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ABAQUS在台式电脑机箱结构仿真分析中的应用

张旗利江国栋

联想（北京）有限公司

摘要：本文介绍了ABAQUS软件在台式电脑机箱结构仿真分析中的几个典型应用，利用ABAQUS软件在机箱设计阶段进行仿真

分析，能提前预估出可能存在的结构风险，并进行改进，从而大大缩短产品开发周期，降低开发成本，有效提高产品竞争力。

关键词：ABAQUS机箱结构仿真

1概述

随着计算机工业的快速发展，全球已进入电脑普及时代。PC行业的竞争也日益白热化，这就迫使企业要不断

地降低成本，提高产品质量和可靠性，缩短产品的开发周期。而传统的“设计→试制→试验→修改→再试制→再

试验”的产品开发方法显然已难以满足企业的需求，通过CAE手段，在设计阶段模拟产品在冲击振动等条件下的

力学行为，对机箱产品进行结构风险评估，及早发现可能出现的质量问题并制定改善方案，从而达到缩短产品开

发周期，降低成本的目的。

ABAQUS作为世界领先的有限元工程模拟软件，从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题，ABAQUS

都能够很好的予以解决。对于台式电脑机箱所涉及的典型结构问题，利用ABAQUS也都能有效求解。下面将分

别介绍ABAQUS在机箱机构仿真分析中的几个典型应用。

2机箱冲击模拟

机箱从开发到量产的整个阶段要经过多轮严格的冲击测试，以验证机箱的结构强度。若能在设计阶段就进行

机箱的冲击模拟，则可以很早就发现结构设计问题并予以改进，从而减少机箱手板制作和测试次数，有效节省开

发时间和降低成本。

2.1冲击试验介绍

机箱冲击试验是利用冲击试验机，使机箱系统瞬间受到很大冲击载荷作用，以测试机箱系统结构强度的试验。

根据测试需要选择不同的冲击波形，并设置不同的冲击加速度值和冲击时间。对于机箱产品，需要进行六个面方

向的冲击测试，以模拟实际使用环境，测试机箱的抗冲击能力。

图1机箱冲击试验图

2.1冲击模拟分析

ABAQUS/DynamicExplicit是求解复杂非线性动力学问题和准静态问题的理想程序，特别是用于模拟冲击和

其他高度不连续事件，如考虑塑性、接触、材料失效等效应的问题。利用ABAQUS/DynamicExplicit即可模拟机

箱冲击过程。

首先将机箱各部件划分好网格，并将网格模型按零件分别导入ABAQUS中，进行装配，然后进行前处理的相

关设置，包括定义材料、分析步、接触和边界条件等。

将材料及其属性定义到ABAQUS中，并对应赋给机箱不同零部件；选择分析类型为Dynamic/Explicit，并定

义冲击时间；采用GeneralContact来定义模型接触。按照机箱各零部件之间的相互约束关系分别在ABAQUS中

建立约束，并根据不同的约束行为，分别建立不同约束类型的约束对。依据机箱在实际冲击试验中的冲击条件，

为模型施加边界条件。完成以上设置后，即可提交任务到ABAQUS求解器中进行求解计算。

2.3冲击分析案例

利用ABAQUS对某款机箱进行冲击模拟分析，结果显示，由于硬盘的质量冲击效应，硬盘架强度不足，塑料

钉根部冲击产生很大变形。图3为机箱硬盘架冲击应变云图。

图3机箱硬盘架冲击应变云图

针对硬盘架塑料钉根部强度不足的情况，变更材料并对塑料钉进行结构改善后，塑料钉强度得到很大提升。

3机箱振动模拟

对于机箱而言，最大的振动源是硬盘，而硬盘的工作频率多为120Hz，因此机箱设计应尽可能使系统频率远离

120Hz，以避免共振现象的发生。如能在机箱设计阶段就对机箱进行振动分析，则能提前预知机箱的振动情况，

并及时采取适当措施改进。

3.1机箱模态分析

模态是机械系统结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数

可以由有限元分析获得，这样一个分析过程称为模态分析。对机箱系统进行模态分析，可以获取机箱在各模态的

固有频率，进而可以考察在120Hz附近的频率段内系统各阶的主要模态特性，以评估系统在此频率下的响应。采

用ABAQUS/Linearperturbation的Frequency即可进行机箱系统的模态分析。

模态分析完后，还可进行系统频率响应分析，以考察机箱各部件在主要振源激励下的频率响应大小情况。

3.2模态分析案例

图4为对某款机箱做模态分析的结果，结果显示系统在119.03Hz和121.56Hz时有频率响应，其中顶板的频

率响应最大，易引发共振。采取措施提高顶板刚度后，系统频率得到提升，从而成功避开120Hz。

在119.03Hz时在121.56Hz时

图4某款机箱模态分析结果云图

4机箱静力学分析

通过静力学分析的方法，分析机箱部件承受静载时的受力和变形情况，从而