電子產品的結構設計范文
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第1篇
汽車用電子產品的緩沖包裝結構設計是一項系統性的工作。設計人員在進行這一設計時需要提前考慮到設計工作可能面臨的難點和要點，才能夠在此基礎上提升設計的精確程度。
1電子產品緩沖包裝結構設計簡析
電子產品緩沖包裝結構設計包括了諸多內容，以下從設計前提、設計難點、材料選擇、設計要點等方面出發，對于電子產品緩沖包裝結構設計進行了分析。
1.1設計前提
電子產品緩沖包裝結構設計有著基本的設計前提。眾所周知緩沖包裝結構設計往往是根據產品的性能參數以及幾何參數來進行的。在這一過程中設計人員可以在根據產品的具體需要來確定電子產品具體的保護性能和形態包裝結構。其次，電子產品緩沖包裝結構設計還需要進一步的重視包裝結構設計的作用，從而能夠以更加合理的包裝設計來提升電子產品的整體性能。
1.2設計難點
電子產品緩沖包裝結構設計存在著諸多設計難點。通常來說緩沖包裝結構的設計工作的主要難點在于其可能牽涉到的材料多數為非線性材料，這實際上導致了結構設計時計算的繁雜性。其次，緩沖包裝結構設計工作還需要在滿足以上所有條件的基礎上進一步的把合適的結構設計圖稿擺到桌面上，從而在實際上增強了設計轉為產品過程中的整體難度。與此同時，由于在原材料市場上包裝材料的價格基本都是透明的，因此這意味著設計人員想要以同質性很高的材料設計出卓越的結構就有著很高的創新難度了。
1.3材料選擇
電子產品緩沖包裝結構設計的關鍵在于確保材料的質量過關。設計人員在材料選擇的過程中首先需要根據材料實際的性能參數來進行材料性價比的判定，在這一過程中由于不同的材料其性能參數不用，哪怕是同一材料在不同的厚度表具體的動態特性曲線還是不同。因此這意味著與此同時，設計人員在材料選擇的過程中應當在保護產品安全的基礎上最大限度地降低包裝成本，從而能夠更加有效的提升電子產品本身的經濟效益和使用價值。
1.4設計要點
電子產品緩沖包裝結構設計需要設計人員把握住設計要點。一般而言電子產品的緩沖包裝結構設計首先需要設計人員著眼于保護產品的功能性及外觀安全上，并且這些因素本身也是評價一個緩沖包裝結構設計方案最為基本的準則。其次，設計人員在進行電子產品緩沖包裝結構設計時應當盡可能的避免因為設計誤差而造成電子產品的變形與誤差，因此保證產品功能性和外觀的安全則成了包裝結構設計中最為基本并且也是最為重要的關鍵所在。
2汽車用電子產品的緩沖包裝結構設計策略
汽車用電子產品的緩沖包裝結構設計應當有著全面的策略，以下從合理降低設計成本、做好基礎設計工作、考慮包裝材料特性、提前預估設計難度等方面出發，對于汽車用電子產品的緩沖包裝結構設計策略進行了分析。
2.1合理降低設計成本
汽車用電子產品的緩沖包裝結構設計首先應當著眼于合理降低設計成本。設計人員在合理降低設計成本的過程中首先應當深刻的了解到成本就是生命這一電子產品設計的最基本原則。因此這意味著設計人員在遵循充分保護產品的原則時應當最大限度地降低包裝設計的成本。其次，設計人員在合理降低設計成本的過程中應當努力的避免過度包裝現象的存在，從而能夠在確保汽車用電子產品的緩沖包裝達到產品價值的同時也有效的降低了相應的生產成本。
2.2做好基礎設計工作
