CN114096089A - 一种电子控制器分体式结构及其强度仿真方法 - Google Patents

一种电子控制器分体式结构及其强度仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电子控制器分体式结构及其强度仿真方法，包括竖板，所述竖板的顶部和底部沿前后方向一体成型有连接件，所述连接件远离竖板的一侧设置有安装板，所述安装板相互靠近一侧的正面和背面沿左右方向嵌设有卡扣，所述卡扣上卡接有卡槽，所述卡槽的表面设置有与竖板配合使用的护板，本发明通过设计三块分体式卡扣结构，在保证结构强度的同时，降低了材料成本，同时提高了工艺装配效率，同时采用实体网格形式对卡扣结构进行划分，同时对接触面与目标面进行映射细化切割，实现接触面与目标面节点位置及数量的一一对应，最后基于实际边界对接触节点与目标节点进行对应方向的自由度耦合，以真实模拟实际边界连接形式。

Description

一种电子控制器分体式结构及其强度仿真方法
技术领域
本发明涉及一种数值分析技术领域，具体为一种电子控制器分体式结构及其强度仿真方法。
背景技术
电子控制器模块是一种常用的电子设备，多安装于机柜或插箱的环境中，该环境中存在诸多不确定的振动与冲击载荷，在载荷的作用下，电子控制器模块会出现一定的可靠性风险，为了提高整体结构的抗振动性能，目前基本采用铝合金金属材料，通过螺栓连接的方式进行外壳结构的紧固。
然而通过螺栓连接的紧固方式具有过度的强度冗余，同时针对卡扣连接强度的仿真方法，目前多采用接触面自动绑定形式的连接方式，绑定连接和实际的卡扣连接形式存在较大区别，无法真实的再现实际边界约束条件，为此，提出一种电子控制器分体式结构及其强度仿真方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子控制器分体式结构及其强度仿真方法，以解决上述背景技术中提出的现有结构采用铝合金螺栓连接形式的紧固结构，存在强度冗余度过高、材料成本高且工艺装配效率低的问题，同时现有针对卡扣结构的仿真方法采用绑定形式，无法真实反映结构连接接触形式，无法得到精确的应力和变形计算结果的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电子控制器分体式结构，包括竖板，所述竖板的顶部和底部沿前后方向一体成型有连接件，所述连接件远离竖板的一侧设置有安装板，所述安装板相互靠近一侧的正面和背面沿左右方向嵌设有卡扣，所述卡扣上卡接有卡槽，所述卡槽的表面设置有与竖板配合使用的护板。
优选的，所述安装板相互靠近一侧的四周均开设有通气口。
另外本发明还提供了一种电子控制器分体式结构的强度仿真方法，包括以下步骤：
S1、基于电子控制器U型外壳体结构尺寸参数确定分体式结构组件及卡槽的形位尺寸参数，建立三块分体式结构组件的三维几何模型；
S2、基于有限元仿真软件前处理模块对分体式组件三维几何模型进行实体网格划分，对卡扣结构部位及U型外壳体卡槽部位进行局部切割划分，切割划分后接触部位的网格节点一一对应；
S3、为电子控制器整机所有部件、组件添加密度、弹性模量、泊松比等材料属性，其中三块分体式组件为ABS树脂材料；
S4、基于电子控制器的安装方式对整机添加边界约束条件，对安装固定部位进行全自由度约束，对卡扣连接部位网格划分后的接触节点和目标节点进行垂直于接触界面的自由度耦合处理；
S5、基于仿真分析软件进行约束模态分析，提取模态分析前六阶固有频率，将固有频率结果与试验结果进行对比验证，验证卡扣连接部位接触处理方法的正确性；
S6、基于仿真分析软件，按照设备所处环境激励载荷条件，进行谐响应分析，提取最大变形及应力响应，验证卡扣连接方式的可靠性。
优选的，所述在S2中，节点对应关系如下，
节点组1：Na1Nb1，Na2Nb2，Na3Nb3，…Na66Nb66；
节点组2：Na56Nb56，Na57Nb57，Na58Nb58，…Na88Nb88；
其中，Na56，Na57，Na58，Na59，Na60，Na61，Na62，Na63，Na64， Na65，Na66，Nb56，Nb57，Nb58，Nb59，Nb60，Nb61，Nb62，Nb63，Nb64， Nb65，Nb66，为两个接触面的公共节点。
优选的，所述在S2中，卡扣结构部位及U型外壳体卡槽部位需要进行局部等间距均匀切割细化。
优选的，所述在S6中，设备所处环境激励载荷条件为，沿结构强度最薄弱方向X向，施加0-150Hz，50m/s2加速度的简谐激励。
