本发明专利技术公开一种电子设备机箱结构优化设计方法，主要解决机箱结构设计时难以兼顾
机、电、热多方面设计要求的问题。其实施步骤是：从机电热三场耦合的角度研究，确定机
箱的初步设计尺寸，利用软件Ansys进行力学分析；进行三场间的网格模型转化，得到用于
电磁和热分析的网格模型；设置热分析参数，使用IcePak软件进行热分析；确定机箱的谐振
频率和吸波材料的电参数，使用Feko软件进行电磁分析；通过样件试验修正分析结果；判
断机箱是否满足设计要求，如果满足要求，则优化设计结束，否则，修改初步的CAD模型、
电磁分析参数和热分析参数，重复上述过程，直至满足要求为止。试验表明，本发明专利技术的设计
能够兼顾机电热多方面要求，可用于电子设备机箱结构的优化设计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子设备结构设计
，具体涉及一种结构优化设计方法，可用于 指导电子设备机箱的结构优化设计以及热、电磁兼容特性分析。
技术介绍
随着电子工业的迅速发展，电子设备应用的范围越来越广，无论是在日常生活中还 是在军事领域里，到处都可以看到电子设备的身影。电子设备在运输、贮存和使用过程中不可避免的要受到各种外部载荷如，振动、冲 击、离心力及运动产生的摩擦力等的作用，其中以振动与冲击对的危害最大。据统计， 在引起机载电子设备失效的环境因素中，振动因素约占27%，而现代战争中使用的电 子装备，50% 60%的失效是由于机械振动与爆炸冲击引起的。其破坏作用主要表现在 两个方面振动冲击引起的机械破坏以及设备电气性能的下降和失效。将会导致电子设 备疲劳损坏、电参数漂移、元器件引线断裂或焊点脱落、紧固件松脱等。实验发现振动 引起的损坏超过冲击所引起的损坏。电子设备的机箱作为主要的承力部件，其结构设计 是十分重要的。电子设备还存在电磁兼容性问题，电磁兼容性是指在共同的电磁环境中使电子设备 不受干扰的影响而相容地正常工作。电磁兼容性不好导致的问题在实际中的例子举不胜 举，例如民航禁止乘客在飞行途中使用手机等某些特定的电子设备，故电子类产品必须 通过电磁兼容性认证。电磁兼容性问题不仅存在于设备与设备之间，同时也存在于元件 与元件之间，部件与部件之间、系统与系统之间，甚至存在于集成电路内部。其主要解 决方法是电磁屏蔽。对于电子设备而言，机箱作为主要的屏蔽结构，箱体上的开孔和缝 隙以及内部的结构布置都会影响电子设备的电磁屏蔽效能。同时，电子设备内部包含许多电子元器件，随着电子元器件集成度的提高，其发热 量也增大，为了保证元器件的正常工作，必须控制电子设备机箱内的温度，需要散热处 理。因为电子元器件工作的可靠性对温度极为敏感，器件温度在70-80摄氏度上每增加 l摄氏度，可靠性就会下降5%。电子设备需要控制体积，军用电子设备更是如此，这 就为散热带了很大困难。因而电子设备机箱的热设计也是非常关键的。电子设备的机箱是把设备内部各种电子元器件或机械零部件组装成为整体，并使其尽量避免或减小由于高低温、振动冲击、电磁干扰等不利因素对电气性能造成的影响。电子设备结构设计的目的是为安装在它内部的电子元件和组件提供一个良好的、能够抵抗外界恶劣条件的微环境，抗振缓冲设计、热控制设计及电磁兼容设计便是其中的关键技术。电子设备的多场耦合问题也成为研究和设计的重点。对于这类电子设备的机箱的结构设计，目前一般是先进行结构设计，然后做热分析和电磁兼容性分析，满足相关要求，则设计合理；否则，修改结构设计，重新做热分析和电磁兼容分析。这样的设计流程明显是三个学科各自独立的，导致设计周期长、产品性能难以同时兼顾机电热三方面的要求。国内外众多学者对多场耦合问题已经做了大量的研究，但大多局限于某一工程领域，不具备广泛的适用性，对电子设备机箱类结构的多场耦合问题的研究还很少见。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决目前电子设备机箱结构设计中存在的机电热分离，导致设计周 期长、难以兼顾多方面要求的问题，提出了一种基于机电热三场耦合模型的电子设备机 箱结构优化设计方法，实现电子设备机箱的高效设计。实现本专利技术目的的技术方案是，在充分研究机箱的机电热三场作用原理的基础上， 给出三场耦合的数学模型，基于该模型利用不同的商用软件对电子设备机箱进行三场耦 合分析，即结构分析采用Ansysll.O，电磁分析采用Feko5.3，热分析采用IcePak4.4.8 软件，再引入多学科优化方法，对机箱结构进行优化设计。