汽車用電子產品的緩沖包裝結構設計需要設計人員做好相應的基礎設計工作。設計人員在做好基礎設計工作的過程中首先應當考慮到產品實際的安全性能[1]。由于汽車用電子產品在汽車的行駛過程中必然會面臨著沖撞、跌落、振動等風險的存在，因此設計人員在汽車用電子產品的緩沖包裝結構設計過程中應當以扎實的基礎設計工作來避免產品在汽車行駛的過程中受到各種惡劣因素的影響。
2.3考慮包裝材料特性
汽車用電子產品的緩沖包裝結構設計需要設計人員全面的考慮到包裝材料的特性。設計人員在考慮包裝材料特性的過程中首先應當考慮到外包裝容器的結構、形狀、材質及強度。其次，設計人員在考慮包裝材料特性的過程中還應當考慮到結構本身的抗震性能和具體的工藝性能。與此同時，設計人員在考慮包裝材料特性的過程中還應當考慮到產品的防潮性能、防水性能、防銹性能、防塵能力等重要的因素。在這一系列的因素分析過程這能夠涉及到的知識涵蓋了力學、物理學、化學等諸多學科，而兩者又是建立在數學基礎上的，因此一個好的包裝結構設計人員必須受過良好的設計培訓才能夠設計出優秀的結構。
2.4提前預估設計難度
汽車用電子產品的緩沖包裝結構設計的關鍵在于提前預估設計工作的實際難度和難點[2]。設計人員在提前預估設計難度的過程中手續應當考慮到產品的裝配問題及包裝結構生產流程的操作問題等因素。在這一過程中包裝件如果其裝配過程相當復雜則很有可能會造成工作人員的誤操作或生產線上工作效率的滯后，在這一前提下即使電子產品的保護性能很好也不能稱其為優秀的設計作品。其次，設計人員在提前預估設計難度的過程中應當對于結構設計過程中可能面臨的難點和問題做到心中有數，從而能夠在此基礎上提升汽車用電子產品的緩沖包裝結構設計的整體效率。
3結語
汽車電子產品的包裝結構設計需要在相應的包裝機械理論支持下才能夠順利的進行，因此設計人員需要在做好基礎設計工作的前提下以更多的設計實踐來提升設計工作的整體水平。
參考文獻：
第2篇
【關鍵詞】 電子產品 結構設計 設計原理 使用壽命
一、前言
現如今，各行各業運用的電子產品越來越多，電子產品的安全性和使用壽命受到越來越大的重視。而為了保障電子產品的安全性和更長的使用壽命必須保障電子產品的設計原理合理，同時保證結構設計的準確性。本文重點的分析了電子產品結構設計的要求，原則以及影響因素。通過電子產品結構設計要求，原則及影響因素的分析，為以后的電子產品結構設計提供有力的幫助，保障設計出結構更加合理，安全性更高，使用壽命更久的電子產品。
二、電子產品結構設計的要求
第一，功能要求。電子產品歸根結底是一件商品，對于使用者來說，滿足其功能是其基本的要求。所以，電子產品必須在設計中體現自身的價值。第二，質量要求。電子產品要想有更好的效率和更高的效益，必須質量可靠，同時在結構上必須更加合理，外觀美觀。第三，結構更加優化。合理優化的電子產品結構主要是從其尺寸，工藝，使用材料等方面體現，通過這些方面的考慮和選擇，找到最優化的結構設計方案。第四，結構設計上要滿足創新性的要求。現如今，電子產品都能滿足自身的功能要求，但要體現其創新性才能有更好的市場，比如多功能的電子產品，外觀設計獨特，更加吸引人的注意力等等。只有電子產品的創新性做好，產品安全性高，實用性強，外觀設計美化，才能有更好的市場。
三、電子產品結構設計的原則