优选的，所述在S5中，固有频率结果与试验结果之间的误差合格标准为 5％以内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明中，通过设置竖板、两组安装板、卡扣和卡槽，基于实际工作环境的三向抗振性能及抗冲击性能要求，将竖板和两组安装板形成三块分体式结构，并在卡块和卡槽的卡接作用下，利用护板将三块分体式结构快速装配，从而对主壳体进行快速且有效的约束，在保证结构强度的同时，降低了材料成本，同时提高了工艺装配效率。
2.本发明中，采用实体网格形式对卡扣结构进行划分，同时对接触面与目标面进行映射细化切割，采用映射切割的方式对连接部位进行网格划分，保证接触节点和目标节点位置一一对应，同时进行垂直于接触界面的自由度耦合，保证了接触连接方式的真实性，最后通过模态及谐响应分析验证了结构设计的有效性和可靠性，从而可得到精确的应力和变形计算结果，该设计可有效提高工艺装配效率，同时可降低产品成本。
本发明通过设计三块分体式卡扣结构，在保证结构强度的同时，降低了材料成本，同时提高了工艺装配效率，同时采用实体网格形式对卡扣结构进行划分，同时对接触面与目标面进行映射细化切割，实现接触面与目标面节点位置及数量的一一对应，最后基于实际边界对接触节点与目标节点进行对应方向的自由度耦合，以真实模拟实际边界连接形式，可得到精确的应力和变形计算结果。
附图说明
图1为本发明一种电子控制器分体式结构的结构示意图；
图2为本发明一种电子控制器分体式结构的结构局部立体图；
图3为本发明卡扣和卡槽的结构立体图；
图4为本发明一种电子控制器分体式结构的强度仿真方法的系统流程图；
图5为本发明卡扣接触节点定义图1；
图6为本发明侧板槽目标节点定义图1；
图7为本发明卡扣接触节点定义图2；
图8为本发明侧板槽目标节点定义图2；
图9为本发明接触节点与目标节点单向自由度耦合图；
图10为本发明结合结构整体所含材料类别定义的材料参数图；
图11为本发明与试验结果对比分析结果图；
图12为本发明荷载条件下的分析结果图。
图中：1、竖板；2、连接件；3、安装板；4、卡扣；5、卡槽；6、护板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种电子控制器分体式结构，包括竖板1，竖板1的顶部和底部沿前后方向一体成型有连接件2，连接件2 远离竖板1的一侧设置有安装板3，安装板3相互靠近一侧的四周均开设有通气口，可方便电子控制器进行快速散热，延长了电子控制器的使用寿命，安装板3相互靠近一侧的正面和背面沿左右方向嵌设有卡扣4，卡扣4上卡接有卡槽5，卡槽5的表面设置有与竖板1配合使用的护板6，基于实际工作环境的三向抗振性能及抗冲击性能要求，设计三块分体式外卡口结构，对主壳体进行快速且有效的约束，在保证结构强度的同时，降低了材料成本，同时提高工艺装配效率。
实施例2
请参阅图1-12，本发明提供一种技术方案：一种电子控制器分体式结构，包括竖板1，竖板1的顶部和底部沿前后方向一体成型有连接件2，连接件2 远离竖板1的一侧设置有安装板3，安装板3相互靠近一侧的四周均开设有通气口，可方便电子控制器进行快速散热，延长了电子控制器的使用寿命，安装板3相互靠近一侧的正面和背面沿左右方向嵌设有卡扣4，卡扣4上卡接有卡槽5，卡槽5的表面设置有与竖板1配合使用的护板6，基于实际工作环境的三向抗振性能及抗冲击性能要求，设计三块分体式外卡口结构，对主壳体进行快速且有效的约束，在保证结构强度的同时，降低了材料成本，同时提高工艺装配效率。
另外本发明还提供了一种电子控制器分体式结构的强度仿真方法，包括以下步骤：
S1、基于电子控制器U型外壳体结构尺寸参数确定分体式结构组件及卡槽5的形位尺寸参数，建立三块分体式结构组件的三维几何模型；
S2、基于有限元仿真软件前处理模块对分体式组件三维几何模型进行实体网格划分，对卡扣4结构部位及U型外壳体卡槽5部位进行局部切割划分，切割划分后接触部位的网格节点一一对应；
S3、为电子控制器整机所有部件、组件添加密度、弹性模量、泊松比等材料属性，其中三块分体式组件为ABS树脂材料；
S4、基于电子控制器的安装方式对整机添加边界约束条件，对安装固定部位进行全自由度约束，对卡扣4连接部位网格划分后的接触节点和目标节点进行垂直于接触界面的自由度耦合处理；
S5、基于仿真分析软件进行约束模态分析，提取模态分析前六阶固有频率，将固有频率结果与试验结果进行对比验证，验证卡扣4连接部位接触处理方法的正确性；
S6、基于仿真分析软件，按照设备所处环境激励载荷条件，进行谐响应分析，提取最大变形及应力响应，验证卡扣4连接方式的可靠性。
本发明中，在S2中，节点对应关系如下，
节点组1：Na1Nb1，Na2Nb2，Na3Nb3，…Na66Nb66；
节点组2：Na56Nb56，Na57Nb57，Na58Nb58，…Na88Nb88；
其中，Na56，Na57，Na58，Na59，Na60，Na61，Na62，Na63，Na64， Na65，Na66，Nb56，Nb57，Nb58，Nb59，Nb60，Nb61，Nb62，Nb63，Nb64， Nb65，Nb66，为两个接触面的公共节点，详细的节点对应关系，可提高试验结果的精准度。
