案例描述

• 获取动态特性参数：精确提取该 PCB 在既定约束条件下的前6阶固有频率（Natural Frequencies）及其对应的振型（Mode Shapes）。
• 识别共振风险：通过模态结果，明确 PCB 的敏感频率区间，为评估其与外部环境振动（如风扇、发动机激励）发生共振的可能性提供直接依据。
• 定位机械薄弱点：可视化分析各阶振型，识别在振动中位移最大或应变能集中的区域（通常为大型器件、板边或悬空部位），这些位置是潜在的焊点疲劳与元件损坏风险点。
• 建立优化基准：为后续的设计改进（如增加支撑、改变固定点、调整布局）提供可量化的对比基准，目标是提升 PCB 的首阶固有频率，避开关键激励频带。

分析步骤

1. 打开 Ansys Workbench, 创建一个 "模态分析"系统
   
2. 定义材料属性，包括碳化硅、PVC 等
   
3. 导入航空电子设备电路盒的几何图形，如下图所示
   
   带有航空电子设备外壳的电子电路板

4. 将材料分配到几何体上（默认材质为结构钢）。对于钣金部件，还需指定厚度（对于航空电子设备外壳 = 1 毫米，PCB 层 = 2 毫米）

   
   
5. 确定外壳表面之间的连接关系，确定围板与外壳之间的接触情况
   
6. 生成 2.5 毫米的网格尺寸，将元素阶数设置为“二次”
   

   
   

7. 在围板上定义固定支撑。在分析设置中，将“最大模式查找”选项设置为6（计算6阶模态）

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   固定围板

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11. 先完成模态分析，并检查每个模态形状的频率（由于篇幅原因，只展示前三节模式形状）

    
    

    
    

    第1阶模态

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13. 第2阶模态

    
    

    第3阶模态

14. 结果解读与评估：
    风险频率带确认：PCB 在 130Hz - 250Hz 区间内存在密集模态。若设备外部激励（如风扇、电机）频率落在此范围内，极易引发共振。
    首阶频率评估：137.13Hz 为首阶固有频率。许多环境振动谱在此频段有较高能量，必须进行加固设计以提升此值（业界常以>200Hz为稳健设计目标）

    关键改进区域：

    针对（1阶模态）一阶弯曲（137.13Hz），增加长边中部的支撑或考虑在位移最大处添加局部加强筋。

    针对（3阶模态）一阶弯曲（167.47Hz），避免 PCB 大面积悬空，确保其下方有壳体或骨架作为支撑

    验证方向：此仿真结果为后续谐响应分析提供了精确的输入频率，可用于预测在特定振动载荷下的实际应力与位移响应。