第一，各部分功能滿足設計要求的原則。電子產品的基本原則就是設計的各部件，各部分的功能得以滿足預先設計，能夠滿足基本的使用。第二，產品的強度和剛度滿足要求的原則。電子產品作為一件商品，其強度和剛度必須滿足要求，達到該產品的規范標準要求，只有滿足這個原則，才能有更大的使用壽命。第三，工藝和裝配上滿足要求的原則。電子產品在工藝設計和裝配上必須滿足電子產品裝配的要求，在這個原則滿足后，產品才能更好的進行裝配使用。第四，滿足用戶的審美要求的原則。電子產品最終作為商品使用，在滿足使用者基本功能需求的基礎上，要更加美觀，這樣才能更好的吸引使用者。
四、電子產品結構設計的影響因素
1、生產和維修方面的因素。電子產品結構設計的過程中，必須考慮后續的生產和維修因素。在設計中必須保障后續的生產更加合理，方便后續的生產，保障后續生產更加流暢合理。同時，在設計時，就必須考慮電子產品的后續維修。因為，一個電子產品不可能在使用中不出現問題，而出現問題后，就必須進行維修，所以在維修上更加方便的電子產品更容易滿足要求。這需要設計者在結構設計上就必須考慮好。合理的結構設計，可以在電子產品出現問題進行維修時，能夠方便的進行維修，而不破壞電子產品的本體。
2、零部件材料選擇方面的因素。電子產品在設計中，零部件材料的選擇會直接影響電子產品的使用壽命以及電子產品的安全性。所以，選擇合適的材料是非常必要的。這就要求在電子產品零部件材料選擇上，必須考慮環保，安全，可回收利用等等因素。在選擇材料的時候，不能貪圖便宜，要認真選擇生產廠家，選擇資質齊全，口碑好的材料生產廠家。
3、功能實現方面的因素。功能實現方面因素考慮是保障后續電子產品后續投入使用良好的關鍵。為了滿足功能要求，必須考慮元器件布局、電路板布線、組件部件布局方面的相互影響。保障三者合理的實現功能，同時元器件布局、電路板布線、組件部件布局三者方面不會產生干擾的現象。
4、產品使用壽命方面的因素。電子產品結構設計必須考慮使用壽命的因素。用戶購買電子產品首先考慮的就是能夠長久使用。所以提升使用壽命，是電子產品設計者必須考慮的重要問題。而為了保障使用壽命更久，就必須設計更加合理，零部件參數選擇更加優化，材料選擇更加安全等等。
總結：總之，在以后的電子產品設計中，在保障其設計原理合理的基礎上，注重其結構設計是非常有必要的，保障結構設計滿足國家標準要求，并且根據其應用環境來設計合理的結構，來滿足人們的需求，同時保持產品的安全性，保障電子產品使用壽命更長。
參 考 文 獻
[1]曹偉智，田野. 產學研背景下的自行車產品設計研究[J]. 美苑. 2015（06）
[2]李曉明，姜紅明，任召. 某高密度電子設備結構設計與解析[J]. 科技風. 2016（01）
[3]巫發茂，蔣龍，王健，朱維兵. 基于ANSYS Workbench某機載電子設備隨機振動響應分析[J]. 現代電子技術. 2016（10）
第3篇
關鍵詞:模態仿真分析;航天電子產品;結構設計;ANSYS
中圖分類號:TB115
文獻標識碼:A
文章編號:1672-3198(2010)09-0307-03
1 航天電子產品力學特點
航天電子產品結構的功能是維持設備的外部構型,提供內部電路板組件、獨立的元器件及模塊的安裝空間,滿足安裝要求,確保在各種受載條件下元器件、組件的安全,其中力學設計是結構設計中最重要的內容之一。
航天電子產品所承受的載荷根據其力學特性可分為靜載荷和動載荷,通常靜載荷可以通過采取適當措施減小其影響。動載荷則比較復雜,航天器在地面到發射、進入軌道和返回地面的各階段工作狀態下要經受各種環境條件,都屬于動載荷范疇,下表是航天器飛行過程中的動態激勵特性。
POGO:液體火箭發動機的液體輸送系統與火箭結構之間的液固耦合現象。
