船载小型机柜背部减振器动力学分析

摘要：根据船载电子设备结构力学试验标准要求，利用有限元分析软件对机柜在有背部减振器和无背部减振器状态下分别进行模态分析和扫频振动分析。根据仿真结果可以看出，背部减振器对设备整体动力学响应起到较好的减振作用。

关键词：有限元分析；背部减振器；模态分析；扫频振动分析

引言

机柜是船载重要电子设备，在实际工况中，机柜经常会受到随船舶振动或冲击等载荷作用，影响电子设备工作状态。因此，在设计初期就应该充分考虑电子设备工作可靠性[1]。

电子机柜底部与背部均通过减振器与船体连接固定，底部减振器主要起到承载结构物和减振作用，这方面的研究比较多。而背部减振器对设备整体减振影响研究相对较少，本文基于有限元分析软件，根据船载电子设备结构动力学试验标准[2]分别对某小型机柜在有无背部减振器状态下动力学响应进行分析，研究背部减振器对设备减振作用。

1 结构设计

机柜由机柜壳体、插箱、减振器组件和转接板等组成。外形尺寸为：540mm（宽）×500mm（深）×685mm（高）。机柜壳体采用整体铸造工艺，结构可靠安全；插箱通过导轨与壳体连接固定，可灵活抽拉，维修便捷；底部和背部减振器通过转接板与外部连接；顶部转接板安装航插等与外部电气互连。

2 模态分析

通过模态计算能够反映出结构的基本动力学特性，因此对机柜进行动力学分析之前首先需进行模态分析。经过仿真分析，机柜各阶固有频率对比如下图所示。

通过上图可看出，有背部减振器状态下，设备的各阶固有频率均高于无背部减振器状态时频率。因此，增加背部减振器可以提高机柜整体的共振频率阈值，使设备更加安全。

3 扫频振动分析

a）垂向振动扫频分析

通过上图可以看出，无背部减振器频率响应曲线出现两个峰值，第一个峰值频率大约为100Hz，第二个峰值频率大约为180Hz，且第一个峰值对应幅值更大。机柜壳体在频率100Hz激励下，在壳体下半部分出现较大应力集中，对机柜铸件损伤较大；有背部减振器频率响应曲线仅在频率大约180Hz时出现峰值，且幅值较小，对机柜铸件损伤较小。

b）纵向振动扫频分析

通过上图可以看出，无背部减振器频率响应曲线出现峰值频率大约为100Hz，且机柜壳体最大应力幅值较大，机柜壳体在频率100Hz激励下，在壳体下半部分和底部减振器安装接口处出现较大应力集中，最大应力达到131MPa，对机柜铸件损伤较大；同样激励作用下，机柜在带有背部减振器状态下铸件的最大应力仅为8.8Mpa；有背部减振器频率响应曲线仅在频率大约160Hz时出现峰值，此时共振频率较高，远离低频危险阶段，且机柜壳体最大应力值幅值较小，对机柜铸件损伤较小。

c）横向振动扫频分析

通过上图可以看出，无背部减振器频率响应曲线出现峰值频率大约140Hz，且机柜壳体最大应力幅值较大，机柜壳体在频率140Hz激励下，在壳体下半部分和底部减振器安装接口处出现较大应力集中，最大应力达到73MPa，对机柜铸件损伤较大；同样激励作用下，机柜在带有背部减振器状态下铸件的最大应力仅为28Mpa；有背部减振器频率响应曲线仅在频率大约180Hz时出现峰值，此时共振频率较高，远离低频危险阶段，且机柜壳体最大应力值幅值较小，对机柜铸件损伤较小。

通过三个方向的振动仿真分析结果可以看出，背部减振器对抑制机柜整体最大应力值和改善机柜铸件受力情况都存在较大的益处。

4 结束语

本文基于有限元分析软件对某小型机柜背部减振器动力学性能开展仿真分析，根据仿真结果可以看出背部减振器对设备整体起到减振作用。

参考文献

[1] 王彬.振动分析及应用[M].北京： 海潮出版社，1992．

[2] 海军装备论证研究中心标准规范研究室．GJB 150.18-86 军用设备环境试验方法 振动试验[S].北京：国防科学技术工业委员标准初版发行部，1986.