基于ANSYS的某车载加固显示器固定架结构设计

苏仲文，张恩愫，陈小龙

（山西国营大众机械厂第三研究所，山西太原030024）

基于ANSYS的某车载加固显示器固定架结构设计

苏仲文，张恩愫，陈小龙

（山西国营大众机械厂第三研究所，山西太原030024）

有限元法能精确地计算各种机械结构的静态特性，利用ANSYS对某车载显示器固定支架不同的结构设计方案进行了静态分析，并针对该方案支架支撑所存在的应力集中的薄弱区进行改善，找出了其中最好的结构设计方案。分析表明，通过改善后的支架不仅减轻了重量，其机械强度和性能都得到了加强。

有限元法；ANSYS；显示器固定架；结构设计

引言

随着电子信息的迅速发展，显示器作为人机交互获得信息的重要设备，使用领域越来越广。而在机载、舰载以及车载等装备信息领域，因其要求显示设备工作在潮湿、极端温度的恶劣环境下，还需应对苛刻的振动冲击、电磁干扰等[1]，使得加固显示器得到广泛的应用，同时对其要求也在不断提高。传统的结构设计除对设计人员的经验素质有较高的要求外，还需耗费大量的人力、物力去反复试验验证来获得合适的结构方案，ANSYS凭借其强大的分析功能和高度的可靠性，在结构静力、动力分析以及优化设计等方面具有无可比拟的优越性[2]，利用ANSYS将有限元方法应用于结构设计中，可大大提高结构设计的效率[3]。

1 结构方案设计

车载显示器整体外形如图1所示，其需要固定架将其安装在车载平台上。车载显示器主体材料选取的是刚度、强度较高，密度较小的铝合金2A12，要求其固定架在满足机械性能的情况下尽量减轻重量，并相应选用相同的铝合金材料。

方案1为板厚15mm的实体L型支架，用整块铝合金加工成型，质量为8 kg，如图2所示；方案2为钣金焊接的对称框架固定架，由3块厚为1.5 mm的钣金件焊接而成，质量为2.27 kg，如图3所示。

图1 显示器外形图

图2 实体L型固定架

图3 钣金框架固定架

2 结构方案有限元分析

机械结构的静态特性分析是基于静力学、几何学和物理学三方面条件，分别建立三套方程，并在给定约束或面力的边界上，建立位移边界条件或应力边界条件。然后在边界条件下求解这些方程，得出应力分量、形变分量和位移分量，其三套方程如下[4]：

2.1 建立模型

分别将在Solid edge中建立的两种固定架三维模型导入ANSYS中，建立有限元模型，进行网格划分，施加载荷，求解计算应力分布。

图4 L型固定架的网络模型

2.2 应力分析

两种固定架的应力分别如图6和图7所示：实体L型固定架在弯角区域存在较大范围的应力集中区域，最大应力为99.9MPa；而钣金框架固定架应力集中区域在底部四个角，应力出现突变形成断裂点，其余大部分区域的应力分布较为匀称，为0.45MPa左右。

图5 钣金框架固定架的网络模型

图6 L型固定架的应力云图

图7 钣金框架固定架的应力云图

3 结构方案改善

对上面两个方案进行对比分析，方案1的实体L型固定架重量较大，使用不便，成产成本较高，且在弯角受力处存在应力集中区域，而方案2的钣金框架固定架重量较方案1减轻了70%多，并能有效地降低成本，但其下部四个角处存在应力突变，在承受振动冲击后，存在断裂变形的风险。

为获得可靠、经济的结构方案，通过分析，方案2钣金框架固定架应力发生突变的原因是由于钣金折弯过程中四个底角处存在折弯裂口（图8所示），减弱了钣金固定架四个底角处的强度及刚度。

TN820

A

2095-0748(2016)20-0073-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.20.32

2016-09-22

苏仲文（1988—），男，硕士，主要从事结构设计及有限元仿真分析研究；张恩愫（1987—），男，硕士，主要从事结构设计及有限元仿真分析研究；陈小龙（1976—），男，工程师，主要从事计算机及外部设备加固技术研究。