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【關(guān)鍵詞】汽車用 電子產(chǎn)品 緩沖包裝 結(jié)構(gòu)設計
汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計是一項系統(tǒng)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(chǔ)上提升設計的精確程度。
1電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計簡析
電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計包括了諸多內(nèi)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(fā),對于電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計進行了分析。
1.1設計前提
電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計有著基本的設計前提。眾所周知緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計往往是根據(jù)產(chǎn)品的性能參數(shù)以及幾何參數(shù)來進行的。在這一過程中設計人員可以在根據(jù)產(chǎn)品的具體需要來確定電子產(chǎn)品具體的保護性能和形態(tài)包裝結(jié)構(gòu)。其次,電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計還需要進一步的重視包裝結(jié)構(gòu)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(chǎn)品的整體性能。
1.2設計難點
電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計存在著諸多設計難點。通常來說緩沖包裝結(jié)構(gòu)的設計工作的主要難點在于其可能牽涉到的材料多數(shù)為非線性材料,這實際上導致了結(jié)構(gòu)設計時計算的繁雜性。其次,緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計工作還需要在滿足以上所有條件的基礎(chǔ)上進一步的把合適的結(jié)構(gòu)設計圖稿擺到桌面上,從而在實際上增強了設計轉(zhuǎn)為產(chǎn)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(zhì)性很高的材料設計出卓越的結(jié)構(gòu)就有著很高的創(chuàng)新難度了。
1.3材料選擇
電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵在于確保材料的質(zhì)量過關(guān)。設計人員在材料選擇的過程中首先需要根據(jù)材料實際的性能參數(shù)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(shù)不用,哪怕是同一材料在不同的厚度表具體的動態(tài)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(chǎn)品安全的基礎(chǔ)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(chǎn)品本身的經(jīng)濟效益和使用價值。
1.4設計要點
電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計需要設計人員把握住設計要點。一般而言電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計首先需要設計人員著眼于保護產(chǎn)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(jié)構(gòu)設計方案最為基本的準則。其次,設計人員在進行電子產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計時應當盡可能的避免因為設計誤差而造成電子產(chǎn)品的變形與誤差,因此保證產(chǎn)品功能性和外觀的安全則成了包裝結(jié)構(gòu)設計中最為基本并且也是最為重要的關(guān)鍵所在。
2汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計策略
汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(fā),對于汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)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(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)象的存在,從而能夠在確保汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝達到產(chǎn)品價值的同時也有效的降低了相應的生產(chǎn)成本。
2.2做好基礎(chǔ)設計工作
汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計需要設計人員做好相應的基礎(chǔ)設計工作。設計人員在做好基礎(chǔ)設計工作的過程中首先應當考慮到產(chǎn)品實際的安全性能[1]。由于汽車用電子產(chǎn)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(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計過程中應當以扎實的基礎(chǔ)設計工作來避免產(chǎn)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(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(shù)學基礎(chǔ)上的,因此一個好的包裝結(jié)構(gòu)設計人員必須受過良好的設計培訓才能夠設計出優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)。
2.4提前預估設計難度
汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計的關(guān)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(xù)應當考慮到產(chǎn)品的裝配問題及包裝結(jié)構(gòu)生產(chǎn)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(chǎn)線上工作效率的滯后,在這一前提下即使電子產(chǎn)品的保護性能很好也不能稱其為優(yōu)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(jié)構(gòu)設計過程中可能面臨的難點和問題做到心中有數(shù),從而能夠在此基礎(chǔ)上提升汽車用電子產(chǎn)品的緩沖包裝結(jié)構(gòu)設計的整體效率。
3結(jié)語
汽車電子產(chǎn)品的包裝結(jié)構(gòu)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(chǔ)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:
【關(guān)鍵詞】 電子產(chǎn)品 結(jié)構(gòu)設計 設計原理 使用壽命
一、前言
