介绍
随着我国轨道交通行业的快速发展，电力机车司机室内电子设备的安全性和可靠性越来越受到重视。 介绍了一种电力机车微型机柜的结构，并对其结构强度和刚度进行了仿真分析，表明机柜结构设计合理。
近年来，我国铁路装备制造业的快速发展，对电力机车内部机柜的结构性能提出了更高的要求。 电子设备机械结构随着轨道交通行业的蓬勃发展已形成一门学科。 大多是由钣金件折弯、焊接而成。
柜内安装有高密度电子元件。 机柜作为承载电子设备的基础结构，具有可靠的强度和刚度，保证设备的正常运行。 介绍了微型机柜的结构组成，建立了有限元模型，分析了其强度和刚度，为设备的实际安装提供数据支持。
微柜整体结构设计
微型机柜由主机架、A、B组插接箱（6U分箱）、风扇散热装置、焊接散热器等组成。 图1和图2是微型柜的三维结构模型图和内部组成图。
图1 微柜3D结构模型图
图2 微型柜内部组成图
1-主机框架、2处A组插件盒、3处风扇散热装置、4处B组插件盒、5处后面板组件、6处散热盖（拆下散热盖即可看到焊接散热器）
微型柜的主框架结构由厚度为2～4mm的优质冷轧薄钢板折弯焊接而成。 微型机柜的主要结构参数如下：B组插线盒每个重约30kg，风扇冷却装置重约10kg。 焊接标准符合《BS -1-2007在铁路上的应用-铁道车辆及其部件的焊接》。
理论基础
弹性力学中圣维南原理的内容是：分布在弹性体上一小块区域（或体积）内的载荷所引起的物体中的应力，基本上只离载荷区域稍远一点。 与同一载荷的合力和力矩有关； 载荷的具体分布仅影响载荷作用区域附近的应力分布。 还有一个等价的公式：如果载荷作用在弹性体的小面积（或体积）上的合力和合力矩等于0，则应力很小，以至于在a处几乎等于0。放置在远离负载作用区域的地方。
材料力学中的四种强度理论可以用一个统一的公式来表示：σr≤[σ]。 式中，σr代表计算应力； [σ]表示材料的许用应力。
创建有限元模型
微机柜的材质牌号为Q235A，其技术参数如表1所示。
表1 不同微型柜柜体材料的技术参数
静力分析用于分析和计算结构在承受固定载荷时的响应，包括结构的变形、应力和应变。 有限元分析工程包括三个阶段：预处理阶段、求解阶段和后处理阶段。
预处理阶段
(1)有限元模型应适当简化，去除一些不影响整体结构分析的部分。 本次分析中从机柜中拆下的部件包括：机柜门板、散热器盖、后面板组件、风扇冷却装置和风扇盖。
(2) 网格划分过程中，采用六边形网格，最终网格单元数为 ，节点数为 。 网格划分图如图3所示。
图3 微柜柜体网格划分图
⑶施加约束。
约束条件为微柜底板四个安装孔处的圆柱面约束（ ）、径向约束和法向约束，如图4所示。
图4 微型柜柜体底部约束条件图
⑷施加固定负载。
对A、B组卡盒放置的横梁施加75N的压力，对放置风扇冷却装置的横梁施加50N的压力，包括重力加速度-Y方向，如图5所示。
图 5 施加到机柜的约束和固定负载
解决阶段
通过有限元软件求解。
后处理阶段
从微型柜主框架的位移云图（图6）可以看出，柜体变形最小发生在柜体后部和下侧，位移最大发生在中梁处，其中放置一组插件盒。 最大位移值为0.23mm，该值较小，可以忽略。
图6 微柜主体框架位移云图
从微型箱体主框架应力云图（图7）可以看出，箱体固定约束端的长方形孔处出现应力集中。 然而，根据圣维南原理，固定约束下的应力值并不可信。
图7 微柜主体框架应力云图
从结构强度经验来看，箱体应力的最大值应该出现在放置插线盒的位置。 从局部应力云图（图8）可以看出，整体箱体的应力值接近除固定约束外的应力值。 其他部位的应力值不超过材料Q235A的屈服强度。 在实际应用中楼宇自控机柜原理图，我们只关心一些危险点，只要这些危险点不存在强度问题，我们就认为整个构件没有问题。 综上所述，柜体结构设计合理。
图8 微柜主框架受力局部放大图
结论
根据微型机柜的结构特点，介绍了钣金装配的有限元建模过程，包括有限元模型的简化、网格划分等。
利用有限元软件对其进行静强度分析，得到箱体的位移云图和应力分布云图。 并且应力值均小于材料的屈服强度，满足静强度要求。
分析结果证明该机柜的结构强度完全满足使用要求，并且还有很大的优化设计空间，这也为机柜的拓扑优化设计提供了一定的参考。 下一步将进行箱体的拓扑优化设计、模态分析和散热分析。
——摘自《钣金与制造》2021年第7期
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