動載荷中的高頻部分容易衰減,低頻部分則不容易衰減,如果航天電子產品中的元器件或結構組件的固有頻率與上述動態激勵的頻率相同,則容易引起共振,發生事故,所以航天電子產品的結構設計過程中必須盡量提高整體的基頻。
模態分析的目的是確定航天電子產品結構的動態特性(固有頻率和振型)。因為它一方面可以避免與電子元件及控制元件的頻率共振,另一方面是其它動力響應分析的基礎,為結構設計選型提供依據。
2 航天電子產品結構設計流程
航天結構設計的一般流程如圖1所示。其中一個數值分析驗證和試驗驗證兩個反饋環節,其中的力學分析就包含模態分析,但此時模態分析的目的是檢驗詳細設計后的結構是否滿足基頻的要求。一般從總體設計到詳細設計中間環節往往憑設計人員的工程經驗,如果到詳細設計完成后的力學分析中發現問題,則需要重新進行詳細設計,甚至可能需要對總體設計的進行更改。
同時,由于模態分析可以使用比較簡單的模型,使用有限元分析便可得到結構的固有頻率,需要的代價很小,且在結構詳細設計之前增加一項模態分析能有助于結構的選型,可以提前發現問題,有效的減少結構設計的反復,并能為詳細力學分析提供初始數據。結合實際工作提出如下結構設計的優化流程,具體如圖2所示:
下文就通過一個實例來分析總體設計階段增加模態分析的對于航天電子產品設計的重要作用。
3 模態分析理論基礎
有限元的基本思想是將彈性體離散成有限個單元,然后據各單元節點的位移協調和節點力平衡,其動力學基本方程:
由于一般結構阻尼對結構的固有頻率和振型影響極小,所以,求結構的固有頻率和振型時,直接用無阻尼的自由振動方程求解,即:
因任意彈性體的自由振動都可分解為一系列的簡諧振動的迭加:即結構上各節點位移為:
δ0為節點位移振幅向量(即振型),與時間t無關的位移幅值;
ω為與該振型對應的頻率。
將節點位移代入動力方程,化簡得廣義特征值問題:
上式稱為結構的特征方程。設計結構的自由度為n,則特征方程為ω的n次代數方程,其n個根稱為特征值,記為ω21,…ω2n。
它們的平方根稱為系統的固有頻率,即ωr,r=1,…n
將這些固有頻率從小到大依次排列為ω1≤ω2…ωn
最低的頻率ω1稱為基頻,它是所有頻率中最重要的一個。
對于有n個自由度正定系統,就得到ω2的n個大于零正實根。振型就是任一階固有頻率作簡諧振動時,各頻率對應的n個振幅值間所具有確定的相對比值,表示系統有一定的振動形態。由于篇幅所限其具體方法本文不再贅述。
4 模態分析應用實例
航天電子產品中電路板形狀的選擇是一個比較常見的任務,也是電路設計、結構設計和可靠性設計的基礎。下面將就某儀器的三種電路板方案進行分析,來說明模態分析在結構選型過程中的應用。
4.1 有限元建模
本文模型建立過程中對其忽略電路板和元器件細節,在ANSYS有限元軟件平臺上,假設有效載荷和模塊結構質量均勻分布。本文結合實際,選擇三種面積基本相當的電路板形狀作為備選,具體情況如下:
方案A的電路板為正方形,其對應的箱體為薄的、底面為正方形的箱體,如圖3所示。
圖3 方案A電路板外形和其可能對應的箱體外形圖
方案B電路板選擇為長方形,其對應的箱體是薄的、底面為長方形的箱體,相對于方案A,其特點是減小了面板面積,增加了長度,如圖4所示。
圖4 方案B電路板外形和其可能對應的箱體外形圖
方案C則選擇兩層電路板布線,通過四顆支柱連接,其對應的箱體是比A、B兩個方案高的正方形箱體,但減小了底面積,如圖5所示。
