手机跌落模拟仿真
CAE技术在手机仿真中的应用
第17卷 第1期 中 国 水 运 Vol.17 No.1 2017年 1月 China Water Transport January 2017收稿日期:2016-09-27作者简介:高 帅(1992-),江苏盐城人,上海理工大学机械工程学院,研究方向为计算机辅助工程。
CAE 技术在手机仿真中的应用高 帅(上海理工大学 机械工程学院,上海 200093)摘 要:手机行业具有成长快速、市场响应短等特点,对产品交货期要求特别高。
因此利用CAE 技术开发手机产品,可以极大地缩短实验周期,提高企业研发能力和产品竞争力。
本文针对手机使用中最经常发生的翻转和跌落两个动作,利用CAE 技术进行了动作过程的仿真分析,且通过实验验证了分析结果的可靠性。
本文的方法为手机研发提供了有益的思路。
关键词:手机;仿真;翻转;跌落中图分类号:TP391.7 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2017)01-0103-04一、引言手机跌落试验是手机耐撞性设计的基础[1],其研究方法主要有实物实验和数值仿真。
数值仿真是一种在计算机中对手机跌落实验数学模型进行数值模拟的方法[2-3]。
由于数值仿真不需要预先制取物理样机,所以在产品开发阶段,利用计算机对手机的跌落试验进行数值模拟[4],不仅可以及早地发现设计缺陷,改进设计方案,提高其跌落安全性[5],更可以节约开发成本,缩短开发周期。
折叠手机中的FPC (Flexible Printed Circuit),由于受装配空间的限制及自身的柔软特性,设计者很难直观地评估FPC 的疲劳特性。
为此我们以折叠手机FPC 为例,利用CAE 软件来模拟其工作环境,对FPC 在手机翻盖翻转过程中的变形进行模拟,预测可能存在的断裂区域[6],并与实验结果相对比,旨在为设计者提供一种直观、可靠的评定方法,使设计者在FPC 的设计初期就可以预估其疲劳特性[7]。
二、CAE 技术在手机结构设计中的应用流程图1 基于CAE 仿真测试的结构设计流程 在以往的手机结构设计中,往往是对手机样机进行一系列的测试,从而对手机的结构加以验证,并将发现的问题反馈给结构设计工程师,对产品的结构进行改进,产品质量的好坏及对测试结果的响应速度往往决定与设计工程师的经验。
现代智能手机的跌落仿真与耐撞性解析
现代智能手机的跌落仿真与耐撞性解析发布时间:2023-02-03T01:41:07.858Z 来源:《科学与技术》2022年第18期作者:陈志锋[导读] 随着智能手机产品的广泛普及,社会各界对智能手机产品各项功能提出更高要求。
陈志锋维沃移动通信有限公司广东东莞 523000 [摘要]随着智能手机产品的广泛普及,社会各界对智能手机产品各项功能提出更高要求。
为了设计生产出最具耐撞性的智能手机,往往在设计和制造过程当中,均需对手机产品开展跌落仿真相关测试分析工作,以便于提出耐撞性的最优提升方案。
鉴于此,本文主要对现代智能手机跌落过程开展仿真分析,并提出有效提升耐撞性的相应实施方案,旨在为这方面的业内研究人士提供有价值的参考意见。
[关键词]智能手机;现代智能;跌落;仿真分析;耐撞性;前言:智能手机设计和制造过程当中,跌落仿真分析属于重点内容,直接关系着后期产品使用性能能否满足实际需求。
因而,对智能手机跌落仿真开展综合分析,并提出最具有效性的智能手机耐撞性优化实施方案,对于全面提升智能手机的耐撞性能及总体质量而言,有着一定的现实意义和价值。
1、关于智能手机跌落仿真总体构思阐述在充分考虑产品结构的耐撞要求的前提下,结合智能手机产品超薄大屏幕一体式的结构特点,在手机产品整个建模过程中,合理简化,并创建全新的有限元基础模型,应用至手机产品跌落的仿真分析当中。
基于仿真数据开展综合分析,针对手机各部件的尺寸、材料等因子进行方案对比,根据对比结果,提出提升智能手机总体耐撞性的优化设计方案和建议。
2、手机产品跌落仿真及其耐撞性2.1网格划分网格划分,是有限元仿真分析的重要基础,直接影响着有限元总体计算精准性及效率。
对于智能手机整机壳体,因为其几何复杂,因此对其进行四面体类型单元的划分,网格基本单元及最小单元尺寸分别为0.8mm和0.1mm;对智能手机内部触摸屏幕及显示屏幕的玻璃、PCB板、电池等,通过几何简化处理后,对它们都进行六面体类型单元划分,其网格基本单元尺寸为0.8mm[1];对智能手机塑胶壳体以及模内的五金嵌件、显示屏幕支架进行几何简化处理之后,抽取中面,用壳单元进行划分,网格基本单元尺寸为0.8mm。
手机摄像模组跌落仿真与优化
Vol. 28 No. 2Jun.201928 22019 6计算机辅助工程ComputeeAided Engineeeing文章编号:1006 - 0871(2019)02-0068-06DOI : 10. 13340/j. cae. 2019. 02. 014手机摄像模组跌落仿真与优化王明珠,王忠伟,李凤云,蒋恒(宁波舜宇光电信息有限公司研发中心,宁波315400)摘要:为有效解决智能手机摄像模组滤光片在跌落过程中的脆性开裂问题,开展手机跌落过程的有限元仿真,并对仿真结果进行试验验证。
手机正面跌落时,滤光片受力最大,其失效主要是由摄 像模组内部镜头撞击镜座导致的-保证手机摄像模组中镜头与镜座之间的距离大于马达载体与马 达基体之间的距离,可以有效防止滤光片的失效。
研究滤光片热固胶的弹性模量、胶宽和胶厚对滤 光片应力的影响,结果表明:改变滤光片热固胶的弹性模量对滤光片的脱落影响较大;滤光片应力随滤光片热固胶胶宽的增加先增大后减小,随滤光片热固胶胶厚的增加而减小。
仿真结果可为滤 光片热固胶的用法与用量提供指导-关键词:手机;摄像模组;跌落;撞击;滤光片;失效;热固胶;可靠性中图分类号:TB851文献标志码:BDrop simulation and optimization onmobile phone camera moduleWANG Mingzhu ,WANG Zhonywci ,LI Fenyyun ,JIANG Heny(Research and Development Center # Ningbo Sunny Opotech Co. , Ltd. , Ningbo 315400, China )Abstract : To effectively solve the b/ttla cracking problem of mobile phone camera module filter in the deoppingpeoee s , thetiniteeeementsimueation otmobieephonedeoppingpeoee s isea e ied out.The simulation results are ve/Ped by test. The force of the filter is the maximum when the mobile phone Oce bumps on the ground • The failuo is mainly caused by the impact of the lens insiPa the camera module on the lens base. Ef it is ensured that the distance between lens and lens base in mobile phone cameramodule is laryer than that between motor cairmr and motor base , the failure of the filter can be effectively prevented. The effects of elastic modulus , width and thickness of filter theoiosetting adhesive on the stress of filter are studied. The results show that changing the elastic modulus of filter theoiosetUngadhesivehasageeatinteueneeon thesheddingotthetietee.Thetieteestee s ineeeasestiestand then decreases with the increase of filter theoiosetting adhesive width , and decreases with the increase of filtertheemose t ingadhesivethiekne s .Thesimueation eesuetsean peovideguidaneeoetheusageand dosageoQ tieteetheemose t ingadhesive.Key wo —S : mobile phone ; camera module ; dop ; impact ; filter ; failure ; theoiosetting adhesive ; reliability收稿日期:2019-01-24 修回日期:2019-03-01作者简介:王明珠(1978—),女,湖北武汉人,硕士,研究方向为光学技术,(E-mail ) wanymz@sunnyopUcat. com 通信作者:李凤云(1991 —),女,安徽阜阳人,硕士,研究方向为冲击动力学,(E-mail) gdVy@unnyoptical. com2王明珠,等:手机摄像模组跌落仿真与优化690引言电子产品受到跌,因动态载作用,极产态。
CAE技术在手机仿真中的应用实践
CAE技术在手机仿真中的应用实践发布时间:2023-01-30T09:13:06.960Z 来源:《中国电业与能源》2022年8月16期作者:叶玮[导读] 手机设计阶段运用CAE技术进行仿真分析叶玮维沃移动通信有限公司广东东莞 523000[摘要]手机设计阶段运用CAE技术进行仿真分析,可以找到手机结构上的设计缺陷,优化手机的结构,缩短开发周期,提高开发效率,降低开发成本。
本文主要研究运用CAE技术对手机的跌落实验进行仿真模拟,发现手机结构上的缺陷,并进行改善,从而提升手机的抗摔性,保障手机的可靠性品质。
[关键词]手机仿真;CAE技术;LCD-panel前言:以往的手机产品开发,需手机结构设计完成,开模做出实际样机,再对样机进行跌落、弯曲和扭转等一系列的测试,发现产品结构上的缺陷,再对手机进行方案改善验证。
验证过程中,需要调整模具、结构或电子元器件,其过程漫长,而且成本较高,效率很低。
运用CAE 技术,可在手机设计过程中采用计算机模拟发现结构设计上的缺陷,再进行改善,节省开发周期和成本,对手机的研发具有重要的意义。
1、关于CAE技术的概述CAE(Computer Aided Engineering)技术,即计算机系统辅助工程技术,是计算机辅助分析产品结构力学性能以及结构优化设计的一种近似数值分析方法。
