一体化宏基站的共振拍波地震试验模拟.PDFVIP

一体化宏基站的共振拍波地震试验模拟 郝文华 郑金桥 （中兴通讯股份有限公司，深圳， 518057） 摘要：由于市场需要，机柜经常以叠柜的方式进行积木式安装，对结构的抗震性提出更高的要求。本文应用 ABAQUS/Standard 中的 Modal Dynamics 模块对某一体化宏基站进行正弦拍波共振试验模拟，评估与预测其设计薄弱环节，并对改进后的结构进行分 析验证。 关键词：地震， 正弦共振拍波，有限元模拟 1 引 言 由于地震波的不可重复性，一般的地震试验不会采用实际强地震的记录波形。目前的抗震检测所采用的输入 地震波形主要有正弦共振拍波、正弦三波、连续正弦波、人工合成地震波等。国内外地震的记录及研究表明地震 波产生的地面加速度的卓越频率主要分布在 5-20 Hz 频率范围内，只有该频率范围内的地面加速度超过重力加速 度。 国内对通信设备进行抗地震性能检验采用的都是正弦共振拍波，图 1.1 给出了 YD-5083 规定的电信设备抗地 震性能考核试验所采用的正弦共振拍波。其中试验频率为设备在试验方向的最低阶固有频率。某烈度每个方向上 的地震试验要进行 5 个拍波，每个拍波持续时间为试验频率对应周期的 5 倍。而波形的加速度则取决于电信设备 的种类以及地震烈度等，其中垂直方向的波形加速度为水平方向加速度的一半。 在进行正弦共振拍波试验之前，要采用白噪声法或者正弦扫描激励，分别测得设备前后、左右以及垂直方向 在地震频率范围内的固有频率。对于设备来说，如果固有频率太低，则共振拍波持续的时间就会比较长；另外一 方面，固有频率太低的设备往往刚度比较差，试验过程中设备振动过于剧烈，从而引起设备薄弱位置变形或者零 部件松脱造成试验失败。所以北美标准 NEBS（Network Equipment Building System）一般建议机柜类产品的第 一阶固有频率不小于 6Hz，这个最小固有频率的振动方向通常为机柜的左右或者前后方向。设备垂直方向的抗震 性能一般比较好，YD5083 规定垂直方向固有频率超过 20Hz 的设备可以免除该方向的地震试验。 正弦共振拍波试验通常从 7 烈度做起一直做到 9 烈度。正弦拍波的最大加速度水平在 9 烈度情况下达到 1G。 图 1.1 正弦共振拍波 图 1.2 某叠柜式一体化宏基站的设计布局 由于市场需求，结构设计要求统一开发室内外机柜结构，利用积木式组合灵活地满足不同的产品市场要求。 这样就出现了各类叠柜、并柜类产品。由于此类产品外形尺寸及重量均高于普通的单个室外机柜，所以对抗震设 计的要求就更严酷一些。图 1.2 给出了一个典型的叠柜式一体化室外宏基站。整个结构的高度为 2 米，重量 300Kg。 2． 数值模拟 2.1 分析模型 图 2.1.1 网格模型 图 2.1.1 给出了该一体化宏基站的网格模型。其中所有结构件均精细建模，而风扇、模块、蓄电池等组件则 以质量单元的方式置于各自的重心位置。由于结构的固有频率和质量有直接关系，分析模型的重量与实际产品一 致。 2.2 模态分析 由于地震试验的特点，只对模态分析的前几阶固有频率及其对应的振型结果感兴趣。图 2.2.1 、图 2.2.2 、图 2.2.3 给出了宏基站叠柜的左右、前后及垂直方向的固有频率及振型结果。可以看出，结构的左右方向是三个方 向中刚度最薄弱的，固有频率比较低，只有 5.33Hz, 不满足 6Hz 的最低频率要求。而左右方向和前后方向的固有 频率分别为 6.23Hz 和 20.9Hz ，基本分别满足 6Hz 及 20Hz 的最低频率要求。 图 2.2.1 左右方向第一阶 图 2.2.2 前后方向第一阶 图 2.2.3 垂直方向第一阶 固有频率 5.33Hz