基于Msc.Marc对液晶屏底座的有限元分析

摘要：随着技术经济的发展，产品的精密程度及其设计的合理性受到人们越来越多的关注，要生产好的产品，产品设计是首要问题，从而，产品的设计就成为我们研究的重点。本文将利用Msc.Marc软件建立电脑液晶屏底座模型，并对其进行有限元分析，得到了底座各个部位的应力、应变特性及危险部位。并对不同形状、不同尺寸条件下的应力分布及位移变形进行了分析和比较，从而得出底座的最佳形状及尺寸，使其不但符合产品性能要求，还满足人们的审美要求及节省材料。

Abstract： With the development of technology and economy， more and more attention has been paid to the precision of the products and the rationality of the design. To produce good products， product design is the most important issue， thus， the design of the product has become the focus of the research. This article uses Msc.Marc software to establish the computer LCD screen base model， and carries out the finite element analysis to obtain the stress， strain characteristics and dangerous parts of the different parts of the base， and analyzes and compares the stress distribution and displacement deformation of different shapes and sizes， so as to arrive at the best shape and size of the base， which can not only meet the requirements of product performance， but also meet the aesthetic requirements of people and save material.

关键词：液晶屏底座；Msc.Marc；有限元分析；应力；应变；危险部位

Key words： liquid crystal screen base；Msc.Marc；finite element analysis；stress；strain；dangerous position

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）24-0144-02

0 引言

在传统的液晶屏底座设计中通常采用的是相关的计算公式进行设计，不仅安全系数过大，经济性较差，而且准确性不高，使产品开发周期长，成本高。对液晶屏底座设计而言，设计方法一般是根据强度设计公式及国标选择确定一定材料的安全系数，计算出各种形状底座能够承受电脑压力的尺寸大小，以符合要求的最小尺寸为底座的最佳尺寸。但实际上仅仅依靠理论公式，无法真实的反映全部情况，并且由于存在一定的定性分析，无法做较全面的实际应力、应变分析，在这种情况下生产出来的底座难以保证其质量。因此需对液晶屏底座的三维模型进行研究并对其进行力学分析，以使得液晶屏底座更优化，更适用[1]。

1 MSC.Marc软件介绍

MSC. Marc是高级非线性有限元软件的求解器，它将过往诸多有限元分析的理论方法和软件实践结合起来，功能齐全。它能够处理各种先行和非线性结构分析，包括：失效和破坏分析、屈曲/失稳、自动的静/动力接触、动力响应分析、频谱分析、随机振动分析、简谐响应分析、模态分析、线性/非线性静力分析等，具有有极强的结构分析能力。MSC. Marc拥有单元库、分析库、功能库、材料库四个库。MSC. Marc单元库提供了157种单元，包括结构单元、连续单元和特殊单元，几乎每种单元都具有处理大变形几何非线性、材料非线性包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性的超强能力。MSC. Marc的结构分析材料库提供了多种线性和非线性复杂材料行为的材料模型。分析采用具有高数值稳定性、高精度和快速收敛的高度非线性问题求解技术。

MSC. Marc软件提供了多种功能强大的加载步长自适应控制技术，进一步提高了计算精度和分析效率，实现自动确定分析屈曲、蠕变、热弹塑性和动力响应的加载步长。MSC. Marc卓越的网格自适应技术，以多种误差准则自动调节网格疏密，不仅可提高大型线性结构分析精度，而且能对局部非线性应变集中、移动边界或接触分析提供优化的网格密度，如此不仅确保了计算准确度，也大大提高了计算效率。另外，由于MSC. Marc支持全自动二维网格和三维网格重划，这就意味着即使纠正过度变形后产生网格畸变，也能够确保分析的正常进行[2]。

2 液晶屏底座模型的计算和分析

2.1 液晶屏底座模型的构建

所分析的液晶屏底座材料为16MnR塑料，作用在底座顶面的总压力F=50N[3]，底座支柱的长、宽、高分别为80mm、50mm、80mm，边界条件为底座在XYZ方向上的位移为0。材料特性如表1所示。

2.2 模型计算结果分析

模型共620个单元，1104个节点，得到的等效Mises应力云图和位移云图如图1，2所示。分别从等效Mises应力云图和位移云图中从底座地面向顶面选取了一条路径（图1，2中的白线位置），得到它们的路径图如图3，4。

从等效Mises应力曲线可以看出底座的等效Mises应力从第6个点（601号点）即接近底盘与支柱相交的部位急剧增大，到第8个点（901号点）处达到最大值，随后减小并趋于平稳；位移在底盘上趋于0，从底盘到支柱顶端呈线性增大，到顶端达到最大值，即危险部位发生在支柱与底盘的交界处。

2.3 不同尺寸条件下的液晶屏底座支柱的分析

分别建立尺寸长度为80mm、85mm、90mm、95mm，宽度为50mm，高度为80mm的支柱模型，选取危险部位如图5和图6，对其等效Mises应力和位移分别进行比较，确定液晶屏底座的合理尺寸。

从底座等效应力最大的节点即支柱与底盘交界部分的节点中选取了901号节点。由图5知，随着液晶屏底座支柱的不断增大，底座上各部位的等效Mises应力逐渐减小，但增大到了一定尺寸后其再增大对等效Mises应力的影响变小。

由图6知，随着液晶屏底座支柱的不断增大，底座上各部位的位移依次减小，但增大到了一定尺寸后其再增大对位移的影响非常小。综上所述，选择支柱尺寸为：90*50*80尺寸的底座最合理。

3 结论

综上所述可知，有限元模型的建立、分析结果是客观的，用有限元分析法分析液晶屏底座的受力情况是可行的。利用MSC软件我们可以精确掌握反映各点的受力情况，从而为液晶屏底座的结构优化做出科学的决策。因此，我们可根据具体实际工况需要选择最佳尺寸及形状。计算分析减少了大量的探索性实验，极大地减少了研究成本和实验工作量[4]。

参考文献：

[1]中国LCD显示器底座市场调研报告[R].2012.

[2]王新洲，付兴，时旭，刘相华.四辊轧机辊系压扁的有限元分析[J].塑性工程学报，2006（06）.

[3]杨卫民，崔文勇，徐鸿，聂秋海，宋铮.子午线轮胎的三维非线性有限元分析[J].北京化工大学学报（自然科学版），1999（04）.

[4]范钦珊，唐静静.工程力学[M].北京：高等教育出版社，1989.