某型汽車(chē)電子控制器的模態(tài)仿真分析

圖17:第一階模態(tài):146Hz

圖18:第二階模態(tài):236Hz

圖19:第三階模態(tài):287Hz
5 計算和試驗結果對比及分析
5.1 仿真和試驗結果對比
對比仿真分析和試驗得到的前三階振型,發(fā)現振型匹配很好;對比前三階頻率,發(fā)現最大相對誤差將近20%,如表2所示。根據以上對比結果,可以判定該試驗結果和仿真結果存在很大的誤差。為了驗證仿真分析方法是否可行,后文中將會(huì )對造成誤差的原因進(jìn)行分析。
表2:仿真結果與試驗結果的對比表

5.2 傳感器重量的影響分析
單個(gè)傳感器的重量為5克,控制器上布置多個(gè)傳感器時(shí)會(huì )引入很大的附加質(zhì)量。于是在有限元模型中添加傳感器的模型,并在考慮單元類(lèi)型等因素的前提下,重新進(jìn)行模態(tài)仿真分析,算得的固有頻率和固有振型如圖20~圖22。

圖20 :帶傳感器的第一階模態(tài):149Hz

圖21:帶傳感器的第二階模態(tài):252Hz

圖22:帶傳感器的第三階模態(tài):291Hz
對比修正仿真分析和試驗得到的前三階振型,發(fā)現振型匹配很好;對比的前三階頻率,發(fā)現最大相對誤差保持在6.8%以下,如表3。根據以上分析結果,可以判定傳感器的重量是造成試驗和仿真誤差過(guò)大的主要原因??紤]傳感器影響時(shí),仿真分析的可信度能夠達到93%以上,根據工程實(shí)際對可信度的要求,可以判定該仿真結果是控制器模態(tài)的真實(shí)反映。
表3:考慮傳感器的仿真結果與試驗結果的對比

5.3 單元類(lèi)型的影響分析
本小節對一階四面體單元是否適合在模態(tài)分析中使用進(jìn)行驗證。一階四面體單元具有四個(gè)節點(diǎn),邊是直線(xiàn),面是平面,加載變形后邊和面仍要保持直線(xiàn)和平面。二階四面體單元由十個(gè)節點(diǎn),邊可以是曲線(xiàn),面可以是曲面,加載變形后邊和面可以是曲線(xiàn)和曲面。所以用一階四面體單元組成的網(wǎng)格模擬真實(shí)復雜的變形和應力場(chǎng),具有一定的局限性。使用一階四面體單元和二階四面體單元對控制器下殼體進(jìn)行約束模態(tài)分析。對比兩種情況下算得的前三階振型,發(fā)現振型一致;固有頻率結果如表4,對比表4中的數據,發(fā)現用一階四面單元算得的前三階模態(tài)頻率比二階四面體單元算得的前三階模態(tài)頻率都要高,并且一階四面體單元算得的模態(tài)頻率更偏離實(shí)驗結果。所以模態(tài)仿真分析不能使用一階四面體單元。
表4:一階四面體單元和二階四面體單元對比

5.4 粘貼方式的影響分析
電器件直接面對面粘貼到PCB上的方式相比電器件針腳位置的單元粘貼到PCB上的方式會(huì )增大PCBA的局部剛性,對PCBA的自由模態(tài)有一定的影響。進(jìn)行兩種粘貼方式下的PCBA的自由模態(tài)分析,得到的模態(tài)頻率如表5。對比兩種粘貼方式下的模態(tài)頻率發(fā)現,電器件直接面對面粘貼的方式的PCBA模態(tài)頻率偏大,證明了較大電器件直接面對面粘貼到PCB上的粘貼方式增大了PCBA的局部剛性,使得模態(tài)頻率變大。
表5:直接面面粘貼和針腳位置單元粘貼對比

6 結論
本文利用有限元軟件對某型汽車(chē)電子控制器進(jìn)行了模態(tài)仿真分析,并用模態(tài)實(shí)驗驗證了模態(tài)仿真分析結果的可信度,得到以下結論:
1、高質(zhì)量的網(wǎng)格是仿真分析順利進(jìn)行的保障,并且能縮短仿真分析周期,要得到高質(zhì)量的網(wǎng)格需去掉較小的倒圓角和圓孔,隱藏過(guò)密的曲線(xiàn)和硬點(diǎn),切分不規則的幾何體,忽略微小的電器件等;
2、對該類(lèi)控制器進(jìn)行了模態(tài)仿真分析時(shí),不要使用一階四面體單元,否則會(huì )導致模態(tài)頻率偏大,可以使用一階六面體單元(對其進(jìn)行沙漏控制)和二階四面體單元。
3、對該類(lèi)控制器進(jìn)行了模態(tài)仿真分析時(shí),較大的電容、電阻、芯片及接插件等電器件不能直接面對面粘貼到PCB上,否則會(huì )增大PCBA的局部剛性,可以把較大的電容、電阻、芯片及接插件等電器件的針腳位置的單元粘貼到PCB上。
按照文中的仿真建模方法既能提高計算效率又能保障計算結果有93%以上的可信度。
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