現(xiàn)如今,各行各業(yè)運用的電子產(chǎn)品越來越多,電子產(chǎn)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(chǎn)品的安全性和更長的使用壽命必須保障電子產(chǎn)品的設計原理合理,同時保證結(jié)構(gòu)設計的準確性。本文重點的分析了電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的要求,原則以及影響因素。通過電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計要求,原則及影響因素的分析,為以后的電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計提供有力的幫助,保障設計出結(jié)構(gòu)更加合理,安全性更高,使用壽命更久的電子產(chǎn)品。
二、電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的要求
第一,功能要求。電子產(chǎn)品歸根結(jié)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(chǎn)品必須在設計中體現(xiàn)自身的價值。第二,質(zhì)量要求。電子產(chǎn)品要想有更好的效率和更高的效益,必須質(zhì)量可靠,同時在結(jié)構(gòu)上必須更加合理,外觀美觀。第三,結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化。合理優(yōu)化的電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要是從其尺寸,工藝,使用材料等方面體現(xiàn),通過這些方面的考慮和選擇,找到最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設計方案。第四,結(jié)構(gòu)設計上要滿足創(chuàng)新性的要求?,F(xiàn)如今,電子產(chǎn)品都能滿足自身的功能要求,但要體現(xiàn)其創(chuàng)新性才能有更好的市場,比如多功能的電子產(chǎn)品,外觀設計獨特,更加吸引人的注意力等等。只有電子產(chǎn)品的創(chuàng)新性做好,產(chǎn)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的原則
第一,各部分功能滿足設計要求的原則。電子產(chǎn)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(chǎn)品的強度和剛度滿足要求的原則。電子產(chǎn)品作為一件商品,其強度和剛度必須滿足要求,達到該產(chǎn)品的規(guī)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(chǎn)品在工藝設計和裝配上必須滿足電子產(chǎn)品裝配的要求,在這個原則滿足后,產(chǎn)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(chǎn)品最終作為商品使用,在滿足使用者基本功能需求的基礎(chǔ)上,要更加美觀,這樣才能更好的吸引使用者。
四、電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的影響因素
1、生產(chǎn)和維修方面的因素。電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的過程中,必須考慮后續(xù)的生產(chǎn)和維修因素。在設計中必須保障后續(xù)的生產(chǎn)更加合理,方便后續(xù)的生產(chǎn),保障后續(xù)生產(chǎn)更加流暢合理。同時,在設計時,就必須考慮電子產(chǎn)品的后續(xù)維修。因為,一個電子產(chǎn)品不可能在使用中不出現(xiàn)問題,而出現(xiàn)問題后,就必須進行維修,所以在維修上更加方便的電子產(chǎn)品更容易滿足要求。這需要設計者在結(jié)構(gòu)設計上就必須考慮好。合理的結(jié)構(gòu)設計,可以在電子產(chǎn)品出現(xiàn)問題進行維修時,能夠方便的進行維修,而不破壞電子產(chǎn)品的本體。
2、零部件材料選擇方面的因素。電子產(chǎn)品在設計中,零部件材料的選擇會直接影響電子產(chǎn)品的使用壽命以及電子產(chǎn)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(chǎn)品零部件材料選擇上,必須考慮環(huán)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(chǎn)廠家,選擇資質(zhì)齊全,口碑好的材料生產(chǎn)廠家。
3、功能實現(xiàn)方面的因素。功能實現(xiàn)方面因素考慮是保障后續(xù)電子產(chǎn)品后續(xù)投入使用良好的關(guān)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(xiàn)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(chǎn)生干擾的現(xiàn)象。
4、產(chǎn)品使用壽命方面的因素。電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計必須考慮使用壽命的因素。用戶購買電子產(chǎn)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(chǎn)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(shù)選擇更加優(yōu)化,材料選擇更加安全等等。
總結(jié):總之,在以后的電子產(chǎn)品設計中,在保障其設計原理合理的基礎(chǔ)上,注重其結(jié)構(gòu)設計是非常有必要的,保障結(jié)構(gòu)設計滿足國家標準要求,并且根據(jù)其應用環(huán)境來設計合理的結(jié)構(gòu),來滿足人們的需求,同時保持產(chǎn)品的安全性,保障電子產(chǎn)品使用壽命更長。
參 考 文 獻
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關(guān)鍵詞:模態(tài)仿真分析;航天電子產(chǎn)品;結(jié)構(gòu)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(chǎn)品力學特點
航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的功能是維持設備的外部構(gòu)型,提供內(nèi)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(jié)構(gòu)設計中最重要的內(nèi)容之一。
航天電子產(chǎn)品所承受的載荷根據(jù)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(fā)射、進入軌道和返回地面的各階段工作狀態(tài)下要經(jīng)受各種環(huán)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(tài)激勵特性。
POGO:液體火箭發(fā)動機的液體輸送系統(tǒng)與火箭結(jié)構(gòu)之間的液固耦合現(xiàn)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(chǎn)品中的元器件或結(jié)構(gòu)組件的固有頻率與上述動態(tài)激勵的頻率相同,則容易引起共振,發(fā)生事故,所以航天電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計過程中必須盡量提高整體的基頻。
模態(tài)分析的目的是確定航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的動態(tài)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(chǔ),為結(jié)構(gòu)設計選型提供依據(jù)。
2 航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計流程
