基于ANSYS的某車載加固顯示器固定架結構設計

蘇仲文，張恩愫，陳小龍

（山西國營大眾機械廠第三研究所，山西太原030024）

基于ANSYS的某車載加固顯示器固定架結構設計

蘇仲文，張恩愫，陳小龍

（山西國營大眾機械廠第三研究所，山西太原030024）

有限元法能精確地計算各種機械結構的靜態特性，利用ANSYS對某車載顯示器固定支架不同的結構設計方案進行了靜態分析，并針對該方案支架支撐所存在的應力集中的薄弱區進行改善，找出了其中最好的結構設計方案。分析表明，通過改善后的支架不僅減輕了重量，其機械強度和性能都得到了加強。

有限元法；ANSYS；顯示器固定架；結構設計

引言

隨著電子信息的迅速發展，顯示器作為人機交互獲得信息的重要設備，使用領域越來越廣。而在機載、艦載以及車載等裝備信息領域，因其要求顯示設備工作在潮濕、極端溫度的惡劣環境下，還需應對苛刻的振動沖擊、電磁干擾等[1]，使得加固顯示器得到廣泛的應用，同時對其要求也在不斷提高。傳統的結構設計除對設計人員的經驗素質有較高的要求外，還需耗費大量的人力、物力去反復試驗驗證來獲得合適的結構方案，ANSYS憑借其強大的分析功能和高度的可靠性，在結構靜力、動力分析以及優化設計等方面具有無可比擬的優越性[2]，利用ANSYS將有限元方法應用于結構設計中，可大大提高結構設計的效率[3]。

1 結構方案設計

車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載平臺上。車載顯示器主體材料選取的是剛度、強度較高，密度較小的鋁合金2A12，要求其固定架在滿足機械性能的情況下盡量減輕重量，并相應選用相同的鋁合金材料。

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

圖1 顯示器外形圖

圖2 實體L型固定架

圖3 鈑金框架固定架

2 結構方案有限元分析

機械結構的靜態特性分析是基于靜力學、幾何學和物理學三方面條件，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力邊界條件。然后在邊界條件下求解這些方程，得出應力分量、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入ANSYS中，建立有限元模型，進行網格劃分，施加載荷，求解計算應力分布。

圖4 L型固定架的網絡模型

2.2 應力分析

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

圖5 鈑金框架固定架的網絡模型

圖6 L型固定架的應力云圖

圖7 鈑金框架固定架的應力云圖

3 結構方案改善

對上面兩個方案進行對比分析，方案1的實體L型固定架重量較大，使用不便，成產成本較高，且在彎角受力處存在應力集中區域，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，但其下部四個角處存在應力突變，在承受振動沖擊后，存在斷裂變形的風險。

為獲得可靠、經濟的結構方案，通過分析，方案2鈑金框架固定架應力發生突變的原因是由于鈑金折彎過程中四個底角處存在折彎裂口（圖8所示），減弱了鈑金固定架四個底角處的強度及剛度。

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，主要從事結構設計及有限元仿真分析研究；張恩愫（1987—），男，碩士，主要從事結構設計及有限元仿真分析研究；陳小龍（1976—），男，工程師，主要從事計算機及外部設備加固技術研究。