钣金结构件变形的有限元分析

老爷子

钣金零件是采用金属薄板经过冲庄、弯曲、拉伸等工艺加工成型的结构件，在电子产品的结构设计中有着广泛的应用。常常作为机柜、插箱、插件、控制台以及面板、托架等，是安装、承载、保护电子、电气模块的载体。通过对其结构的合理的优化设计，可以在轻量化、低成本的基础上实现较高的强度和刚度。而有限元方法提供了对复杂结构力学晌应分析的可靠手段，可以在产品的设计阶段对结构的承载能力进行分析和预测，为结构优化提供依据。有限元分析是利用数学逼近的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟的一种有效方法。

    本文采用通用有限元分析软件ANSYS对某大型电子产品的罩盖支架的变形问题进行了分析，该支架是采用金属薄板折弯与冲压工艺成型，属于典型的饭金结构件。

    2有限元建模

    某公司大型电子产品中，产品的罩盖通过罩盖支架固定在其机箱顶部，罩盖支架对罩盖起固定支撑作用，为了保证罩盖转动灵活，对其支架挠曲变形程度有较为严格的要求。该部件是由薄板折弯成形，根据其结构、受力特点及边界条件，属于典型的薄板弯曲变形问题。采用通用有限元分析软件ANSYS对该部件的变形问题进行了数值模拟，分析了该部件在两种不同结构形式下的变形问题。

    罩盖支架板是由厚度为1.5mm的钢板折弯成形，折弯成形厉的整体尺寸为879x64x9.46，该部件两种不同结构形式的模型如图1，2所式。结构A为主体承载部分翻边成形，其截面形状为"L"型，如!到l所示。结构B主体承载部分折弯点焊后，其截面呈方筒形，如图2所示。

    材料视为均质各向同性材料，模拟中采用的材料参数，弹性模量E=200GPa;泊松比μ=0.3。边界条件为杆中间部分受固定支撑，在两端施加大小为30N的压力载荷。模拟中采用的单元为She1l93。

    通过使用ANSYS提供的基本元素，点、线、面、体等，构建实际物体或需要分析部分的几何形状，这个形状既可以是完全三维的，也可以是简化的。对于薄板，在建模的时候，只需要用一个平面形状和一个表示厚度的参数就足够描述这个模型了。根据部件实际几何形状、边界条件及受力状况，可取其一半进行分析，两种不同结构形式的罩盖支架杆模拟用模型分别如图3、4所示;施加载荷下的模型如图5、6所示。

    3模拟结果及分析

    由前面所述的模型及载荷边界条件下，经计算后得到的结果如图7，8所示。在模型中受到固定支撑的部分挠曲变形程度最小，挠度为零，向外挠曲变形程度逐渐变大，在端部挠度达到最大。采用A结构形式的罩盖支架杆的最大挠度为4.17mm，采用B结构的罩盖支架杆的最大挠度为0.37mm。分析结果与结构变形的实际测量值相符。由此显然可见，采用B结构形式的罩盖支架杆的变形情况远远好于采用A结构形式的罩盖支架杆。而且采用结构B的支架杆完全可以满足系统对于该部件的使用条件要求，在该产品中选用了B结构的罩盖支架。

    4 结语

    通过对于某产品罩盖支架杆变形问题的有限元数值模拟分析可见，采用有限元模拟分析方法可以准确地得到实际应用条件下结构件的响应，得到所需要的应力、变形等信息，对于结构部件的开发、设计可以有效缩短研制周期、降低研制成本。

SHJWEI525

概括性的，非常好

liarno

很好，学习了！