本发明中，在S2中，卡扣4结构部位及U型外壳体卡槽5部位需要进行局部等间距均匀切割细化，以便保证划分后的接触节点与目标节点一一对应，进一步提高了实验结果的精确性。
本发明中，在S3中，基于有限元仿真的输入参数要求，结合结构整体所含材料类别，定义以下材料参数：具体请参阅图10参数表。
本发明中，在S5中，基于电子设备整机安装方式，在设备固定位置施加固定约束边界条件，然后进行约束模态分析，提取前六阶模态，并与试验结果作对比，分析结果图表如下：具体请参阅图11与试验结果对比分析结果图。
由仿真计算结果和试验结果对比可知，计算结果的误差均在5％以内，表明三块分体式结构卡扣4连接部位接触处理方法的正确性。
本发明中，在S6中，设备所处环境激励载荷条件为，沿结构强度最薄弱方向X向，施加0-150Hz，50m/s2加速度的简谐激励，在此荷载条件下的分析结果图表如下：具体请参阅图12在此荷载条件下的分析结果图。
根据图表可知，设备在85.8Hz附近的响应值最大为0.8mm，卡扣4连接部位最大应力为25Mpa，小于分体式卡扣结构的屈服极限，所以三块分体式结构满足强度要求。
本发明中，在S5中，固有频率结果与试验结果之间的误差合格标准为5％以内，可为三块分体式结构卡扣4连接部位接触处理方法正确性的验证提供标准。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种电子控制器分体式结构，包括竖板(1)，其特征在于：所述竖板(1)的顶部和底部沿前后方向一体成型有连接件(2)，所述连接件(2)远离竖板(1)的一侧设置有安装板(3)，所述安装板(3)相互靠近一侧的正面和背面沿左右方向嵌设有卡扣(4)，所述卡扣(4)上卡接有卡槽(5)，所述卡槽(5)的表面设置有与竖板(1)配合使用的护板(6)。
2.根据权利要求1所述的一种电子控制器分体式结构，其特征在于：所述安装板(3)相互靠近一侧的四周均开设有通气口。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的一种电子控制器分体式结构的强度仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、基于电子控制器U型外壳体结构尺寸参数确定分体式结构组件及卡槽(5)的形位尺寸参数，建立三块分体式结构组件的三维几何模型；
S2、基于有限元仿真软件前处理模块对分体式组件三维几何模型进行实体网格划分，对卡扣(4)结构部位及U型外壳体卡槽(5)部位进行局部切割划分，切割划分后接触部位的网格节点一一对应；
S3、为电子控制器整机所有部件、组件添加密度、弹性模量、泊松比等材料属性，其中三块分体式组件为ABS树脂材料；
S4、基于电子控制器的安装方式对整机添加边界约束条件，对安装固定部位进行全自由度约束，对卡扣(4)连接部位网格划分后的接触节点和目标节点进行垂直于接触界面的自由度耦合处理；
S5、基于仿真分析软件进行约束模态分析，提取模态分析前六阶固有频率，将固有频率结果与试验结果进行对比验证，验证卡扣(4)连接部位接触处理方法的正确性；
S6、基于仿真分析软件，按照设备所处环境激励载荷条件，进行谐响应分析，提取最大变形及应力响应，验证卡扣(4)连接方式的可靠性。
4.根据权利要求3所述的一种电子控制器分体式结构的强度仿真方法，其特征在于：所述在S2中，节点对应关系如下，
节点组1：Na1Nb1，Na2Nb2，Na3Nb3，…Na66Nb66；
节点组2：Na56Nb56，Na57Nb57，Na58Nb58，…Na88Nb88；
其中，Na56，Na57，Na58，Na59，Na60，Na61，Na62，Na63，Na64，Na65，Na66，Nb56，Nb57，Nb58，Nb59，Nb60，Nb61，Nb62，Nb63，Nb64，Nb65，Nb66，为两个接触面的公共节点。
5.根据权利要求3所述的一种电子控制器分体式结构的强度仿真方法，其特征在于：所述在S2中，卡扣(4)结构部位及U型外壳体卡槽(5)部位需要进行局部等间距均匀切割细化。
6.根据权利要求3所述的一种电子控制器分体式结构的强度仿真方法，其特征在于：所述在S6中，设备所处环境激励载荷条件为，沿结构强度最薄弱方向X向，施加0-150Hz，50m/s2加速度的简谐激励。
7.根据权利要求3所述的一种电子控制器分体式结构的强度仿真方法，其特征在于：所述在S5中，固有频率结果与试验结果之间的误差合格标准为5％以内。
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