CAE广泛地应用于电子产品的设计中,使用户在产品研发过程中改善产品性能、降低研发成本、提高研发效率。
现阶段CAE技术已被广泛应用至手机仿真中,为更好地开展手机产品的设计开发各项工作提供技术支持[1]。
2、手机仿真中CAE技术应用实践2.1手机可靠性设计手机产品作为当今社会必不可少的电子产品,由上千个电子元器组成,其结构复杂,设计难度大,开发周期长,特别是手机的可靠性设计——抗摔性是手机设计的重点,需保证手机在一定高度的跌落过程中重要的电子元器件不失效。
LCD(Liquid Crystal Display)(如图1所示)作为手机的显示模块是手机的一个非常重要元器件,如果LCD 失效则手机就不能使用,因而LCD四周的结构件对其保护显得尤为重要。
ANSYS仿真跌落试验
或摩托车等大型产品进行跌落仿真分析。 可以施加多种的初试条件,几乎可以施加任
意形式的力,这对复杂条件的跌落提供了有利条 件。
图 6 为加上模糊 PID 控制器后的磁悬浮轴承 的起浮试验(横坐标为时间 s,纵坐标为位移 mm),未启动时转子的位移为–0.8mm,此时转子 处于最低点,当稳定悬浮后,转子位移量基本为 0,此时转子在平衡位置振荡。从图中我们可以看 出,当把控制器加上后,转子能很快实现稳定悬 浮。磁轴承的启动特性参数如下:启动时间 ts=0.60 s;上升时间 tr=0 .25s ;超调量 óp=37. 3%。
0.4 0
-0.4
-0.8
-1.2
0
Hale Waihona Puke 2468
10
图 6 加上控制器后转子的位移量
图 7 为把所设计的电磁轴承应用到电机的主 动隔振上的作用图(横坐标为时间 s,纵坐标为 扰动位移量 ìm)。图中左端为不加电磁轴承时候 的位移扰动,右端为加上电磁轴承后的位移扰动, 可以看出加上电磁轴承后,电机的位移扰动几乎 降低了一半。
(上接第 34 页)
通过铝盒的跌落仿真试验,我们看到 ANSYS 对跌落仿真的基本步骤,得到了一种通用的跌落 仿真的方法。其实,ANSYS 对跌落的仿真就是两 个子系统的在一定条件下碰撞的结果。只是对跌 落来说,我们关注的只有一个物体。
我们可以对结构组合件进行跌落仿真,复杂 部分只是在于模型的建立,分析步骤几乎都是一 样的。如:可以对手机跌落仿真,也可以对汽车
摘要:应用 ANSYS 有限元分析软件对从高处跌落物体的过程和应变进行仿真分析,主要目的是介绍一种通用的计算机 跌落仿真方法。
关键词:ANSYS;跌落试验;有限元
中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1006-0316(2004)08-0033-03
手机跌落撞击过程的仿真和实验分析
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在物流运输过程或用户在使用便携式电子产品时,操作不当使其受到冲击及跌落,从而引发的损害是电子设备发生失效时比较突出的原因之一。
电子产品一旦发生跌落撞击,就会受到较大冲击,这种碰撞动态载荷作用会使得电子产品发生非线性动态反应,该反应过程复杂多变,并且时间短促。
另外,电子产品的跌落过程中所产生的几何、材料、接触界面等复杂的非线性问题,所以非线性动态响应是一个极不简单的过程。
所以,本文为解决这种问题,就引进了一种较为有效的方式即有限元。
针对电子产品,我国在其环境试验[1]方面有规定,自由跌落就是其中之一。
在本论文中,采用有限元技术仿真手机在自由跌落环境下的响应, 该实验过程介于手机模型设计和实物样机制造之间,在此过程中,通过仿真发现手机的缺陷,有利于进一步地改善设计,减少损失。
在手机模拟实验中运用Pro/E软件建立了手机模型,之后把它导入有限元软件HYPERMESH,然后通过ABAQUS 软件对手机自由跌落过程进行仿真计算分析,各种跌落动态性特征都能够显示出来,并能较为清楚地了解手机在跌落时发生的碰撞和发生的各种变化,比如外部的变形、内部的损伤等,并能显示手机跌落的响应性。
所得的各种数据就是模型修改的参照,基于不断的修改,手机结构得以优化,最终制造出有效合理的产品。
模拟实验中,重点在于有限元模型的前期研究,尤其是选择单元类型、划分网格等。
有限元仿真模型的建立,有利于全面性地分析手机的跌落情况,并且可以较早地了解手机的结构响应情况,以设计出更合理的产品。
有限元仿真模型还可以对其力学性能进行检测,便于优化设计并且作进一步验证,在此过程中找到设计上的不足,从而做出较为合理的样机,能够加速产品研发,缩短产品投放市场的时间,获得利润。
关键词:跌落试验;有限元;HYPERWORKS;手机;模拟仿真哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractIn logistics transportation process or when the users use portable electronic products, improper operation will make it impact and fell, causing the damage is one of the highest reasons of failure of electronic equipment. Electronic products in the event of falling down, will be a larger impact, the impact dynamic load to make electronic products in nonlinear dynamic response, the reaction process is complicated, and shortness of time. In addition, the electronic products in the process of the fall produced nonlinear problems such as geometric, the material, and the contact interface, so the nonlinear dynamic response is not a very simple process. So, in order to solve this problem, this paper has introduced a more effective way of the finite element method. To electronic products, our country has rules in its environment experiment[1], the free drop is one of them. In this thesis, using the finite element method to simulate the response of free drop environment of mobile phone, the experiment process between mobile phone model design and physical prototype manufacturing, in the process, found defects through simulation is beneficial to design of further reform, reduce the loss. In the process of mobile phone simulation, 3D model of mobile phone is established by using Pro/E software, and then put it into finite element software HYPERMESH, and then simulate the process of free drop of mobile phone through the software ABAQUS, all kinds of dropping dynamic characteristic can be displayed, and can clearly understand the mobile phone in the fall of collision and the various changes, such as the deformation of the external, internal damage, etc., and can show fell responsiveness of mobile phone. The various data is reference for model change, based on the constant revision, the structure of mobile phone is optimized, eventually produce a reasonable effective products. During simulation experiment, we focus on the prophase research of finite element model, especially for selected element type, mesh, etc.The establishment of the finite element simulation model, conducive to a comprehensive analysis of drop situation of the mobile phone, and can be an earlier understanding of the structure response of the mobile phone to design a more reasonable product. Finite element simulation model also can be used to test the mechanical properties, for the optimization design and further verification, find the insufficiency of the design in the process in order to make the prototype more reasonable, this will accelerate the development of the product, shorten the time to market and make a profit. Keywords:drop test, FEM, HYPERWORKS, mobile phone, simulation哈尔滨工业大学工程硕士学位论文目录摘要 (I)ABSTRACT ............................................................................................................................ I I 第1章绪论 . (5)1.1手机电子通信行业概况 (5)1.1.1 市场趋势 (5)1.1.2 产品趋势 (6)1.2 本课题的来源、目的及意义 (7)1.2.1 课题的来源 (8)1.2.2 本课题研究的目的 (8)1.2.3 本课题研究的意义 (8)1.3 国内外手机仿真研究状况 (9)1.3.1 国内研究状况 (9)1.3.2 国外研究状况 (10)1.4 本课题研究的主要内容 (11)第2章手机自由跌落物理实验 (13)2.1 实验原则 (13)2.2 实验样品数量 (14)2.3实验设备 (14)2.3.1 高程跌落实验机 (14)2.3.2石板 (16)2.4实验操作方法 (16)2.4.1通用规则 (16)2.4.2跌落方法 (17)2.4.3检查标准 (19)2.5 结构设计改善前跌落实验结果分析 (20)2.6 本章小结 (22)第3章方案优化设计 (23)3.1结构设计改善前的方案 (23)3.1.13D模型介绍 (23)3.1.2LCD位置及结构介绍 (25)3.1.3结构设计改善前的方案仿真结果 (27)3.2 结构设计改善方案1 (29)哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3.3 结构设计改善方案2 (30)3.4结构设计改善方案3 (31)3.5 本章小结 (32)第4章有限元法及手机跌落仿真前处理 (33)4.1 有限元法 (33)4.2 碰撞算法 (35)4.3 仿真前处理 (36)4.3.1网格划分 (36)4.3.2沙漏控制 (41)4.3.3 材料属性 (42)4.3.4 连接关系的设定 (44)4.3.5 边界设定 (45)4.4 本章小结 (48)第5章手机跌落模拟结果及分析 (49)5.1 结构设计改善方案仿真结果 (49)5.1.1改善方案1仿真结果分析 (49)5.1.2 改善方案2仿真结果分析 (51)5.1.3 改善方案3仿真结果分析 (52)5.2结构设计改善后物理实验结果 (53)5.2.1LCD样品的静压实验 (53)5.2.2整机物理跌落实验 (55)5.3 手机跌落的数值模拟结果与试验结果的比较分析 (56)5.4 本章小结 (57)结论 (58)参考文献 (59)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用授权 (62)致谢 (63)个人简介 (64)哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章绪论消费性电子产品在物流环节,极其容易发生跌落碰撞等造成的损坏,比如手机产品、电视、打印机、电脑等。
手机跌落仿真试验
毕业论文手机跌落仿真试验摘要本论文采用ANSYS/LS-DYN A中的DTM跌落模块对手机进行了跌落模拟。
在模拟仿真中,首先在软件中建立了手机模型,然后通过有限元软件ANSYS/LS-DANA模拟了不同高度的手机跌落过程,得到了产品的应力、应变等动态特性,通过得到的数据,分析了跌落过程中手机的动态特性——跌落冲击过程中,应力、应变等情况的变化,发现手机受到跌落冲击时的薄弱或易损位置在跌落接触点处,并提出加装保护外壳或者改进材料性能的改进方案或手段。
该结论对合理设计手机结构、包装手机及安全流通和使用提供技术支持。
关键词:跌落,有限元,ANSYS模拟,手机Telephone drop simulation testABSTRACTIn this paper, we use the DTM fall Analog modules of ANSYS/LS-DYNA simulating the process. In the simulation experiments we first make a model of mobile telephone, then use the finite element software ANSYS/LS-DYNA simulate the drop experiment about different heights, and the dynamic characteristics of the product of stress, strain, etc. through the obtained data, We can analysis the fall Dynamic characteristics of mobile phones - changing the course of drop impact, stress, strain, etc., and Weak or vulnerable position found the phone being dropped in shock when dropped at the contact point, and proposed the installation of the protective housing or improved material performance improvement program or means. This conclusion is reasonable structural to design mobile phones, safe packaging circulation It is also useful to provide technical support.Keywords:Drop,FEM,ANSYS Simulate,Mobile Telephone目录引言 (1)1.1 课题研究的意义 (1)1.2 国内外发展研究状况 (1)1.2.1 国内研究发展状况 (1)1.2.2 国外研究发展状况 (3)1.3 本文的研究内容 (4)1.4 本文采用的方法 (4)2 跌落及软件介绍 (4)2.1 跌落相关 (4)2.1.1 跌落试验的目的 (4)2.1.2 跌落影响因素及选择 (5)2.1.3 跌落试验原理及步骤 (5)2.2 有限元及其软件LS-DYNA介绍 (6)2.2.1 有限元方法 (6)2.2.2 LS-DYNA发展概况 (6)2.3.2 LS-DYNA分析能力 (7)2.4 本章小结 (7)3 手机跌落过程的仿真模拟 (8)3.1 手机结构及建立手机模型 (8)3.2 手机模型参数设置 (12)3.2.1 指定单元类型 (12)3.2.2 创建实常数 (13)3.2.3 材料属性的定义 (13)3.3 网格划分、定义约束、施加载荷和其它设置 (15)3.3.1 网格划分 (15)3.3.2 定义约束 (16)3.3.3 跌落设置 (18)3.4 求解以及结果分析 (20)3.4.1 求解 (20)3.4.2 不同高度跌落模拟对比 (24)3.5 本章小结 (25)4 结论与展望 (25)4.1 结论 (26)4.2 展望 (26)参考文献 (27)致谢 (29)引言1.1课题研究的意义在手机流通运输过程中,必然会受一些外部条件的影响,同时在消费者使用手机的过程中也可能会因为某些原因而发生跌落或者碰撞冲击,这些撞击会使手机的运动状态在极短时间内发生急剧的变化,从而可能导致手机的损坏。
手机摄像模组跌落仿真与优化
手机摄像模组跌落仿真与优化作者:王明珠王忠伟李凤云蒋恒来源:《计算机辅助工程》2019年第02期摘要:为有效解决智能手机摄像模组滤光片在跌落过程中的脆性开裂问题,开展手机跌落过程的有限元仿真,并对仿真结果进行试验验证。
手机正面跌落时,滤光片受力最大,其失效主要是由摄像模组内部镜头撞击镜座导致的。
保证手机摄像模组中镜头与镜座之间的距离大于马达载体与马达基体之间的距离,可以有效防止滤光片的失效。
研究滤光片热固胶的弹性模量、胶宽和胶厚对滤光片应力的影响,结果表明:改变滤光片热固胶的弹性模量对滤光片的脱落影响较大;滤光片应力随滤光片热固胶胶宽的增加先增大后减小,随滤光片热固胶胶厚的增加而减小。
仿真结果可为滤光片热固胶的用法与用量提供指导。
关键词:手机;摄像模组;跌落;撞击;滤光片;失效;熱固胶;可靠性中图分类号:TB851文献标志码:B文章编号:1006-0871(2019)02-0068-060;引;言电子产品受到跌落撞击时,因动态载荷的作用,会在极短时间内产生复杂的非线性动态响应。
[1]手机是生活中必不可少的电子产品之一,其更轻薄的发展趋势,对其刚度要求更高,对其摄像头的保护能力降低。
在频繁使用过程中,手机极易发生跌落破坏,影响手机的正常使用和寿命。
手机跌落试验是手机可靠性试验中最重要的试验之一。
[2]在手机跌落过程中,摄像模组变形增大,内部脆性元件滤光片开裂失效率明显上升,严重影响摄像模组的品质。
在跌落状态下手机摄像模组滤光片开裂失效见图1。
CAE技术在跌落仿真方面已发展成熟,可以有效解决一些技术上难点,大大降低开发成本[3-8]。
本文模拟手机跌落过程,研究跌落方式、马达弹簧弹性系数,以及滤光片热固胶的弹性模量、胶宽和胶厚等对手机跌落过程中滤光片应力的影响,采用摄像模组单体定向跌落试验对仿真结果进行验证。
1;仿真模型建立利用三点弯曲测试方法测定滤光片的应力阈值,并利用Weibull分布[9]同时结合企业生产情况确定产品失效概率。
基于跌落冲击的手机有限元分析模型的建立
基于跌落冲击的手机有限元分析模型的建立将CAE仿真技术运用于手机从概念设计到细致设计的过程,能在设计的初期阶段预测整个产品和各个零、部件的设计要求是否符合国家对电工电子产品的环境试验的标准规定。
而自由跌落作为通讯产品手机环境试验的一个重要试验项目,其属于实物试验,多在产品开发后期进行。
运用有限元仿真技术可在手机模型设计初始、实物样机制造出来之前进行自由跌落响应分析,能够有效地发现设计缺陷。
以下相关具体内容是以运用HyperMesh/L s-Dyna软件进行手机跌落模拟仿真分析为前提,其相关具体内容为作者个人在该课题分析过程中所得到的心得和体会,其中有的是作者花费了大量的时间和经历自己通过计算机模拟所得到的参数数据;有的是通过搜集国外的最新的相关资料经过验证和总结整理得出的,具有非常重要的参考价值。
1.手机有限元模型中单元类型的选择一般来说,没有进行大量简化的手机有限元模型有大约50-70个零件,单元数大约为200K-300K左右。
基于手机模型的特点,LS-DYNA软件中几乎所有的单元类型都被用上了,四面体单元用在那些要花费大量的时间和精力才能完成网格划分的实体模型上,但是尽量不要使用,否则尽量选择4节点或者16节点的四面体单元(特别对想要模拟零件弯曲变形情况的时候);六面体单元和五面体单元一般都用来划分相对简单的几何模型(特别对于那些处于复杂应力状态下的零件);对于壳体模型推荐用薄壳单元和厚壳单元来划分,对于薄壁零件推荐用薄壳单元,对于那些壳体零件粘附在一起的推荐多用厚壳单元来模拟;梁单元能够用来对简化后的电子元器件的焊脚连接进行模拟;刚性单元被大量的应用在零部件的连接中,例如:螺钉连接和卡扣连接;弹簧连接也是很有用的,它能够模拟两个零件之间存在预紧力的连接。