航天結(jié)構(gòu)設計的一般流程如圖1所示。其中一個數(shù)值分析驗證和試驗驗證兩個反饋環(huán)節(jié),其中的力學分析就包含模態(tài)分析,但此時模態(tài)分析的目的是檢驗詳細設計后的結(jié)構(gòu)是否滿足基頻的要求。一般從總體設計到詳細設計中間環(huán)節(jié)往往憑設計人員的工程經(jīng)驗,如果到詳細設計完成后的力學分析中發(fā)現(xiàn)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(tài)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(jié)構(gòu)的固有頻率,需要的代價很小,且在結(jié)構(gòu)詳細設計之前增加一項模態(tài)分析能有助于結(jié)構(gòu)的選型,可以提前發(fā)現(xiàn)問題,有效的減少結(jié)構(gòu)設計的反復,并能為詳細力學分析提供初始數(shù)據(jù)。結(jié)合實際工作提出如下結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)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(tài)分析的對于航天電子產(chǎn)品設計的重要作用。
3 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)
有限元的基本思想是將彈性體離散成有限個單元,然后據(jù)各單元節(jié)點的位移協(xié)調(diào)和節(jié)點力平衡,其動力學基本方程:
由于一般結(jié)構(gòu)阻尼對結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型影響極小,所以,求結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上各節(jié)點位移為:
δ0為節(jié)點位移振幅向量(即振型),與時間t無關(guān)的位移幅值;
ω為與該振型對應的頻率。
將節(jié)點位移代入動力方程,化簡得廣義特征值問題:
上式稱為結(jié)構(gòu)的特征方程。設計結(jié)構(gòu)的自由度為n,則特征方程為ω的n次代數(shù)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(tǒng)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(tǒng),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(tǒng)有一定的振動形態(tài)。由于篇幅所限其具體方法本文不再贅述。
4 模態(tài)分析應用實例
航天電子產(chǎn)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(jié)構(gòu)設計和可靠性設計的基礎(chǔ)。下面將就某儀器的三種電路板方案進行分析,來說明模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)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(jié),在ANSYS有限元軟件平臺上,假設有效載荷和模塊結(jié)構(gòu)質(zhì)量均勻分布。本文結(jié)合實際,選擇三種面積基本相當?shù)碾娐钒逍螤钭鳛閭溥x,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(yōu)缺點,在沒有其它設計約束的情況下,電路設計人員和結(jié)構(gòu)設計人員要憑經(jīng)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(tài)分析試圖找出其中的優(yōu)劣,進而做出選擇。
4.2 模態(tài)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(shù)及材料常數(shù),以Smartsizing網(wǎng)格密度的方式。電路板材料采用環(huán)氧酚醛層壓玻璃布板,電路板連接結(jié)構(gòu)采用2A12硬鋁。
由于主要影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是最低幾階的固有頻率,本例中我們?nèi)∏?階固有頻率進行計算,具體計算過程從簡,由于經(jīng)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(shù)的情況下,經(jīng)過仿真計算,獲得了三種不同方案的電路板結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型,三種方案的基頻和振型結(jié)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(tài)分析結(jié)果
上述結(jié)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(xiàn)應力集中的情況均能符合要求。分析結(jié)果顯示出正方形電路板方案的固有頻率更高,對結(jié)構(gòu)
設計更加有利。如果僅從模態(tài)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(jié)構(gòu),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(tài)激勵中的低頻部分重疊較多,容易引起共振而破壞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。且方案C的產(chǎn)生的應力比前兩個方案大,并且出現(xiàn)了應力集中的情況,薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)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(guān)于以上分析,還有以下幾點需要總結(jié)和說明:
(1)通過上文分析,可以得出,方案A最優(yōu),可以作為下一步結(jié)構(gòu)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(tài)分析對航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jù);
(3)模態(tài)分析僅僅是航天電子結(jié)構(gòu)動力學分析的一種,也是其他動力學分析的基礎(chǔ),故模態(tài)分析數(shù)據(jù)良好并不能說明其他動力學分析可以忽略。反之如果模態(tài)分析出現(xiàn)問題,則必須認真分析結(jié)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(jié)果與實際可能有一定差別,但計算結(jié)果能對定性的分析構(gòu)型的優(yōu)劣提供可靠依據(jù),對結(jié)構(gòu)選型有一定的參考價值。且計算固有頻率和振型結(jié)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(huán)境模態(tài)分析試驗驗證。
5 結(jié)束語
航天電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計過程中,使用有限元分析方法進行初步的模態(tài)分析可較方便的得到某一構(gòu)型的基頻和振型,為判斷結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣提供了依據(jù),可以給電路設計和結(jié)構(gòu)設計提供了初始的輸入,也為進一步動態(tài)仿真分析和模擬空間環(huán)境模態(tài)分析試驗驗證提供了依據(jù),由此可以看出,在總體設計階段增加簡單的模態(tài)分析可以以很小的代價獲得最終產(chǎn)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計流程。
參考文獻