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。考慮傳感器影響時，仿真分析的可信度能夠達到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)格模擬真實復雜的變形和應力場，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，否則會導致模態(tài)頻率偏大，可以使用一階六面體單元（對其進行沙漏控制）和二階四面體單元。
3、對該類控制器進行了模態(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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