这里对手机模型中的各种零件给出推荐的单元类型选择,Ke ypad-六面体单元;Lens-六面体单元;Front housing、Rear h ousing and B-cover-薄壳单元;LCD module-薄壳单元、厚壳单元以及六面体单元;PCB and populations-六面体单元以及薄壳单元;Battery-六面体单元;Antenna-六面体单元或者薄壳单元,其他的一些附属零件可以参考以上给出的零件单元类型的选择来进行网格划分。
手机触摸屏抗跌落仿真分析
手机触摸屏抗跌落仿真分析作者:韩克明孙志刚林墨洲来源:《计算机辅助工程》2013年第05期摘要:跌落试验是手机产品可靠性试验的一个重要测试项目,一般在产品开发后期进行.采用有限元仿真分析可以大大降低开发成本,缩短开发周期,提高产品开发速度.利用Abaqus 对处于开发阶段的手机触摸屏抗跌落性能进行数值仿真分析,研究跌落过程中触摸屏的受力情况,为造型设计师和结构工程师提供相应的设计参考.关键词:手机;触摸屏;跌落试验; Abaqus中图分类号: TN873.93; TB115.1文献标志码: B引言手机跌落是手机可靠性试验中最重要的试验之一.由跌落冲击引起的机械和功能损坏,目前成为手机最主要的破坏形式,包括屏裂、壳裂、手机内部FPC开裂和芯片脱焊开裂等.近年来,大屏幕触摸屏智能手机逐渐变成市场主流.随着手机屏幕的不断增大,触摸屏成为整机结构设计中重要的结构件之一.根据市场反馈的情况,触摸屏尺寸的增大引起的触摸屏玻璃破裂的比例大大增加.为有效减少产品开发时间和开发成本,将CAE仿真技术运用于手机结构设计,能对整机进行结构风险评估,及早发现可能存在的质量问题,有效缩短产品开发周期、节约成本.本文利用Abaqus/Explicit对不同设计方案的整机在自由跌落条件下进行有限元分析,验证跌落时整机触摸屏玻璃的可靠性,为设计提供参考.1有限元模型建立1.1手机网格划分网格划分是有限元分析的基础,网格质量的好坏直接影响有限元计算的效率和准确性.对整机壳体采用四面体单元仿真,基本单元尺寸0.8 mm,最小单元尺寸0.1 mm.对PCB板、触摸屏玻璃、显示屏玻璃和电池等采用六面体单元仿真,基本单元尺寸0.8 mm.对塑胶壳体模内五金嵌件和显示屏支架等进行几何处理后抽取中面,用壳单元进行仿真,基本单元尺寸0.8 mm.划分网格时需合理控制网格大小、数量和网格质量,以保证计算效率和准确度.1.2有限元模型前处理设置将手机常用的材料及其属性定义到Abaqus中,并对应赋给手机塑胶件、五金件、玻璃和主板等不同的零部件.根据将要进行的分析类型定义分析步骤.由于所进行的分析为整机冲击状态下的仿真分析,属于非线性动力性问题,故选择分析类型为Dynamic/Explicit,并定义冲击时间和质量缩放.在跌落过程中,手机中许多零件会相互碰撞接触,在Abaqus中采用General Contact定义模型的接触.除定义接触外,还需要定义约束,按照手机各零件之间的相互约束关系分别建立不同约束类型的约束对.可将手机跌落到地面的过程视为以一定初速度碰撞刚性体的过程,故在有限元模型的下方增加一个固定的刚性地表面,让模型以一定初始速度撞向刚性地表面.依据手机在实际跌落试验中的跌落条件为模型施加边界条件,将手机旋转一定角度,在跌落中以手机的一个棱角碰撞接触刚体面,见图1.赋予整机在跌落方向上的冲击加速度,模拟其在一定冲击时间内的冲击响应.在跌落过程中,触摸屏玻璃与壳体发生碰撞,考察发生碰撞冲击时触摸屏玻璃的受力情况.图 1整机跌落模型2有限元分析结果通过改变与触摸屏玻璃接触的壳体材质和厚度,仿真分析在跌落过程中整机触摸屏玻璃的受力情况.仿真中假定跌落高度为0.7 m,则触摸屏玻璃在跌落过程中的受力情况分别见表1和2.由表1可知,与不锈钢材料相比,塑胶材料壳体在跌落时产生更大变形,吸收更多能量,所以相对来说,触摸屏玻璃吸收的能量减少,且塑胶壳体的大变形使壳体与触摸屏玻璃的接触响应时间延长,因而塑胶壳体对触摸屏玻璃的冲击力最大值降低.触摸屏玻璃与铝合金壳体接触时,触摸屏在跌落中的受力情况则介于不锈钢与塑胶之间.从上述分析可知,在手机结构设计中,与触摸屏玻璃接触的壳体材质应尽量选取模量低的材料.图 2跌落过程中壳体的变形情况由表2可知,随着壳体厚度从0.53 mm增大到0.93 mm,触摸屏玻璃受到的冲击力最大值和最大应力值分别降低38.6%和40.4%,碰撞响应时间减少21.0%,触摸屏玻璃吸收的能量降低44.5%.在壳体加厚后,壳体在跌落时吸收更多能量,对TP玻璃的冲击力降低,因而TP玻璃所吸收的能量降低.参考触摸屏玻璃测试数据,当壳体厚度为0.53 mm,跌落高度为0.7 m,壳体材质为不锈钢时,整机跌落触摸屏破裂风险较大,而当壳体厚度为0.73和0.93 mm时,触摸屏破裂风险不大.从上述分析可知,在手机结构设计中,增加壳体厚度在一定程度上可以降低跌落时壳体对触摸屏玻璃的冲击,也可以降低触摸屏玻璃在跌角过程中所吸收的能量.3结束语通过有限元仿真模拟手机在自由跌落试验中的状态,分析在相应的跌落条件下触摸屏玻璃的可靠性,及时发现可能存在的设计风险,为设计提供参考依据.使用有限元软件进行优化设计,可以在开发阶段选择正确的优化方法,缩短产品设计的时间,降低开发成本.(编辑于杰)。
Hypermesh与LS-Dyna接口实例-手机跌落仿真
模拟手机跌落过程一、问题描述模型文件:example.hm(模型见附件)目标:模拟手机掉落到刚性地面上的过程,手机的跌落高度为0.8m。
采用单位:质量T;时间S;长度mm分析手段:前处理工作在HyperMesh9.0中完成,运算提交采用LS-Dyna971。
二、有限元建模1.手机部件的网格划分过程略2.导入example.hm文件前,在Hypermesh中主菜单的Preferences下选择User Profile面板中选择LS-Dyna模板。
3.在impoer面板下hm model子面板中打开example.hm文件。
4.建立刚性地面的网格①建立一个以Ground命名的Component,将其设置成Current component。
②在view面板中将当前视角设为Top,在tool面板下进入Translate面板,将translate面板改为如下内容:③选择Housing最下端的一个节点,对其duplicate一下,然后沿y轴向下translate 1(mm);然后将该节点分别沿x方向和z方向平移一定的距离,在平移的过程中记得对node进行duplicate操作,最终形成的四个点如下:④在2d面板中进入planes子面板,将其内容修改为如下:⑤选择之前建立的四个节点,然后Create一下,完成对地面的建模,return返回。
5.建立材料①进入Materials面板,选择create子面板,为材料取名为PC-ABS,选择一种颜色,在card image中选择MA TL3,选择3号弹塑性材料,点击create/edit,并在Rho下输入数值1.14e-9(T/mm³),设定弹性模量E为2600(MPa),泊松比Nu为0.38,输入屈服应力SIGY为80(Mpa),点击return退出材料编辑,如下图:②以同样的步骤建立名为Alloy的材料,材料参数如上述材料属性表所述。
③仍在Materials面板,为材料取名为Rigid,选择一种颜色,在card image中选择MA TL20,选择20号刚体材料,点击create/edit,并在Rho下输入数值7.83e-9,设定弹性模量E为2.07e+5,泊松比Nu为0.3,点击CMO将其值设定为1,分别点击CON1和CON2,分别将其值设为7,点击return退出材料编辑,如下图:6.建立Property①进入Properties面板,选择create子面板,为Property取名为solid,选择一种颜色,在card image中选择SectSld,点击create/edit,如下图:②在section编辑面板中,点击ELFORM,将其值设定为2,Solid单元用2号全积分公式,点击return退出,如下图:③仍在Properties面板,选择create子面板,为Property取名为Shell2.0,选择一种颜色,在card image中选择SectShll,点击create/edit,如下图:④在section编辑面板中,点击ELFORM,将其值设定为16,shell单元用16号积分公式;点击Nip,将Nip设为5,使壳单元具有5个积分点;点击T1,将其值设成2,使Shell单元的厚度为2(mm),点击return退出,如下图:7.将properties分别赋予三个部件①进入Component面板,选择update子面板,点击component,勾选housing,点击select;点击Card image,令Card image=Part;点击Material,令Material=PC-ABS;点击property,令property=solid,点击update,至此顺利将相应的材料和property赋给housing,如下图:②同样的步骤,分别将Card image=Part,Material=PC-ABS,property=solid赋予Cover;将Card image=Part,Material=Alloy,property=solid赋予Battery;将Card image=Part,Material=Rigid,property=Shell2.0赋予Ground。
基于Abaqus的手持式电动工具跌落仿真
