表面组装电路模块结构动力学有限元分析

在只考虑结构受静载荷作用时，用静力学有限元进行分析即可,但实际工作中结构经 常要受到随时间变化的动载荷的作用。如果所受的动载荷较大,或者虽然不大，但作用力 的频率与结构的某一阶固有频率接近时，结构将产生共振，从而引起很高的动应力，造成 结构强度破坏或产生不允许的变形。因此,有必要对结构作动力学分析，也就是要分析结 构的固有频率、主振型(模态)，以及在动载荷作用下的动挠度、动应力等。

动力学分析是指在系统动力学模型的基础上，根据系统受到的外部激振和实际工作 条件分析研究系统的动态特性,具体包括系统固有特性分析和动力响应分析这两方面内 容。系统固有特性包括系统各阶固有频率、模态振型和模态阻尼比等参数。固有特性分 析的目的:一方面是为了避免系统在工作时发生共振或出现有害的振型;另一方面是为了 对系统做进一步的响应分析打下基础。因此,固有特性分析是系统动力分析需要首先解 决的问题。响应分析是计算系统在外部激振力作用下的各种响应，包括位移响应、速度响 应和加速度响应。系统对外部激振的响应导致系统内部产主应力和动态位移，从而影响 产品的使用寿命和工作性能，或产生较大的噪声。响应分析的目的就是计算系统对各种 可能受到的激振力的动力响应，并将它控制在一定的范围之内。

进行结构动力学有限元分析时,首先进行模态分析。通过模态分析可以确定结构的 固有频率和模态振型，避免与激振频率相同而产生共振，然后进行谐响应分析。通过谐响 应分析可以确定线性结构在承受随时间按简谐规律变化的载荷时的稳态响应，并且能得 到结构在几种频率下的响应值(通常是位移)对频率的曲线。

(1)模态分析

模态是结构的固有振动特性。每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。 固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。这些模态参数可以由计算或试 验分析取得。基于线性迭加原理,一个复杂的振动系统可以分解为许多模态的叠加,这样 的一个分解过程称为模态分析。

模态分析用于确定设计中的结构及其部件的振动特性(固有频率和振型),它也可以 作为其他更详细的动力学分析的起点，例如谐响应分析、谱分析、瞬态动力学分析。模态 分析的基本过程有4个步骤组成:①建模;②加载及求解;③扩展模态;④检查结果。模态 分析的建模和其他类型的分析的建模类似，但是模态分析中只有线性行为是有效的。如 果指定了非线性单元，将作为线性单元来对待。材料性质可以是线性的或非线性的、各向 同性的或各向异性的。

振动模态是弹性结构的固有、整体的特性。通过模态分析方法确定了结构在某一频 率范围内的各阶主要模态的特性，就可以预测结构在此频段内在外部或内部各种振源的 作用下的实际振动响应。

由于实际结构的质量都是连续分布的，因此任何一个实际结构都可以说具有无限个 自由度。但是如果所有结构都按无限自由度去计算，则不仅十分困难，而且也没必要。实 际计算中都将无限自由度换成多自由度体系，从而使自振频率计算得到简化。