基于模态分析的网格收敛尺寸的研究与确定

摘要：针对车载导航的模态分析，以其中单个零件的网格尺寸作用变量，而其余零件的网格尺寸不变，然后进行模态分析，通过对计算结果的比较，确定模型最终的网格收敛尺寸，解决计算精度与计算时间成本这一矛盾。

关键字：模态分析；网格尺寸；收敛；固有频率；车载导航

一、前言      

 由于公司产品做的最多的是动力学分析，动力学分析需要基于模态特征值上进行计算的，所以我们以最有代表性的模态分析作为网格收敛尺寸研究课题的分析类型。

       相对于静力分析而言，动力学分析的模态求解过程所需要的CPU计算时间更长，我们一般会通过控制网格的尺寸来调整计算时间成本，即粗化网格。但是如果网格太粗，则网格模型必会忽略或简化结构上的细节，从而影响计算的精度。

        面对计算精度与计算时间成本这一矛盾，则需要对模型的网格收敛尺寸、计算耗时等数据进行研究。

二、计算模型

       计算模型采用某一车载导航屏模型，零件包括触摸屏玻璃、前后面板、SECC支架，另外TFT显示屏简化为只包含质量的点。

三、网格尺寸控制

       导航产品的前后面板为PC+ABS注塑件，结构特征多且比较复杂，为了尽可能详尽地模拟结构的细节，如圆角、肋骨、凹凸台、小圆孔等），缩小网格模型与原几何模型的差距，因此网格不能过于粗糙。此外，根据模型的整体尺寸，最终确定模型的网格研究尺寸为1mm、2mm、3mm、4mm。这四种网格尺寸中，以所有零件的网格尺寸都为3mm的计算结果作为不变量，而其中单一个零件的网格尺寸作为变量，变量值即为1mm、2mm、3mm、4mm。

部分网格模型图如下：

四、模型建立及求解的软件

       建立三维有限元模型，用Lanzos方法求解特征值。仿真采用的软件是Abaqus/CAE( 2018)，结果取前三阶的模态固有频率。

五、计算设备

至强8核cpu，内存16G。

六、计算结果

网格尺寸为3mm的分析结果振型如下

七、结论

1、根据上面的分析结果表中的数据显示，前三阶的固有频率的变动基本在1%内，可以认为网格尺寸基本已收敛；

2、综合考虑计算精度与计算时间成本，模型的网格收敛尺寸确定为：触摸屏3mm，前后面板3mm，支架2mm。

参考文献

[1] 张少雄等. 网格粗细对于有限元模态分析计算的影响[J]. 武汉理工大学学报, 2006. 28(5). 92~94.

[2] 张文元. ABAQUS动力学有限元分析指南[M]. 中国图书出版社，2005.