基于Abaqus的手持式电动工具跌落仿真作者:余芳来源:《计算机辅助工程》2013年第05期摘要:通过适当的几何简化并充分考虑材料的相关特性,合理再现零件之间的装配关系,应用Abaqus模拟手持式电动工具跌落测试.结果表明:仿真分析结果与试验结果吻合,能够观测到整个跌落冲击过程和产品内部的冲击特性,帮助找到导致失效的根本原因.跌落仿真分析结果可以在样机出来之前消除一些设计缺陷,有效指导产品设计.关键词:电动工具;跌落测试;材料特性;有限元分析; Abaqus中图分类号: TS914.5; TB115.1文献标志码: B引言手持式电动工具在整个产品设计周期内,需要考虑相关的认证标准,使最终设计的产品符合要求,跌落测试就是认证标准中的一项内容.按规定条件将手持式电动工具跌向刚性地面,检验工具在误跌时,电气、机械和功能的可靠性.[1]只有经过跌落测试,功能不丧失且电气及机械性能安全的产品才是对客户负责的产品.按照传统的方法,只有在拿到物理样机后才能进行跌落测试,既耗时又不经济,设计改进的局限性也很大.借助有限元仿真技术,设计人员可随意选择多个跌落方向,迅速模拟跌落过程.本文采用Abaqus[2]对手持式电动工具进行跌落仿真并加以阐述.关于仿真结果的准确性,可从几何简化、材料属性等方面进行探讨,旨在为后续的手持式电动工具及类似产品跌落仿真提供参考.1有限元模型1.1几何简化在手持式电动工具跌落测试中,失效的不一定是直接接触刚性地面的零件,也可能是处于载荷传递路径上的零件.在模拟过程中,仅保留核心零件,其余零件的质量赋予质心,再建立质心与核心零件间的连接关系,有一定的局限性.因此,除非已经确定整机中该零件是唯一需要验证的零件,否则建议建立整机模型的有限元模型.并不意味着需要将所有零件都考虑进来,那些对结果影响很小的零件(如内部电线、薄垫片、弹簧、橡胶圈和标签等)可以忽略.对于结构复杂且并非跌落测试中的关键零件(如马达和PCB等),可用简单的几何体代替.关键零件的某些细小特征对结果影响很小,但对网格质量影响较大,也可以考虑去除.经过这些考量,得到的有限元模型既可以保留整机的属性,又可以很大程度上减少前处理的工作量,提高网格质量,缩短计算时间.某手持式电动工具几何简化后模型见图1.图 1某手持式电动工具几何简化后模型1.2材料属性电动工具零件的材料包括钢、铸铝、塑料和橡胶等.其中,铸铝件和塑料件在跌落测试中容易出现失效,是重点考察对象.在跌落测试中,材料不只处于弹性变形阶段,通常会超过屈服极限进入塑性变形阶段.此时,仅考虑材料的弹性属性(如弹性模量和泊松比等)已不足以反映材料的真实情况.因此,在跌落仿真时,需要考虑材料以下几个方面的影响.1.2.1塑性材料的标准试样通过拉伸试验或者三点弯曲试验,可获得材料的名义应力应变曲线.典型金属材料的名义应力应变曲线见图2.1.2.2温度和水处理对于塑料和橡胶等材料,温度对材料属性的影响不可忽视,而尼龙这种具有吸水特性的材料,水处理对材料性能也有影响[3],见图3.通常,跌落测试在室温下进行,故温度对材料性能的影响在跌落测试中影响不大.(a)PA6 GF30无水处理(b)PA6 GF30有水处理图 3PA6 GF30在不同温度下/有无水处理的材料特性曲线1.2.3应变率在跌落测试中,冲击过程是高速并瞬态的,应变率相关的材料(如尼龙+玻纤)会展现不同的材料属性,普通的准静态试验获得的应力应变曲线已经不足以反应该特性,需要做高速试验,国内外这方面的研究工作已经很多.[4]材料在不同应变率下的特性曲线见图4.图 4材料在不同应变率下的特性曲线1.2.4玻纤方向对于尼龙+玻纤的材料,因为玻纤方向的不确定性和随机性,材料表现出很强的各向异性特性,玻纤方向对材料性能的影响[5],见图5.图 5玻纤方向对材料性能的影响可以在进行有限元分析前,通过相关软件确定材料的玻纤排布方向,随后对材料属性进行映射,以获得更高的仿真精度.本文所用的材料属性考虑以上几个方面的因素,因此,仿真结果精度能够得到保障.1.3初始条件的设定在保证计算精度的基础上,将实际的自由落体运动转换为施加初速度碰触地面,可以极大地缩短Abaqus的计算时间.施加在模型上的初速度Vin=2·g·h (4)式中:Vin为初速度,m/s;g为重力加速度,m/s2;h为跌落高度,m.计算时间长度设定为模型与地面接触碰撞之后又弹起来.1.4质量缩放在跌落仿真中,许多复杂模型包含一些尺寸很小的单元,由于几何限制,这些单元不能再被优化,而正是这些单元决定着仿真计算中的稳态时间增量步,使显式动态分析只能采用很小的时间增量.稳定时间增量Δt=Lecd=LeE/ρ (5)式中:Le为特征单元长度,mm;cd为材料的膨胀波速,mm/s;E为材料的弹性模量,MPa;ρ为材料的密度,t/mm3.为提高计算效率,Abaqus/Explicit常采用质量缩放的方法.在真正的动态仿真问题中,为保证结果的精度,只能对少数单元进行质量缩放,并且不允许明显地增加整个模型的质量.因此,在分析过程中仅对单元稳态时间增量低于给定值的单元进行质量缩放,只增加控制单元的质量可显著提高稳态时间增量,并且对整个模型的影响可以忽略不计.2结果和分析手持式电动工具跌落过程中,主要关心零件是否具有足够强度.本文对某款手持式电动工具的底板在2 m高以某角度跌落的结果进行仿真分析,结果见图6.仿真结果显示,初始设计中,底板部分区域应变超过底板材料的失效应变,以灰色显示.该底板的设计有进一步改进的必要.改进设计后,底板强度得到有效提高,应变值低于材料的失效应变.对改进设计后的零件进行加工并进行跌落测试,试验结果表明,该设计可以通过2 m跌落试验,试验结果与仿真结果吻合.3结束语跌落仿真可以应用于手持式电动工具或其他产品的跌落测试试验中,用来预测产品设计中可能存在的风险点.本文对跌落仿真结果和跌落测试结果的对比进一步证明,应用Abaqus/Explicit进行跌落仿真是可行性的.影响跌落仿真结果精度的因素有很多,本文针对几何简化,特别是材料特性进行探讨.因为手持式电动工具结构复杂,通常采用修正的四面体二次单元,本文未就单元类型的不同对仿真结果的影响展开讨论.(a)初始设计(b)改进设计(c)改进设计零件图 6底板2 m跌落仿真结果和试验结果参考文献:[1]IEC 607451—2006手持式电动工具安全性第1部分:一般要求[S].[2]刘展. Abaqus 6.6基础教程与实例详解[M]. 北京:中国水利水电出版社, 2008:221224.[3]BASF. Ultramid B3EG6[DB/OL]. (20130801)[20130810]. http:///campus/ en/datasheet/Ultramid%C2%AE+B3EG6/BAS F/20/3675d41d?pos=67.[4]MARCUS S, CHRISTIAN B, WOLFGANG G, et al. Mechanical behavior of glassfiber reinforced thermoplastic materials under high strain rates[J]. Polym Testing, 2008, 27(7):893900.[5]GHAZISAEIDI H. A description of the anisotropic material behaviour of shortglass fibre reinforced thermoplastics using FEA[D]. Karlskrona, Sweden: Blekinge Institute of Technology,2006.(编辑武晓英)。
手机跌落仿真试验毕业论文
手机跌落仿真试验毕业论文目录引言 (1)1.1课题研究的意义 (1)1.2 国外发展研究状况 (1)1.2.1 国研究发展状况 (1)1.2.2 国外研究发展状况 (3)1.3 本文的研究容 (4)1.4 本文采用的方法 (4)2跌落及软件介绍 (4)2.1 跌落相关 (4)2.1.1跌落试验的目的 (4)2.1.2跌落影响因素及选择 (5)2.1.3跌落试验原理及步骤 (5)2.2 有限元及其软件LS-DYNA介绍 (6)2.2.1有限元方法 (6)2.2.2 LS-DYNA发展概况 (6)2.3.2LS-DYNA分析能力 (7)2.4 本章小结 (7)3 手机跌落过程的仿真模拟 (8)3.1 手机结构及建立手机模型 (8)3.2手机模型参数设置 (12)3.2.1 指定单元类型 (12)3.2.2 创建实常数 (13)3.2.3 材料属性的定义 (13)3.3 网格划分、定义约束、施加载荷和其它设置 (15)3.3.1网格划分 (15)3.3.2定义约束 (16)3.3.3 跌落设置 (18)3.4 求解以及结果分析 (20)3.4.1 求解 (20)3.4.2不同高度跌落模拟对比 (24)3.5 本章小结 (25)4 结论与展望 (25)4.1结论 (26)4.2展望 (26)参考文献 (27)致谢 (29)引言1.1课题研究的意义在手机流通运输过程中,必然会受一些外部条件的影响,同时在消费者使用手机的过程中也可能会因为某些原因而发生跌落或者碰撞冲击,这些撞击会使手机的运动状态在极短时间发生急剧的变化,从而可能导致手机的损坏。
对于易损,高精度的手机来说,在流通过程中如果没有合理的包装,就会出现很高的破损率,这对于生产厂家和个人消费者来说都是相当不愿意看到的,造成的经济损失不言而喻。
据统计,跌落冲击是各种冲击环境中最为强烈的,而由此引发的损害也是手机在运输,使用过程中的最主要失效形式。
为了便于装卸、运输和储存,也为了避免在产品受到冲击降低或丧失其使用价值,对产品受到冲击后的反应研究也就很有必要,以通过它对产品进行合理的包装,最大限度的保证产品的安全。
手机电池盖跌落仿真分析
手机电池盖跌落仿真分析
俞璐;薛澄岐;祖景平
【期刊名称】《电子机械工程》
【年(卷),期】2008(24)1
【摘要】运用HyperMesh/Ls-Dyna软件就手机电池盖在自由跌落试验仿真分析过程中的状态进行了模拟,并观察其在跌落过程中是否同手机主体脱离,导致电池裸露,从而导致整体设计的失败.同时与真实情况相对比,证实了仿真分析的可靠性,其数据可以作为评价设计方案的参考,从而保证整体设计方案的通过.
【总页数】4页(P47-50)
【作者】俞璐;薛澄岐;祖景平
【作者单位】东南大学机械工程学院,江苏,南京,211189;东南大学机械工程学院,江苏,南京,211189;东南大学机械工程学院,江苏,南京,211189
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.手机电池盖注射模设计 [J], 沈俭;鄢和兵;王巍
2.基于Moldflow的手机电池盖浇口位置选择 [J], 於孝朋;汪建利;陶锋
3.基于Moldflow的手机电池盖浇口位置选择 [J], 於孝朋;汪建利;陶锋
4.手机电池盖跌落的仿真分析 [J], 俞璐; 薛澄岐; 祖景平
5.新型碳纤维复合材料手机电池盖IML注射工艺研究 [J], 刘永福;胡浩良;黄珍媛;尹高喜;杨金表;汪智勇
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基于有限元仿真的大屏幕超薄手机抗跌落研究
基于有限元仿真的大屏幕超薄手机抗跌落研究作者:吴剑来源:《数字技术与应用》2012年第11期摘要:在手机结构设计中针对大屏幕超薄手机抗跌落冲击能力差的弱点,对其结构进行优化。
运用Ansys/Ls-Dyna软件对其进行模拟跌落仿真,得到手机触摸屏和LCD在不同工况跌落时的应力情况,通过对比分析优化设计的可行性,并与实际的手机跌落试验进行比较,验证了仿真分析的准确性。
关键词:手机跌落仿真跌落优化设计 Ansys/Ls-Dyna 大屏幕超薄手机中图分类号:O347.3 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2012)11-0089-02近年来由于显示技术与触摸控制技术的大力发展,使得大屏幕触摸屏超薄智能手机逐渐变成市场主流。
这类手机在结构上所具有的特征有:(1)大尺寸LCD。
尺寸都达到3.5英寸以上,厚度却逐渐下降到2mm以下。
(2)大尺寸电容式触摸屏。
随着苹果公司2007年首先量产配备电容式触摸屏的手机,这种以玻璃为表面材料的触摸屏逐渐成为主流。
基本的结构是钢化玻璃+ITO玻璃双层叠加,总厚度在1.2mm以下。
