Ansys 案例研究 | GoPro 相机谐波分析与减振优化

概述本案例介绍了在 GoPro 相机上进行谐波分析的流程。GoPro 相机在实际工况载荷作用下极易受到低频振动影响因此检测并规避共振引发的零部件损伤风险至关重要。本文完整展示了 GoPro 相机谐响应分析的操作流程并阐明了增加阻尼对结构受激振动特性的影响规律。目标1、理解在 ANSYS 中进行谐波分析的工作流程2、加深对共振与阻尼原理的理解并掌握二者在工程实际中的应用方法。步骤1、打开 ANSYS Workbench新建谐波响应分析项目并检查单位设置。2、为所有零部件定义材料属性。材料详细参数可参考模型文件本次仿真仅用于演示操作流程非精密工程设计因此所有材料参数均为假设取值。3、导入几何模型。图1 GoPro相机的几何结构4、搭建模型为几何体赋予材料属性定义绑定接触与关节。如图 2 所示创建两个旋转关节设置扭转刚度为 2000 N・mm/rad并将其赋予两处关节。采用 5mm 全局网格尺寸及线性单元完成模型网格划分。图 2 模型所定义旋转关节示意图5、定义分析设置并施加边界条件。相机实际工作载荷的频率大概率处于低频区间因此将分析频率范围设定为 0~30Hz。设置 30 个求解间隔采用完全求解法并设定恒定结构阻尼系数为 0.02。以外加位移的形式对下方环形结构施加外部激励见图 3。图 3 位移边界条件示意图6、运行仿真并分析结果输出图 4 所示零部件的变形频率响应。由图 5 可见结构在8Hz处发生共振Z 向最大变形可达 37mm。过大的变形量无法满足设计要求因此将为关节增设阻尼以改善结构动力学性能。图 4 变形频率响应提取设置图 5 Z 向变形频率响应7、为关节增加阻尼并重新开展仿真计算。返回 Workbench 平台复制谐响应分析系统。在新分析项目中为两个旋转关节统一赋予阻尼值100 N・mm・s/rad之后重新求解计算。优化后的变形频率响应结果如图 7 所示。由结果可见增设阻尼可有效规避构件共振并显著降低最大变形量。图 6 增加阻尼后的 Z 向变形频率响应总结本文以 GoPro 运动相机为研究对象完整展示了谐响应分析的仿真流程并通过仿真手段优化结构设计从而避免相机内部零部件发生损坏。