基于ANSYS的配电器箱体结构优化设计

论文摘要

电子设备箱体结构设计是研制电子设备的一个重要环节，它对保证电子设备的优良性能起着举足轻重的作用。当前电子设备正向着系统化、集成化、微型化、智能化方向发展，对箱体结构设计的要求也越来越高。高性能、高效率、低成本、高可靠性是电子设备结构设计必不可少的。因而，在航天产品设计过程中，有限元结构分析能在设计阶段规避产品设计中的各种弊端，从而选择合理可行的结构设计方案，创造更有竞争力的产品，缩短研制周期，降低样机制造及试验成本。本课题采用有限元方法，在对某型号配电器箱体进行了有限元建模、模态分析的基础上，采用二次开发结构分析控件以及APDL参数化语言，对箱体进行优化设计，主要内容为：1.在三维CAD(计算机辅助设计)图纸的基础上，从PRO/E导入箱体模型，建立了配电器箱体有限元模型，对其进行了有限元模态分析。通过对该箱体结构动态特性的理论分析，测得箱体固有频率、阻尼、振型等模态参数，有效地验证了配电器箱体结构设计的可靠安全性，从整体上考虑了箱体的刚度和局部强度，以便在设计与改进时使配电器箱体的固有频率避开其使用过程中的外部激励频率，并论证了该箱体结构存在较大优化空间。2.本文采用二次开发工具UIDL和APDL，在ANSYS软件上开发出针对该类结构分析的控件。通过该控件对箱体材料属性与箱体基频的关系分别进行了分析，为进一步优化设计提供了参考依据。此方法避免了因模型参数的改变而人工手动修改模型进行反复建模的繁杂步骤，为同类产品的有限元分析提供了参考。3.本文在保证箱体满足设计指标的前提下，对该箱体进行了优化设计。通过APDL（ANSYS参数化设计）语言编写优化程序，建立起箱体板厚度与箱体质量之间的函数关系，得出了箱体结构设计的优化方案并对优化方案进行了检验分析，结果表明箱体的固有频率及质量随着板厚下降而降低明显，且在APDL参数化语言的应用下，极大地提高了分析效率。通过对最佳优化设计方案的分析验证，保证其固有频率满足设计要求的情况下箱体的重量由最初的0.64kg降为0.47kg，重量优化了26.5%，减少了该型号所需火工品功率，大大节约了型号生产成本。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 结构优化设计方法
• 1.3.1 有限元法综述
• 1.3.2 有限元法分析流程
• 1.3.3 有限元软件分析步骤及误差
• 1.4 选取有限元分析软件
• 1.5 本文工作简述
• 第二章 配电器箱体有限元模态分析研究
• 2.1 模态分析概述
• 2.1.1 模态分析应用
• 2.1.2 模态分析发展及国内外现状
• 2.2 模态分析基本原理
• 2.3 箱体模态分析
• 2.3.1 箱体结构模型及简化
• 2.3.2 模型建立描述
• 2.3.2.1 将 Pro/E 模型导入 ANSYS
• 2.3.2.2 建立箱体有限元模型
• 2.3.2.3 箱体有限元模型网格划分
• 2.3.2.4 施加载荷及约束
• 2.3.3 模态计算方法
• 2.3.4 计算结果与分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 ANSYS 二次开发在优化设计中的应用
• 3.1 有限元优化设计概述
• 3.2 二次开发工具概述
• 3.2.1 参数化程序设计语言（APDL）
• 3.2.2 用户界面设计语言（UIDL）
• 3.2.3 用户程序特性（UPFs）
• 3.2.4 ANSYS 数据接口
• 3.3 UIDL 和 APDL 的应用
• 3.3.1 UIDL 控制文件头
• 3.3.2 UIDL 结构块结构
• 3.3.3 ANSYS 调用 UIDL 过程
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于 ANSYS 二次开发的材料属性研究
• 4.1 各材料属性概念
• 4.1.1 弹性模量的概念
• 4.1.2 密度的概念
• 4.1.3 泊松比的概念
• 4.2 材料属性控件的二次开发
• 4.2.1 二次开发的主要流程
• 4.2.2 菜单的开发
• 4.2.3 主菜单的设计
• 4.2.4 添加菜单
• 4.2.5 编写各对话框
• 4.3 箱体基频与弹性模量的关系
• 4.4 箱体基频与密度的关系
• 4.5 箱体基频与泊松比的关系
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于 APDL 的优化程序设计
• 5.1 APDL 优化方法
• 5.1.1 APDL 优化设计过程
• 5.1.1.1 创建优化分析文件
• 5.1.1.2 执行优化分析文件
• 5.1.1.3 检验优化设计
• 5.2 建立优化设计程序
• 5.3 计算并查看优化序列
• 5.4 检验最优化设计
• 5.4.1 修改分析文件
• 5.4.2 运算求解
• 5.4.3 查看运算结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结与研究展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录