服务器整机柜运输结构强度仿真与设计研究

　　：本文采用结构仿真手段，从机柜运输强度与服务器机箱运输强度两个维度，对服务器整机柜运输强度进行研究分析，给出机柜结构与机箱结构优化设计建议，并建立满足整机柜运输的机柜强度要求规范与机箱强度要求规范。仿真过程从斜面冲击、旋转棱跌落、振动三个角度进行强度评估，针对机柜立柱、机箱箱耳支架、箱耳锁螺丝数量等部位给出优化建议。经过本文的仿真分析，可有效指导满足于整机柜运输的机柜设计与服务器机箱设计，提升可靠性设计能力，降低整机柜运送过程损坏风险，提升产品可靠性及竞争力。

　　服务器作为互联网联通、大数据存储、AI算法实施的基础设施，其出货量逐年攀升[1]。服务器出货的形式，目前主要以包装箱单包、工包为主，在工厂端生产完成后，放入包装箱出货，运输至客户机房后，拆除包装再进行上柜[2]。服务器整机柜出货在近几年兴起，一方面可节省大量包材费用，另一方面由于减少拆装环节，可提升交付效率和产品的质量[3]。

　　本文采用结构仿真手段，对服务器整机柜运输强度进行研究分析，提前识别整机柜运送过程中的风险点，同时建立满足整机柜运输的机柜强度要求规范与机箱强度要求规范，有效指导满足于整机柜运输的机柜设计与服务器机箱设计，提升运输可靠性。

　　服务器整机柜及运送包装如图1所示，常采用40U以上机柜进行整机柜运输，且支持全品类服务器运输，本文以42U机柜为研究对象展开仿真与设计研究。

　　服务器整机柜运输结构强度，从机柜强度、机箱强度两个角度考量分析，整机柜出货强度评估流程如图2所示。获得机柜、服务器机箱3D图档后，首先按照各自强度要求规范进行强度初步评估，若满足设计的基本要求规范，可直接输出达标结论；若不满足设计的基本要求规范，则需进行结构仿真，仿真从斜面冲击、旋转棱跌落、振动三个方面做强度评估，若强度不达标，给出结构优化加强建议，3D图档优化完成后进行二次仿真，直至仿线 整机柜出货强度评估流程图

　　机柜为钣金件，对其抽中面后划分5mm尺寸网格，各钣金零部件采用couple_kin单元进行连接。配重块采用6面体单元，网格尺寸为10mm，单个配重块重量50kg，一台42U机柜搭配10个配重块，共配重500kg。

　　针对42U机柜搭配配重块、服务器搭配8U立柱两种模型，分别进行斜面冲击、旋转棱跌落、振动仿真。

　　振动仿真进行X、Y、Z三轴向随机振动仿真分析，在机柜底面施加随机振动PSD曲线.求解器斜面冲击仿真与旋转棱跌落仿真采用Dynamic Explicit求解器，进行显式动力学运算分析，设置求解时间为0.02s，质量缩放为1.8E-7。振动仿真先采用Frequency求解器计算出200Hz以内固有频率，再采用Response spectrum响应谱求解器进行振动频谱下最大响应仿线.斜面冲击仿真结果分析

　　服务器斜面冲击过程应变云图，如图6所示。针对4U服务器，箱耳固定强度决定了机箱的运输可靠性强度，单箱耳采用一颗螺丝固定时，螺丝孔附近应力大于屈服应力230Mpa，单箱耳采用两颗螺丝固定时，螺丝孔附近应力全部小于屈服应力230Mpa，故建议4U机型单箱耳采用两颗螺丝固定。同理方法，对6U、8U及以上机型进行斜面冲击仿真，分析出不同高度机型所需螺丝数量关系。

　　机柜旋转棱跌落过程最大应变云图，如图7所示。旋转棱跌落过程，机柜应力小于屈服应力230Mpa，自身强度达标，放置服务器的L轨局部应力超标，故针对不一样重量的服务器，L轨厚度选用不同，45kg以内L轨可采用1.5mm厚度，45kg以上L轨需采用2mm厚度。

　　服务器旋转棱跌落过程位移云图，如图8所示。针对4U存储机型，前后窗配满硬盘重量较大，前窗最大下沉量3mm，后窗由于没箱耳的左右限位作用，导致下沉量达到5mm，易引起后窗硬盘与连接器的错位位移，进而产生连接器断裂、硬盘掉盘现象。针对此状况，须在后窗增加额外支撑，如机箱后窗下1U位置增加T型横梁支撑。

　　机柜左右向、前后向、上下向振动仿线所示。左右向振动最大位移60mm，前后向振动最大位移0.9mm，上下向振动最大位移0.2mm。由于左右向宽度600mm，为机柜长宽高尺寸中最窄尺寸，故左右向为薄弱方向，建议机柜4根立柱与底面、顶面的连接位置都增加三角铁焊接，起到加强筋的作用。如果载重服务器价值较高，可采用2.5mm料厚立柱，可大幅减小左右方向摆动。同时，机柜包装需使用高密度泡棉对机柜左右两侧进行有力支撑。

　　评估新机柜和新服务器是不是满足整机柜出货时，可参考表2、表3的要求规范进行预评估，达标即可直接输出结论，大幅度的提高评估效率。

　　仿真过程从斜面冲击、旋转棱跌落、振动三个角度进行强度评估，从应力、位移等参数分析强度是不是达标，针对机柜立柱、机箱箱耳支架、箱耳锁螺丝数量等部位给出优化建议。

　　[2]张海龙,龚宝龙,路纪雷.基于服务器运输可靠性均衡设计的仿测方法研究[J].物流技术与应用,2023,28(04):177-180.