(3)整机厚度薄。
由于屏幕尺寸变大,综合外观设计和方便携带的考虑,目前主流的厚度已经减至10mm以下。
(4)重量重。
由于智能机功能丰富,所以CPU耗电较大,为保持待机时间,必须使用大容量的电池。
而且由于产品使用的触摸屏和LCD模组都以密度较大的玻璃为主要材料,整机的重量一般都在130g以上。
以上几点,使得这类大屏幕超薄手机在受到冲击后失效比例要远远大于普通机型。
据SquareTrade公司公布的2011年内返修数据中指出,苹果四代手机2011年返修记录中有82%是触摸屏和LCD的碎裂。
为了有效地减少产品开发时间和开发成本,将CAE仿真技术运用于手机结构设计的过程中,能在设计的初期阶段预测整个产品和各个零部件的设计是否符合国家对电工电子产品的环境试验的标准规定,有效减少产品开发周期,为企业节约了成本。
在 SolidWorks 中模拟跌落测试
在 SolidWorks 中模拟跌落测试白皮书定义算例如果在您正使用 PDA 或手机时有人碰到了您的胳膊,而使设备不慎跌落到地上,这时如何才能保护设备的工作零件?或者,当码放储存罐的吊车不慎将其跌落,储存罐的结构会发生什么情况?到目前为止,要了解此类意外情况的结果,需要对所研究的结构进行破坏性物理测试,或者执行非常复杂的非线性和动态响应有限元分析 (FEA),而这种复杂的分析更适用于模拟汽车碰撞。
在 SolidWorks 中,设置跌落测试就像设置其他任何算例一样。
步骤 1 — 定义算例并选择材料用户打开一个算例,并将其命名为“跌落测试”。
然后,如果尚未在 SolidWorks 模型中指定材料,则用户需要输入材料;可以为装配体中的不同零部件指定不同的材料。
随后转到设置菜单。
步骤 2 — 指定跌落高度、地板方向和地板刚度在设置算例时,用户可以选择指定跌落高度(即冲击距离)或冲击速度,这些可以通过在跌落测试之前执行的运动学算例来确定。
如果选择高度算例,则需要指定从物体的重心(或物体中心)还是从物体的底部进行测量,还要输入重力的方向(或物体跌落的方向)。
如果指定跌落高度,程序会自动计算碰撞前瞬间的速度 (2gh)1/2。
地板或物体跌落到的其他表面的默认角度垂直于重力。
但是,用户可以更改角度,并且可以根据需要输入关于掉落物体落到地板上时发生的任何摩擦的数据。
这种摩擦取决于物体跌落到的物体表面的材料,例如沥青或混凝土。
而且,会假设默认地板比跌落的物体要硬(或刚度大)很多。
用户可以将地板更改得柔软一些,并指定其刚度 — 木质地板与铺着地毯的地板的刚度不同。
通过指定装配体中可能相互接触的各个零部件的表面,例如,用户可以模拟在碰撞后这些零部件之间的交互作用 (见图4)。
现在,SolidWorks software 使设计工程师能够方便快速地预先对他们的设计进行跌落测试成为可能。
设置跌落测试就像设置其他任何算例一样。
手机主摄像头跌落仿真和优化设计
手机主摄像头跌落仿真和优化设计作者:占智贵刘明建来源:《计算机辅助工程》2015年第02期摘要:为有效解决智能手机主摄像头蓝玻璃的脆性开裂问题,开展主摄像头跌落的有限元仿真和高加速度冲击测试,结果表明:在高加速度下产生的碰撞力是导致蓝玻璃开裂的根本原因.优化设计方案有效降低蓝玻璃的应力,解决蓝玻璃的开裂问题.关键词:手机;主摄像头;蓝玻璃;可靠性;脆性开裂;跌落测试;冲击测试;威布尔分布中图分类号: TN929.53;TB115.1文献标志码:BAbstract:To solve the brittle cracking problem of blue glass in the main camera of intelligent mobile phone effectively, the finite element simulation are performed on the main camera drop and the high acceleration impact test is carried out. The results show that the impact force generated at high acceleration is the main factor that leads to the brittle cracking of blue glass. The optimization design schemes can effectively reduce the stress of blue glass, by which the problem of brittle cracking of blue glass is solved.Key words:mobile phone; main camera;blue glass; reliability; brittle cracking; drop test; impact test; Weibull distribution0引言进入智能手机时代,超薄、极致拍照成为手机发展的趋势.超薄会削弱手机的刚度,降低对摄像头的保护能力;极致拍照需要增大主摄像头的尺寸,使摄像头本体的最大尺寸达到10 mm左右,尺寸增大也导致摄像头本体刚度的降低.跌落测试下摄像头变形增加,内部脆性元件蓝玻璃开裂失效率明显上升.手机蓝玻璃开裂实物见图1.摄像头蓝玻璃的开裂问题是近2年出现的新问题,目前国内还没有文献单独研究蓝玻璃的冲击开裂失效问题.本文首先通过三点弯曲测试方法测定蓝玻璃的强度,运用威布尔分布方法确定开裂的应力阈值;然后建立摄像头和手机结构的详细有限元模型,在整机中进行跌落仿真,分析蓝玻璃的应力分布.采用垂直式冲击试验台对摄像头单体进行加速度冲击试验,证实导致蓝玻璃开裂的原因是摄像头内部撞击.1主摄像头内部结构简介摄像头结构可以分为4部分:镜头载体、壳体、蓝玻璃和主板,其内部剖面见图2.蓝玻璃为脆性材料,采用胶水贴附在壳体的塑胶面上.2蓝玻璃开裂阈值的确定方法2.1蓝玻璃开裂强度测定通常可以采用三点弯曲测试方法测定蓝玻璃的开裂强度.将蓝玻璃两端支撑,在跨中施加集中力直至蓝玻璃断裂,测试结果见图3.2.2威布尔分布方法确定开裂的应力阈值根据三点弯曲的测试结果可知,蓝玻璃开裂强度的离散性较大,如果采用常规的平均强度值作为开裂应力阈值,会导致失效概率太大.威布尔分布方法广泛运用于可靠性工程中,电子和机械行业的很多企业将其应用于可靠性和使用寿命分析中.[1-6]由于应力值越小失效概率越低,通常不同的行业和企业根据自身情况确定失效概率.采用威布尔分布方法处理蓝玻璃三点弯曲测试的强度数值,得到强度和概率的分布曲线,见图4.笔者所在公司通常选择10%失效概率对应的强度数值作为控制开裂的应力阈值,据此确定蓝玻璃的开裂应力阈值为70 MPa.3跌落仿真方法3.1网格划分和前处理网格划分是有限元分析的基础.手机塑胶壳体采用2阶四面体单元C3D10M,五金件采用六面体单元以提高时间步长、计算速度和精度;盖板玻璃采用六面体单元;主板采用实体壳单元;主板上的器件若非重点关注,则可以简单划分成六面体单元.[7-9]摄像头壳体采用2阶四面体单元C3D10M,内部的蓝玻璃采用实体壳单元,输出蓝玻璃的应力场变量,并将最大主应力作为历史变量输出.将常用的材料属性分别赋予手机的各个零件,设置好通用接触和相应的边界条件.为缩短动态跌落仿真分析的计算时间,定义合适的质量缩放因数,整机质量放大因数控制在5%以内.整机网格划分和前处理完成结果见图5.3.2跌落仿真分析和结果在用户使用过程中,手机跌落方向往往是随机的,面、角、边均可能受到碰撞.跌落方向对整机受力有显著影响.[10]为全面评估跌落的可靠性,根据手机结构特点,面、角、边都需要选择数个方向进行跌落仿真.通过大量仿真,发现手机正面方向跌落时摄像头蓝玻璃的应力最大(结果见图6),最高应力达到128 MPa,而蓝玻璃的应力控制阈值为70 MPa,开裂风险很高.观察仿真动画可知,摄像头的镜头载体与蓝玻璃背面的塑胶发生明显撞击.输出此处的撞击力,最大达到60.91 N.镜头载体的质量约0.21g,仿真计算的竖向的加速度峰值为2.95×104g,估算最大的竖向冲击力约为61.95 N.估算的冲击力与仿真计算的冲击力基本吻合.在高速冲击下,镜头载体的质量虽然很小,但是由于加速度达到2.95×104g,相当于质量放大2.95万倍,因此冲击力很大,足以导致蓝玻璃开裂.4摄像头单体冲击可靠性测试通过上述仿真,初步分析是摄像头内部的镜头载体与蓝玻璃所贴附的塑胶面发生撞击,导致蓝玻璃开裂.为排除摄像头与手机壳体结构发生撞击导致开裂的可能性,开展摄像头单体冲击可靠性测试.主摄像头冲击试验见图7.试验采用某型垂直式冲击台,将摄像头单体固定于冲击台的台面上.设置冲击高度,进行高加速度冲击.冲击台产生正弦形状的加速度波形,加速度峰值为2.2×104g,带宽为0.06 ms.通过试验可以判断,在高加速度下,摄像头内部的镜头载体与蓝玻璃碰撞是导致蓝玻璃开裂的根本原因.该结论为摄像头的优化设计指明方向.5摄像头优化设计解决蓝玻璃开裂问题的思路有2个:一是减小碰撞的力度,二是提高摄像头内部抵抗碰撞的能力.优化设计方案见图8.由表1可知,优化设计方案对蓝玻璃的应力有显著改善,case 4应力为32 MPa,而蓝玻璃开裂阈值为70 MPa,蓝玻璃开裂风险得到有效控制.对优化设计后的摄像头进行跌落可靠性验证,证明蓝玻璃开裂问题解决.6结束语1)通过实测确定蓝玻璃的强度,再采用威布尔分布方法确定开裂的应力阈值,该方法运用于仿真分析可行.2)使用Abaqus进行有限元仿真,在设计阶段就可以及时发现主摄像头设计缺陷,通过试验与仿真相结合的方法排查开裂原因,选择正确的优化设计方法,并进行仿真验证,可以大幅降低改模成本,缩短新项目开发时间.参考文献:[1]洪延姬,王志魁,李俊美,等. 寿命服从威布尔分布产品相关失效数值分析[J] . 装备指挥技术学院学报, 2002, 13(5): 33-35.HONG Yanji, WANG Zhikui, LI Junmei, et al. Dependent failure numerical analysis method for Weibull distributed units[J]. J Academy Equipment Command & Technol, 2002, 13(5): 33-35.[2]姜理利. 多晶硅微悬臂梁断裂失效的可靠性模型建立[D]. 南京:东南大学, 2006.[3]陈冰,尹禄,徐魁. 威布尔分布在电子元器件可靠性评估中的应用[C]// 2009全国虚拟仪器大会论文集(二). 桂林, 2009: 13-19.[4]于捷,申桂香,贾亚洲. 基于三参数威布尔分布的数控机床的可靠性评价[J]. 现代制造工程, 2007(5): 18-20.YU Jie, SHEN Guixiang, JIA Yazhou. Reliability evaluation on CNC lathes based on three Weibull distributions[J]. Modern Manufacturing Eng, 2007(5): 18-20.[5]凌丹. 