載加固顯示器的不失真?zhèn)鬟f作用，從而使產品更好地適應嚴格的振動指標。

1 車載加固顯示器振動試驗夾具有限元模型的建立

以LDS V984振動系統(tǒng)為基礎，設計L型結構的車載加固顯示器振動試驗夾具，其整體尺寸設計為800 mm×800 mm×1 900 mm，選用鋁合金材質。與振動系統(tǒng)間采用螺栓固定，并預留沉頭連接孔。兩側和后板均采用加強筋均布來加大夾具的固有頻率。

振動試驗夾具的實體模型是通過三維建模軟件Solid Edge V20來實現各種特征的創(chuàng)建。網格劃分質量的好壞極大程度上決定著有限元分析結果的精確程度，故網格大小的選擇有著至關重要的作用[1]。本文選用四面體單元對振動試驗夾具進行網格劃分，得到有限元模型見圖1，共計119 646個節(jié)點數，67 474個網格數。

2 隨機振動響應分析與求解

在振動下極易引起設備內部結構的動態(tài)位移，加劇結構的疲勞和磨損。隨機振動作為一種非確定性振動，無法用準確的函數來說明，就某范圍而言，其可借助功率譜密度（PSD）來確定。隨機振動試驗的目的在于驗證設備是否能承受壽命周期內的振動與其他疊加條件下正常工作[2]?；谟邢拊夹g，進行試驗夾具的隨機振動分析，來驗證其是否滿足振動要求，以完善制造完整性和系統(tǒng)可靠性。

2.1 隨機振動理論基礎

響應的功率譜密度函數矩陣：

式中：φN為系統(tǒng)的簡正模態(tài)矩陣，H（w）代表關于正則坐標的復頻響應矩陣，H*（w）是其共軛陣。

通過公式（2）可借助已知激勵的功率譜矩陣SFF（w）計算出響應的功率譜矩陣Sxx（w）。將SFF（w）進行傅里葉逆變換，即獲得響應的相關函數矩陣[3]：

2.2 模態(tài)分析

在進行隨機振動分析之前，需進行模態(tài)分析。將振動試驗夾具的底部螺栓連接面采用全固定約束，求解得到振動試驗夾具的前十階固有頻率，如下頁表1所示，前2階模態(tài)振型如下頁圖2所示。

表1 振動試驗夾具的前十階固有頻率

圖2 前2階模態(tài)振型

2.3 隨機振動響應分析

車載加固顯示器振動試驗夾具振動譜型參考《GJB150.16A-2009》軍用裝備實驗室振動試驗部分高速公路卡車振動環(huán)境荷載譜參數，其拐點匯總如表2所示。

為保證足夠的計算精度，先求解的模態(tài)數對應的頻率應大于激勵的頻率。由表1可知，最高階頻率為600.48 Hz，大于500 Hz，說明振動試驗夾具前十階模態(tài)分析可滿足計算精度。

選擇PSDG Acceleration，將表2所示縱向、橫向和垂向三個方向的PSD譜激勵分別加載到車載加固顯示器振動試驗夾具上。載荷設置完成后，提取等效應力結果圖。ANSYS軟件默認提取的是一個“Sigma”概率對應的值，為了實現廣泛性，本次分析以“3Sigma”概率結果查看，結果如圖3所示。

通過分析結果可知：車載加固顯示器振動試驗夾具在最大應力點處有不超過99.737%的概率形成9.961 4 Max應力，這對于一般的鋁合金結構而言，此應力值較為安全，可滿足試驗振動夾具要求。

3 結語

設計L型結構的車載加固顯示器振動試驗夾具,并采用加強筋均布于兩側和后板的形式，在有效控制振動試驗夾具重量的同時，較好地加大了固有頻率。借助有限元法進行振動試驗夾具隨機振動的響應分析，驗證了模型的合理性，節(jié)約了設計成本。該方法對其他類似電子設備的設計也具有很好的指導和參照意義。

表2 高速公路卡車振動環(huán)境荷載譜參數

圖3 等效應力云圖

[1]魏新利，付衛(wèi)東，張軍.泵與風機節(jié)能技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

[2]劉天笑，蔣超奇，蔣丙云，等.ANSYS Workbench有限元分析工程實例詳解[M].北京：中國鐵道出版社，2017.

[3]莊表中，梁以德，張佑啟.結構隨機振動[M].北京：國防工業(yè)出版社，1995.