某型汽車電子控制器的模態(tài)仿真分析
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圖17：第一階模態(tài)：146Hz
圖18：第二階模態(tài)：236Hz
圖19：第三階模態(tài)：287Hz
5 計算和試驗結(jié)果對比及分析
5.1 仿真和試驗結(jié)果對比
對比仿真分析和試驗得到的前三階振型，發(fā)現(xiàn)振型匹配很好；對比前三階頻率，發(fā)現(xiàn)最大相對誤差將近20％，如表2所示。根據(jù)以上對比結(jié)果，可以判定該試驗結(jié)果和仿真結(jié)果存在很大的誤差。為了驗證仿真分析方法是否可行，后文中將會對造成誤差的原因進(jìn)行分析。
表2：仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的對比表
5.2 傳感器重量的影響分析
單個傳感器的重量為5克，控制器上布置多個傳感器時會引入很大的附加質(zhì)量。于是在有限元模型中添加傳感器的模型，并在考慮單元類型等因素的前提下，重新進(jìn)行模態(tài)仿真分析，算得的固有頻率和固有振型如圖20～圖22。
圖20 ：帶傳感器的第一階模態(tài)：149Hz
圖21：帶傳感器的第二階模態(tài)：252Hz
圖22：帶傳感器的第三階模態(tài)：291Hz
對比修正仿真分析和試驗得到的前三階振型，發(fā)現(xiàn)振型匹配很好；對比的前三階頻率，發(fā)現(xiàn)最大相對誤差保持在6.8%以下，如表3。根據(jù)以上分析結(jié)果，可以判定傳感器的重量是造成試驗和仿真誤差過大的主要原因?？紤]傳感器影響時，仿真分析的可信度能夠達(dá)到93%以上，根據(jù)工程實際對可信度的要求，可以判定該仿真結(jié)果是控制器模態(tài)的真實反映。
表3：考慮傳感器的仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的對比
5.3 單元類型的影響分析
本小節(jié)對一階四面體單元是否適合在模態(tài)分析中使用進(jìn)行驗證。一階四面體單元具有四個節(jié)點，邊是直線，面是平面，加載變形后邊和面仍要保持直線和平面。二階四面體單元由十個節(jié)點，邊可以是曲線，面可以是曲面，加載變形后邊和面可以是曲線和曲面。所以用一階四面體單元組成的網(wǎng)格模擬真實復(fù)雜的變形和應(yīng)力場，具有一定的局限性。使用一階四面體單元和二階四面體單元對控制器下殼體進(jìn)行約束模態(tài)分析。對比兩種情況下算得的前三階振型，發(fā)現(xiàn)振型一致；固有頻率結(jié)果如表4，對比表4中的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)用一階四面單元算得的前三階模態(tài)頻率比二階四面體單元算得的前三階模態(tài)頻率都要高，并且一階四面體單元算得的模態(tài)頻率更偏離實驗結(jié)果。所以模態(tài)仿真分析不能使用一階四面體單元。
表4：一階四面體單元和二階四面體單元對比
5.4 粘貼方式的影響分析
電器件直接面對面粘貼到PCB上的方式相比電器件針腳位置的單元粘貼到PCB上的方式會增大PCBA的局部剛性，對PCBA的自由模態(tài)有一定的影響。進(jìn)行兩種粘貼方式下的PCBA的自由模態(tài)分析，得到的模態(tài)頻率如表5。對比兩種粘貼方式下的模態(tài)頻率發(fā)現(xiàn)，電器件直接面對面粘貼的方式的PCBA模態(tài)頻率偏大，證明了較大電器件直接面對面粘貼到PCB上的粘貼方式增大了PCBA的局部剛性，使得模態(tài)頻率變大。
表5：直接面面粘貼和針腳位置單元粘貼對比
6 結(jié)論
本文利用有限元軟件對某型汽車電子控制器進(jìn)行了模態(tài)仿真分析，并用模態(tài)實驗驗證了模態(tài)仿真分析結(jié)果的可信度，得到以下結(jié)論：
1、高質(zhì)量的網(wǎng)格是仿真分析順利進(jìn)行的保障，并且能縮短仿真分析周期，要得到高質(zhì)量的網(wǎng)格需去掉較小的倒圓角和圓孔，隱藏過密的曲線和硬點，切分不規(guī)則的幾何體，忽略微小的電器件等；
2、對該類控制器進(jìn)行了模態(tài)仿真分析時，不要使用一階四面體單元，否則會導(dǎo)致模態(tài)頻率偏大，可以使用一階六面體單元（對其進(jìn)行沙漏控制）和二階四面體單元。
3、對該類控制器進(jìn)行了模態(tài)仿真分析時，較大的電容、電阻、芯片及接插件等電器件不能直接面對面粘貼到PCB上，否則會增大PCBA的局部剛性，可以把較大的電容、電阻、芯片及接插件等電器件的針腳位置的單元粘貼到PCB上。
按照文中的仿真建模方法既能提高計算效率又能保障計算結(jié)果有93%以上的可信度。
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