威布尔分布模型及其在机械可靠性中的应用研究[D]. 成都:电子科技大学, 2010.[6]崔卫民,薛红军,喻天翔,等. 试验数据服从Weibull分布时可靠性试验最少试件数的确定[J]. 机械工程学报, 2008, 44(1): 51-55.CUI Weimin, XUE Hongjun, YU Tianxiang, et al. Determination of sample size for Weibull distribution in structural reliability tests[J]. Chin J Mech Eng, 2008, 44(1): 51-55.[7]韩克明,孙志刚,林墨洲. 手机触摸屏抗跌落仿真分析[J]. 计算机辅助工程, 2013,22(S2): 418-420.HAN Keming, SUN Zhigang, LIN Mozhou. Drop simulation and analysis of touch panel of mobile phone[J]. Comput Aided Eng, 2013, 22(S2): 418-420.[8]汤立群,孙晖,何庭蕙,等. 跌落条件下手机的冲击动力学分析和结构优化设计[J]. 现代制造工程, 2006(6): 112-114.TANG Liqun, SUN Hui, HE Tinghui, et al. Impact dynamics analysis and optimization design of a mobile phone under dropping conditon[J]. Modern Manufacturing Eng, 2006(6):112-114.[9]彭必友,谢佳斌,冯权和,等. 直板手机跌落破坏数字化分析研究[J]. 西华大学学报:自然科学版, 2009, 28(1): 74-77.PENG Biyou, XIE Jiabin, FENG Quanhe, et al. Digitalized analysis of open-faced mobile phone damage caused by falling[J]. J Xihua Univ: Nat Sci, 2009, 28(1): 74-77.[10]段良. 手机跌落实验及其计算机模拟技术研究[D]. 济南:山东大学, 2009.(编辑武晓英)。
手机电池盖跌落仿真分析
( 东南大学机械工程学院, 江苏 南京 2 18 ) 1 19
摘 要 : 用 H p r eh L —D n 软 件 就手机 电池 盖在 自由跌 落试验 仿 真分析 过程 中的状 态进 行 了模 运 y eM s/ s y a
拟, 并观 察其 在跌 落过程 中是 否 同手机 主 体脱 离 , 致 电池 裸 露 , 而导 致 整 体设 计 的失 败 。 同 时与真 导 从
pr e / s ya e s L— n 有限元分 析软件对一手机壳体模型 M h D 实现 了 由 P O E模 型 导人 , R / 并分 析 手机跌 落模 拟仿 真
过程 中手机 电池 盖是 否 同手 机 主 体脱 离 , 导致 电池 裸
开发后期进行 。接触和碰撞是生产和生活中普遍存在 的力学问题 , 由于物体间接触时其接触面是待定 的, 接 触 问题表 现 出很 强 的非 线 性 特 征 , 因此 对 接 触 和 碰 撞
实情况相对比, 实了仿真分析的可靠性 , 证 其数据可以作为评价设计方案 的参考, 从而保证整体设计方
案 的通过பைடு நூலகம்。
关键词 : 自由跌落; 手机 电池盖; 有限元技术 ; 环境试验 中图分 类号 :P 9 . 文献 标识 码 : 文 章编 号 :0 8— 3 0 2 0 ) 1— 0 7— 4 T 3 19 A 10 5 0 ( 0 8 O 0 4 0
成本 , 高 产 品 的 市 场 竞 争 能 力 。文 中 利 用 H — 提 y
个零 部件 的设 计是 否符 合 国家 对 电工 电子 产 品的环 境 试验 的标 准规 定 。而 自由跌落 作 为通讯 产 品手 机环 境 试验 的一 个重 要试 验项 目, 其属 于 实物 试验 , 在产 品 多
全尺寸手机跌落的LS-DYNA数值模拟
全尺寸手机跌落的LS-DYNA数值模拟李旦;赵廷渝;王永虎【摘要】采用基于ANSYS/LS-DYNA的产品跌落仿真方法,对华为荣耀8全尺寸手机跌落过程进行数值模拟,通过选取手机冲击区内三个网格单元和三个节点,得到手机网格与节点处有效应力、材料变形、速度与加速度响应等动态特性,结果表明:在2 ms的垂直跌落过程中,最大应力在0.9 ms时取得,达到2.2×107 Pa,且位于冲击区圆角处.由此可推断手机的易损位置,以对质量问题进行改进,进一步缩短电子产品开发周期,节约成本,为产品造型和工艺参数优化提供一定的技术参考.【期刊名称】《宜宾学院学报》【年(卷),期】2017(017)012【总页数】4页(P28-31)【关键词】结构强度;数值模拟;动态特性;产品造型【作者】李旦;赵廷渝;王永虎【作者单位】中国民用航空飞行学院飞行技术学院,四川广汉618307;中国民用航空飞行学院飞行技术学院,四川广汉618307;中国民用航空飞行学院飞行技术学院,四川广汉618307【正文语种】中文【中图分类】TP391.9近年来,大屏幕智能手机成为市场主流,但屏幕尺寸增大同时带来了触摸屏玻璃易裂、功能易受损等问题,因此,手机结构强度设计成为真机设计的重要内容.且人们对电子产品的性能提出了更高的要求,例如使用轻巧、系统稳定、操作可靠等,这也使得进一步对电子产品性能研究分析显得相当重要.随着手机、电脑等诸多电子产品市场竞争日趋激烈,制造商为了短时间内得到销售市场,同时缩短产品研发周期与开发成本,一般采用CAE技术对电子产品进行性能分析.在现代生活中,人们使用的手机普遍具有移动性与便携性等特点,所以使用环境相比固定电子产品更为复杂,恶劣[1].人们在手机使用时,偶尔会遇到手机跌落的情况,如果手机与坚硬物体面发生碰撞,极有可能导致手机屏裂、壳裂、芯片脱焊开裂等严重后果,因此,制造商将手机跌落试验作为可靠性试验研究中相当重要的一部分内容进行分析. 目前,由跌落或撞击所导致的手机壳体机械冲击是手机主要的破坏方式,因此,手机结构强度设计将直接影响其本身的抗冲击性能、使用寿命与耐用性.随着计算机仿真技术广泛应用于工程实际问题,大量学者开始利用ANSYS/LS-DYNA软件对手机跌落过程进行数值模拟分析,相比理论计算方法,此种分析具有明显的优越性.其中,熊建友等[2]利用ANSYS/LS-DYNA对手机跌落进行仿真,获得应力、变形随时间变化结果;韩克明等[3]对手机触摸屏抗跌落进行仿真分析,得到跌落过程中触摸屏受力情况;占智贵等[4]对手机主摄像头跌落仿真和优化设计,得出高加速度下产生的碰撞力是导致蓝玻璃开裂的根本原因.以上的手机跌落分析集中于对手机主要部件的仿真研究,例如触摸屏、电池板受力情况,且大部分仿真采用缩比模型,导致仿真结果存在一定的误差.对此,本文建立了荣耀8全尺寸手机模型,改进以往仿真研究中存在的不足[5],以期为手机产品的优化提供理论参考.1 ANSYS/LS-DYNA简介目前,LS-DYNA程序可供选择的金属和非金属材料模型有140多种,为数值模拟提供了重要的模型参数.LS-DYNA可处理各类复杂的非线性问题,例如高速冲击、爆炸以及结构撞击等动态非线性问题[6].由于LS-DYNA能够模拟各种实体结构、壳结构等,在处理分析大位移、大转动以及大应变问题时计算速度快,计算结果精确,因此,被广泛应用于工程实际领域.LS-DYNA一般采用瞬态动力学分析手机跌落问题,求解器以显示为主,最终获得冲击载荷作用下手机节点位移、网格单元应力、节点速度以及加速度随时间变化等计算结果.动力分析时采用中心差分法,中心差分法是条件稳定算法,保持稳定状态需要相对较小的时间步长,这些特点对非线性分析具有重要的意义[7].采用中心差分法来进行动态问题的时域积分,则有如下位移、速度和加速度关系式:式中u(i-1)为(i-1)时刻的位移.从公式(1)中可以看出,当前时刻的位移只与前一时刻的加速度和位移有关,这就意味着当前时刻的位移求解无需迭代过程.另外,只要将运动过程中的质量矩阵和阻尼矩阵对角化,就可以省去对质量矩阵与阻尼矩阵的求逆运算,前一时刻的加速度求解无需解联立方程组,从而使问题大大简化,由于弹性项放在内力中,利用矩阵乘法可得等效载荷向量,因此,计算效率很高.数值模拟手机跌落问题时,时间步长必须小于临界时间步长,临界时间步长公式如下:其中ωn为系统的最高阶固有振动频率.当特征值方程时,便可求得ωn.2 数值建模由于LS-DYNA整合了ANSYS前、后处理功能,且其前处理功能可对简单模型直接进行建模造型,并进行几何清理与网格划分,通过参数设置和计算求解,最终得到数值模拟手机跌落时应力应变云图、速度以及加速度响应等数据结果[8].2.1 建立手机模型根据华为荣耀8手机的实际参数,建立如图2所示的模型,其机身长度145.5 mm,宽度71.0 mm,厚度7.45 mm,机身重量约153 g.为了节约计算成本,对模型进行了简化,简化为三个部分,采用统一的协调单位和材料参数.手机屏幕与后盖采用SOLID164六面体实体单元,网格单元尺寸0.8 mm,最小单元尺寸0.1 mm,塑胶壳体模内五金嵌件、显示屏支架以及电池等采用SHELL163四边形壳单元,网格单元尺寸1 mm,手机本身结构决定了对其进行网格划分较为复杂.网格划分是有限元分析的基础,网格质量的好坏将直接影响计算效率和结果准确性,如果网格单元尺寸相差较大,可能会使时间步长变得较小,因此,本文采用自动设定与统一设定网格划分两种方式,根据手机不同部件划分不同的网格尺寸,保证网格单元大小尽量均匀[9].图1 手机网格模型2.2 手机材料设置手机前壳和中框主要用于内部各部件安装定位,由于手机体积有所限制,因此,其特征非常复杂.制作手机时可供选择的材料种类很多,例如PC、ABS、PC+ABS、POM、PMMA、TPU、RUBBER以及最新出现的材料PC+玻纤和尼龙+玻纤等.华为荣耀8手机屏幕材质类型采用低温多晶硅技术(LTPS),手机壳体采用PC+ABS塑料,触摸屏材料属性根据LCD屏幕属性进行设置[10].在ANSYS建模初期材料设置时,Material Models选择线性linear,再选择弹性elastic,最后选择各向同性isotropic,材料密度设为1 200 kg/m3,泊松比设为0.35,跌落平台设置为刚性材料,密度设为2 700 kg/m3,泊松比设为0.3.国家标准规定物理跌落试验的跌落平台表面应是平滑、坚硬的刚性表面,且平台重量至少为手机重量的50倍以上,因此,本文将跌落平台的材料属性设置为刚性材料,以满足标准的跌落试验要求[11].2.3 边界条件设置对手机的初速度、边界条件、接触类型及约束条件等参数进行设置,从而确定一个比较完整的工况.手机与跌落平台之间不能有初始的接触,为了减少跌落距离过高导致计算机求解时间增大的影响,手机与跌落平台之间的法向距离设为1 cm,跌落平台选择面约束,限制其X、Y、Z三个坐标轴上的转动与移动自由度,使其在冲击后保持原有状态,同时,由于主要考虑手机垂直方向的冲击载荷,因此,不能限制X与Y轴移动自由度,其余自由度都需进行限制,手机模型边界示意图如图2所示.