中国已进入大数据时代,巨大的数据价值势必对IDC机房设备的抗震性能和可靠性提出更高的要求。机柜是IDC机房的一个重要组成部分,机柜是在IDC机房中安装固定服务器、存储器等各种IT设备的主要承载单元。经调研,随着IDC机房的发展,单体机柜平均承载一般达到500kg以上,个别投入使用较长的机房,有的单体机柜承载的服务器质量达到约1200kg。从中国泰尔实验室抗震检测数据来看,500kg以上的高承载工况下,IDC机柜大多数缺少相应抗震设计,抗震性能差,设备倾倒、结构开裂、门板打开和连接失效等问题突出。
　　
　　据近三年的不完全数据统计,500kg承载的IDC机柜抗震性能合格率仅为55%。针对普遍存在的问题,为了服务于企业能够快速提高机柜的抗震设计性能,中国泰尔实验室针对机柜的开发设计环节加强了抗震非线性时程分析工作。IDC机柜在高承载情况下,地震产生的振动作用一般会使机柜结构产生大变形和高应力问题,我们采用Radioss求解器进行时程计算,并且进行了物理样机的抗震实验,在与实验数据对比的基础上不断修正分析模型,研究IDC机柜模型的动力响应。在高烈度地震作用下,机柜结构将进入弹塑性阶段,结构刚度发生变化。
　　
　　一般常用的弹性静力法概念简单,忽略了结构的动力特性和结构的非刚性等重要特性。反应谱法能考虑结构的动力特性及其与地震作用之间的相互关系,但它不能给出结构地震反应的全过程,无法给出各构件进入弹塑性变形阶段的内力和变形状态,为了研究和计算IDC机柜结构的弹塑性变形,有必要进行结构的非线性分析。非线性时程分析是一种输入地震波,直接计算结构地震反应的分析方法,它能够描述结构在地震作用下的状态及破坏过程,能计算地震反应全过程中各时刻结构内力和变形状态,具有“全过程仿真的特点”,是一种比较可靠的方法,它的使用可以使通信设备有限元分析工作的准确性大大提高,具有极为重要的意义。工作流程图如图1所示。
　　
　　1 地震波选择
　　
　　地震波选取依照YD5083-2005《电信设备抗地震性能检测规范》中8度、非电源类设备规定:地面加速度a1为0.2g,设备重要度系数k1为1.1,建筑物楼面加速度放大倍率k2为3.0,由式(1)得楼面输入加速度aH为0.66g,楼面反应谱如图2所示。

由楼面反应谱根据随机相位法生成人工合成地震波,地震加速度峰值0.66g,持续时间30s,强震部分持时20s,如图3所示。

曲线横轴为时间,单位为s;纵轴为地震加速度,单位为g。
　　
　　　　
　　2 研究对象
　　
　　实验样机和分析模型见图4。
　　
　　3 结果对比
　　
　　①经LMS对实验信号进行FFT处理后得到的结构动力特性曲线见图5,模态分析计算得出的结构一阶振型见图6,两者一阶频率对比见表1。
　　

　　结果表明,分析结果与实测结果的差异为6%,远小于对模态分析的通用要求(20%),计算模型能够反映结构的真实性能,可以用于后续非线性时程分析,保证了分析结果的准确性。
　　
　　②由激光位移传感器得到地震过程中设备顶部相对与底部的位移曲线见图7,非线性时程分析得到的设备顶部相对与底部的位移曲线见图8,两者对比见表2。
　　

　　从曲线结果来看,实验和分析得到两条曲线的波形、趋势和最大值基本吻合,表明了所用方法的准确性。
　　
　　4 结束语
　　
　　本研究的仿真结果能反应结构真实受力特性,IDC机柜建模方法合理、准确,可推广到其它通信设备非线性时程分析工作中,为研究IDC机柜结构在高烈度地震作用下的反应机理提供了一个强有力的工具。
　　
　　有限元仿真非线性时程分析工作的开发成功,标志着中国泰尔实验室抗震分析工作进入了一个全新的阶段。下一步我实验室希望通过我们的努力,能够和广大企业一起为提高IDC机柜产品的抗震质量而努力,共同服务整个行业的发展!
　　
　　作者简介
　　

杜文嫚(1988-),女,工程师,主要从事设备结构抗震性能有限元分析工作。
　　
　　编辑：Harris