案例10 - 电路板谐响应分析

1.案例介绍

PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是电子产品中常见的基础组件之一，在使用过程中可能会受到机械振动和冲击的影响，如在汽车、飞机等移动设备中。谐响应分析可以帮助评估PCB在不同振动频率和振幅下的应力分布和变化，指导设计师优化PCB结构和材料选择，提高机械可靠性。除此之外，PCB电路板上的信号线路和电气元件可能会受到外部电磁干扰的影响，或者产生电磁辐射干扰其他设备。通过谐响应分析，可以评估PCB在不同频率下的振动特性，进而预测电磁辐射噪声的产生和传播，帮助设计师优化PCB布局和层间设计，提高电磁兼容性。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何导入几何，自动生成网格
  • 学习如何导入模型网格
  • 学习如何设置模型与材料相关选项
  • 学习如何求解计算
• 后处理结果分析展示
  • 兴趣点结果
  • 结果云图

步骤一：导入几何

进入谐响应分析模块，点击“几何”，上传几何文件PCB.step，本案例几何名为PCB。如下图所示：

步骤二：几何分组

点击“几何”前的“+”，弹出分组选项，可以分别创建“点”、“线”、“面”三种类型的组，“体”组系统会自动生成。
点击后面“+”，选择添加面组，鼠标点击几何目标面进行选择施加位置。这里创建一个面组。

步骤三：划分网格

点击“网格”，类型选择“几何生成”，“网格划分方法”选择“手动划分”，精度调至最大。并设置单元最大尺寸为0.001m，最小尺寸为0.0001m。设置完毕后点击最下方的“生成网格”，等网格划分成功后，会显示网格信息。

步骤四：兴趣点

通过坐标选择两个兴趣点。

步骤五：接触设置

本案例无接触

步骤六：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在响应谱分析模块中，单元类型可以设置为三维完全积分单元与三维缩减积分单元两种；网格类型可分为一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤七：材料设置

点击“材料”后的“+”，选择材料库中“ABS塑料”的参数，将其赋值于体“volume_group_67”。

再次点击材料，选择材料库中“铝”，将其属性赋予体“volume_group_2”、“volume_group_36”、“volume_group_552”。

步骤八：边界条件与载荷

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“固定支撑”，施加位置为底面face_1；

再次添加边界“基础激励”，对Y向和Z向施加加速度，值为9m/s2，“相位角”为30度。

步骤九：求解器设置

求解器采用默认设置

步骤十：时间步&资源

点击“时间步&资源”，在“激励频率”处选择“频率列表”，“起始频率”为4100Hz，“结束频率”为4200Hz，“频率步进”为20Hz，“计算核数”为16核，“最大计算时间”3600s。

步骤十一：结果配置&计算

1）物理场 使用默认设置

2）兴趣点结果提取 激活兴趣点开关，并选择相应的物理量及其分量。

3）点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十二：结果展示

点击“仿真计算”前“+”，可以看见两种计算结果。

1）兴趣点结果提取

2）结果云图

总位移：

总应力（最大值调至6次方级）：

等效应力（最大值调至5次方级）：