具体步骤如下(1) 根据电子设备的工作环境和具体要求，确定机箱结构的初步设计尺寸，以此 建立初步的机箱CAD模型，用于力学的有限元分析；(2) 对初步建立的机箱CAD模型，利用商用软件Ansysll.O进行力学有限元分析， 获取各种结构力学参数和箱体变形，并整理成力学分析的数据文件；(3) 从力学分析的数据文件中提取机箱变形后的网格模型信息，进行三场间的网 格模型转化，得到用于电磁和热分析的网格模型；(4) 根据步骤(1)建立的机箱CAD模型，设置散热部件材料的比热和导热系数， 风扇的功率流量和环境温度这些初步的热分析参数；(5) 将步骤(3)提取的热分析网格模型和步骤(4)的热分析参数导入商用软件 IcePak4.4.8进行热分析，得到机箱的温度场分布，并整理成热分析的数据文件；(6) 根据步骤(1)建立的机箱CAD模型，确定机箱的谐振频率和吸波材料的电 参数这些初步的电磁分析参数；(7) 将步骤(3)提取的电磁分析网格采用商用软件Feko5.3进行电磁分析，获取机箱内外的电磁场分布，并整理成电磁分析的数据文件；(8) 针对机、电、热三个分析的数据文件，根据实际工程情况，设计样件并对其 进行仿真分析，再通过试验检验仿真分析的结果，得到仿真误差，根据该仿真误差修正 机箱CAD模型的分析结果；(9) 根据修正后的分析结果判断机箱设计是否满足要求，如果满足要求，则优化 设计结束，输出机箱的结构参数，否则，修改初步的CAD模型、电磁分析参数和热分 析参数，重复步骤(1)至步骤(8)，直至满足要求。上述电子设备机箱结构优化设计方法，其中步骤(3)所述的三场间的网格模型转 化，包括如下步骤-(3.1) 将机箱变形后的网格模型中存在交叠网格合并；(3.2) 将机箱变形后的网格模型中存在的中间节点转化成网格节点；(3.3) 从机箱变形后的网格模型中提取板壳单元网格的节点；(3.4) 从机箱变形后的网格模型中提取实体单元表面网格的节点；(3.5) 将所提取的网格节点重组成新的网格单元；(3.6) 根据电磁和热分析精度要求细化新组成的网格单元。上述的电子设备机箱结构优化设计方法，其中步骤(6)所述的确定机箱的谐振频率和吸波材料的电参数，包括如下步骤(6.1)根据机箱结构尺寸通过理论公式计算理论谐振频率，该理论谐振频率计算公式为<formula>formula see original document page 7</formula>其中a和/是机箱的尺寸，f是介电常数，^是磁导率，c是光速，尸是模式。(6.2) 使用电磁分析软件，在理论谐振频率附近扫频，找到场强最强的谐振频率 点，作为机箱的实际谐振频率；(6.3) 根据吸波材料生产商提供的相关属性参数，或者借用公开文献中的设定值, 或者先假设一个值，得到吸波材料的电导率、磁导率、电损耗正切和磁损耗正切。上述的电子设备机箱结构优化设计方法，其中步骤(8)所述的根据样件试验修正分析结果，包括如下步骤(8.1) 按照初步的CAD模型，加工制造机箱实物样件；(8.2) 针对样件，测量机箱内外的电场分布值；(8.3) 针对样件，测量机箱内部的温度分布值；(8.4) 将样件仿真的结果记为C仿真，将样件测试的结果记为C测试，如果误差 "-xM，在15%以内，则认为仿真模型与实际样件符合，否则， 修改仿真模型直至满足15%的要求为止；(8.5) 对优化设计中针对实际机箱模型的进行仿真，并将该仿真结果记为^^，然后使用上述的误差"，修正仿真结果为EaijW=，。諷 1 一 a本专利技术与现有技术相比，具有如下优点本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于机电热三场耦合的电子设备机箱结构优化设计方法，包括如下步骤： （１）根据电子设备的工作环境和具体要求，确定机箱结构的初步设计尺寸，以此建立初步的机箱ＣＡＤ模型，用于力学的有限元分析； （２）对初步建立的机箱ＣＡＤ模型，利用商用软件Ａｎｓｙｓ１１．０进行力学有限元分析，获取各种结构力学参数和箱体变形，并整理成力学分析的数据文件； （３）从力学分析的数据文件中提取机箱变形后的网格模型信息，进行三场间的网格模型转化，得到用于电磁和热分析的网格模型；（４）根据步骤（１）建立的机箱ＣＡＤ模型，设置散热部件材料的比热和导热系数，风扇的功率流量和环境温度这些初步的热分析参数； （５）将步骤（３）提取的热分析网格模型和步骤（４）的热分析参数导入商用软件ＩｃｅＰａｋ４．４．８进行热分析，得到机箱的温度场分布，并整理成热分析的数据文件； （６）根据步骤（１）建立的机箱ＣＡＤ模型，确定机箱的谐振频率和吸波材料的电参数这些初步的电磁分析参数； （７）将步骤（３）提取的电磁分析网格采用商用软件Ｆｅｋｏ５．３进行电磁分析，获取机箱内外的电磁场分布，并整理成电磁分析的数据文件； （８）针对机、电、热三个分析的数据文件，根据实际工程情况，设计样件并对其进行仿真分析，再通过试验检验仿真分析的结果，得到仿真误差，根据该仿真误差修正机箱ＣＡＤ模型的分析结果；（９）根据修正后的分析结果判断机箱设计是否满足要求，如果满足要求，则优化设计结束，输出机箱的结构参数，否则，修改初步的ＣＡＤ模型、电磁分析参数和热分析参数，重复步骤（１）至步骤（８），直至满足要求。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：段宝岩，乔晖，李鹏，姜世波，马伯渊，韩宁，曾立志，何瑜，
申请(专利权)人：段宝岩，乔晖，李鹏，姜世波，马伯渊，韩宁，曾立志，何瑜，
类型：发明
国别省市：87
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