OptFuture | 电路板模态分析
简介
模态作为线性动力学分析的基础，其结果准确性决定了后续瞬态动力学计算的精度；另一方面，对系统进行模态分析有助于了解系统的整体动态特性，并指导结构动力学修改和重分析。本案例使用国外商软和OptFuture开展电路板的装配体模态分析，验证OptFuture对装配体模态计算的准确性。
模型定义
如图1，电路板装配体由处理器 (CPU) 、图形芯片 (GPU) 、内存芯片、电容器、连接器组成。其中CPU和GPU使用被动冷却的大型散热器，内存芯片位于 CPU 单元旁，若干大小不同的圆柱型电容器散布在主板上，外围设备的多个连接器位于主板边缘，主板通过六个安装螺栓连接到外壳。
图1 电路板模型
主板本身由通用 PCB 材料制成，散热器为铝制材料，芯片为硅制材料，连接器为塑料制成的长方体，电容器使用了属性相近的等效材料，各元件的材料属性如表1所示。
表1 各元件材料属性
主板的六个安装孔在其圆柱形边界上均定义为固定约束，所有元件与主板接触位置均为绑定约束。
表2中为国外商软和OptFuture计算得到的电路板前10阶特征频率及对应振型。从结果可以得出，OptFuture计算得到的频率和振型基本与国外商软一致。其中前十阶频率最大相对偏差2.2%，最小相对偏差0.9%。
表2 OptFuture计算电路板前10阶特征频率及振型
表3给出使用国外商软和OptFuture计算得到的电路板前10阶模态各方向参与质量汇总。国外商软计算三个平动方向质量占比分别为30%、38%和91%，其中Z向有效质量占比最高。OptFuture计算三个平动方向质量占比分别为30%、37%和91%，有效质量占比最高同样为Z向。
表3 国外商软与OptFuture计算有效质量占比
结论
使用OptFuture可以很好的预测装配体的特征频率和振型，准确的模态计算为基于模态的线性动力学分析的准确性提供了计算基础。