三種方案各有優缺點,在沒有其它設計約束的情況下,電路設計人員和結構設計人員要憑經驗選擇一種方案作為設計的輸入,本文試圖通過對三種電路板的模態分析試圖找出其中的優劣,進而做出選擇。
4.2 模態仿真分析
在ANSYS軟件中我們利用3D-Elastic Shell 63和3D-Elastic Beam 4單元對電路板的連接桿進行模擬。輸入實常數及材料常數,以Smartsizing網格密度的方式。電路板材料采用環氧酚醛層壓玻璃布板,電路板連接結構采用2A12硬鋁。
由于主要影響系統結構是最低幾階的固有頻率,本例中我們取前5階固有頻率進行計算,具體計算過程從簡,由于經過了適當簡化,普通配置的臺式機的計算時間一般只需要幾秒鐘。在相同的邊界條件和物理屬性參數的情況下,經過仿真計算,獲得了三種不同方案的電路板結構的固有頻率和振型,三種方案的基頻和振型結果分別見表2,三種方案的第一階振型和應力云圖分別見圖6、圖7和圖8。
4.3 模態分析結果
上述結果可以看到,方案A的固有頻率最小為221.03Hz,方案B的固有頻率最小為187.02Hz,固有頻率均大于100Hz,且均未出現應力集中的情況均能符合要求。分析結果顯示出正方形電路板方案的固有頻率更高,對結構
設計更加有利。如果僅從模態分析考慮,電路板形狀應該
選擇方案A,且箱體選擇薄的、底面為正方形的結構,如圖3所示。
方案C的最小固有頻率為23.10Hz,基頻太低,與表1中動態激勵中的低頻部分重疊較多,容易引起共振而破壞系統結構。且方案C的產生的應力比前兩個方案大,并且出現了應力集中的情況,薄弱環節出現在4根支柱的連接處,有可能在上下兩層電路板的這8個點對造成直接的破壞,換句話說,要采用方案C則需要對兩電路板進一步加固,或改為其他的雙層固定方式,并同時解決固定支柱位置的應力集中問題。
4.4 討論和說明
關于以上分析,還有以下幾點需要總結和說明:
(1)通過上文分析,可以得出,方案A最優,可以作為下一步結構設計的輸入,如果必須選C則應該另選其他的支撐形式,并且還要對連接處做進一步分析,處理好電路板上應力集中的問題;
(2)采用模態分析對航天電子產品結構選型有一定的指導意義,能從大量的方案種找出可能比較合理的方案,并為詳細設計后的力學分析提供了初步的分析依據;
(3)模態分析僅僅是航天電子結構動力學分析的一種,也是其他動力學分析的基礎,故模態分析數據良好并不能說明其他動力學分析可以忽略。反之如果模態分析出現問題,則必須認真分析結果,并采取措施提高基頻;
(4)計算的時候僅考慮了電路板,忽略了元器件的重量和分布,忽略了電路板上覆銅層的特點,所以計算結果與實際可能有一定差別,但計算結果能對定性的分析構型的優劣提供可靠依據,對結構選型有一定的參考價值。且計算固有頻率和振型結果,沒有考慮阻尼等因素,還需進一步仿真分析修正和模擬空間環境模態分析試驗驗證。
5 結束語
航天電子產品結構設計過程中,使用有限元分析方法進行初步的模態分析可較方便的得到某一構型的基頻和振型,為判斷結構的優劣提供了依據,可以給電路設計和結構設計提供了初始的輸入,也為進一步動態仿真分析和模擬空間環境模態分析試驗驗證提供了依據,由此可以看出,在總體設計階段增加簡單的模態分析可以以很小的代價獲得最終產品的大致評價,對初始設計階段的選型有一定的指導意義,可以減少設計的盲目性,可以改進航天電子產品結構設計流程。
參考文獻