图2 模型边界示意图3 数值模拟结果及分析通过LS-DYNA求解器计算处理,最终获得手机跌落过程中冲击区域的应力应变云图.同时,还可获得碰撞区域模型变形量、材料性能变化、节点速度以及加速度响应等动态特性.本文主要对手机应力应变云图、有效应力、节点速度以及加速度变化历程进行分析,通过上述数据结果反复修改模型参数,优化手机及其缓冲包装结构及尺寸,设计出合理的产品结构和缓冲包装[12].3.1 应力图分析通过对模拟得到的加速度、变形、应力及应变云图等进行研究,可为手机结构设计及包装保护工作提供一定的数值依据.选取T=1 ms时刻应力应变云图进行分析,其应力应变云图如图3所示.图3(a)为手机后盖等效应力云图,可以看出,此时手机网格模型发生明显变形,从等效应力云图颜色上可以明显观察到,手机与跌落平台冲击区冲击载荷最大,手机顶部承受冲击载荷较大.图3(b)为手机屏幕等效应力云图,由于屏幕网格划分较为复杂,因此,碰撞区域网格变形更为明显,通过观察该时刻应力图颜色可得,手机与跌落平台之间冲击载荷最大,其余区域所受冲击载荷较小[13].从宏观角度对等效应力云图进行把握,在手机模型设计初期,可将冲击载荷大的位置加厚,也可在此位置安装加强筋或缓冲包装结构,使得手机外壳能够抵抗冲击载荷的作用,保证手机外壳不会受到损坏.图3 手机等效应变云图为了准确分析手机冲击跌落平台时有效应力变化历程,选择三个位置不同的网格单元,经过数据处理得到单元有效应力随时间变化曲线,如图4所示.图4 单元有效应力变化历程从图4可以看出,在0.9 ms时刻后三个网格单元有效应力瞬间增大,由于3718单元在冲击区域中心位置,因此,B曲线中有效应力首先达到峰值,达到2.2×107Pa,其余两个单元应力增幅相对而言较小,最大时达到1.15×107Pa.3.2 节点速度、加速度响应分析选取手机与跌落平台冲击区之间三个节点作为研究对象,如图5所示,通过求解处理节点处速度、加速度具体数值大小,得到节点速度、加速度随时间变化历程,可以利用曲线中数据特点多次修改手机模型参数,这将为手机强度校核与优化设计提供一定的技术参考[14].图5 手机碰撞区节点号在后处理软件LS-PREPOST中经过滤波处理,得到碰撞区域三个节点速度变化历程,如图6所示.从图6可以看出,手机与跌落平台碰撞时三个节点速度在0.9~1.35 ms数值变化最大,表明该时间段内手机承受的冲击力最为剧烈,根据上述速度最大值将手机抗冲击性能进行设计,使其满足要求,从而使手机承受住该时间段内的冲击[15].图6 节点速度变化历程从图7可看出,T=0.9 ms时刻开始,三个节点加速度开始频繁变化,节点1239与1109加速度响应更为明显,且加速度峰值达到4×104m/s2.在1.3 ms之后变化趋势逐渐缓和,这就说明数值模拟初期设置终止时间为2 ms满足分析要求.通过不同工况下仿真结果可以看出,手机承受的冲击载荷与跌落姿态有直接关系,该结果与真机跌落试验得到的结论基本吻合[16].通过对数值模拟手机跌落过程进行分析,可发现手机结构中易损位置,为初期模型开发设计及模型改造提供了参考依据.4 结语图7 加速度随时间变化历程本文采用LS-DYNA数值模拟手机跌落问题,尽管该方法在工程实际中已经应用多年,但与真机实际跌落情况仍然存在差异.通过对手机材料、网格划分、碰撞区节点单元选取等前期工作进行优化设计,不仅能保证仿真过程有效,还可通过观察节点处的受力、变形、加速度等动态特性更加准确地进行量化分析,从而缩小仿真结果与实际跌落情况的差值,进一步提高仿真结果准确性.同时,经过分析手机模型受冲击后节点处变形结果,可对提高手机材料抗跌落性能展开研究.通过整合不同工况下数值模拟手机跌落积累的大量经验与数据结果,可以大幅度提高手机可靠性要求,确保手机出厂后满足抗冲击性能要求.参考文献:[1]陈鹏,王红岩,郝贵祥,等.薄壳结构跌落冲击仿真与试验研究[J].装甲兵工程学院学报,2011(5):20-24.[2]熊建友,辛勇,揭小平,等.ANSYS/LS-DYNA在跌落仿真中的应用[J].计算机辅助工程,2003(2):46-49.[3]韩克明,孙志刚,林墨洲.手机触摸屏抗跌落仿真分析[J].计算机辅助工程,2013(A02):418-420.[4]占智贵,刘明建.手机主摄像头跌落仿真和优化设计[J].计算机辅助工程,2015(2):59-62.[5]佘淑华,陈新连.基于ANSYS/LS-DYNA的非线性碰撞问题仿真分析[J].装备制造技术.2009(8):39-40.[6]张鹏,周德源.基于ANSYS/LS-DYNA的护栏冲击模拟分析精度研究[J].振动与冲击,2008(4):147-152.[7]陆维生,冯志华,邹甲军.基于ANSYS/LS-DYNA的PCB板跌落仿真[J].苏州大学学报(工科版),2006(1):42-46.[8]刘继飞.缓冲包装材料性能的分析方法与研究进展[J].包装工程,2014(7):149-155.[9]杨书仪,刘德顺,赵继云,等.产品跌落冲击耐撞性能稳健设计研究进展[J].中国工程科学,2010(1):61-66.[10]聂君锋,张海泉,李红克,等.储液容器跌落事故的有限元分析[J].核动力工程,2013(3):144-147.[11]刘永辉,张银.基于有限元分析的洗衣机跌落冲击仿真及改进设计[J].振动与冲击,2011(2):164-166.[12]刘丹丹.CAE技术在产品结构仿真中的应用[J].工程建设与设计,2016(7X):244.[13]杨书仪,刘德顺,赵继云.基于LS-DYNA的移动硬盘跌落冲击耐撞性能分析[J].振动与冲击,2012(9):13-17.[14]张彬,高强.基于ANSYS的笔记本电脑的跌落测试仿真分析[J].科技创新导报,2014(4):75-76.[15]许富华,武剑锋,陈思佳,等.考虑摩擦效应的包装件跌落冲击响应研究[J].包装工程,2015,36(19):33-37.[16]朱霞,顾景喜,陈俊斌,等.JG3军用合成制动液运输包装跌落仿真分析[J].包装工程,2015(9):64-68.。
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基于HyperMesh/Ls-Dyna的手机跌落模拟仿真的解析
作者:Simwe 来源:发布时间:2011-12-15 【收藏】【打印】复制连接【大中小】我来说两句:(0) 逛逛论坛
1.1 HyperMesh/Ls-Dyna软件简要介绍
当有限元方法应用于实际问题的分析时,方便、快捷地得到可靠的结果,无疑是共同的目标。
因此分析过程的有效性和结果的可靠性成为有限元方法的两大核心问题,其中涉及合理的有限元模型的建立,恰当的分析方案和计算方法的选择,以及对计算结果的正确解释和处理三个方面,这些在本文后面的内容中都有详述。
由于基于有限元的手机跌落模拟仿真分析是手机耐撞设计与改进的重要方法和手段,因此,如何保证仿真的精度和正确性以及提高仿真效率对于其工程应用至关重要。
一般说,仿真的精度与正确性与两个因素有关,第一个因素是有限元模型建立的精度,第二个因素是有限元仿真软件的核心计算算法。
仿真的效率也与两个因素有关,第一个因素是有限元模型网格精度的控制,第二个因素是仿真过程中适当的求解控制。
因此,下面将简要介绍一下本文项目进行模拟仿真求解时所选择模拟仿真软件的一些特点。
由于有限元技术的特点,使得有限元软件的前后处理软件成为一个相对独立而又十分重要的部分。
目前,在国际上被认可的前后处理软件包括Altair公司的HyperMesh、MSC公司的Patran、EDS公司的FEMAP、SamTech公司的Samce/Field、CAE-Beta公司的ANSA、CFDRC公司的CFD-GEOM和Ceetron公司的GLview Pro和CEI公司的EnSight等软件。
在一般情况下,相关的前后处理软件都与比较通用的CAD软件具有良好的接口,同时也可与众多的有限元求解软件相结合,以便于用户更快、更方便地解决一些问题。
HyperMesh是一款高效率的有限元前后处理软件,能够建立各种复杂模型的有限元和有限差分模型,与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能。
HyperMesh 是一个针对有限元主流求解器的高性能有限元前后处理软件,工程设计人员可以在一个极佳的交互式可视环境下对多种设计条件进行分析。
HyperMesh的图形用户界面易于学习。
其先进的后处理工具可以方便地显示复杂地模拟结果,并使之易于理解。
下面简要介绍一下HyperMesh软件本身的强势。
LS-DYNA软件是功能齐全的几何非线性(大位移、大转动和大应变)、材料非线性(140多种材料动态模型)和接触非线性(50多种)程序[8]。
它以Lagrange算法为主,兼有ALE和Euler算法;以显式求解为主,兼有隐式求解功能;以结构分析为主,兼有热分析、流固耦合功能;以非线性动力分析为主,兼有静力分析功能(如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算);是军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。
由于软件本身发展的历史原因,无论是从单元库和材料模型上,还是从接触类型和算法上,其都非常适合求解电子产品所涉及到的模拟仿真问题。
通过上面关于两个软件的陈述,可以说本文选择的两个联合求解软件可谓是强强联合,因为它们在各自的应用领域都是非常著名的并得到了许许多多国际化大公司的认可,这样的选择不仅能够提高计算精度,而且也减少了计算成本,达到资源优化的目的。
1.2进行跌落模拟仿真分析的原因
“3C”产品(电视、手机、扫描仪、空调、计算机、电动工具等)在运输、装卸及使用过程中结构可能发生破坏。
有接近80%的电子机构产品损坏来自于高速撞击,研发人员往往耗费大量的时间与成本针对产品做相关的品质验证,最常见的结构试验就是跌落和冲击试验,在工业发达国家,电子家电等产品传统的跌落试验越来越多地有计算机仿真来完成,这不仅显著地降低了产品开发费用和缩短了产品的开发周期,而且极大提高了企业研发能力和产品的竞争力。
传统的跌落试验有以下局限性:
Ø必须要有原型机才能进行实验
Ø很难控制跌落冲击的边界条件
Ø检测装置固定方式的影响
Ø只能获得有限数据信息
Ø很难检测到产品内部的冲击特性
Ø很难观测到整个跌落冲击过程
而计算机模拟仿真通过建立产品的一个有限元模型,就可在计算机中很方便地进行各个方向的跌落分析,能在产品设计样机出来之前就得到结构的响应行为,检查产品的力学性能,预测失效,指导设计优化和验证。
1.3跌落实验和仿真所关心的设计问题
1.结构的冲击强度
设计的结构是否满足冲击强度设计要求,如LCD模组破裂、壳体开裂、电池盖脱落、各种联结失效等。
2.修正设计后的效果
根据上一次的跌落分析,对不满足冲击强度要求的设计进行修改,模拟验证修正设计后是否达到强度设计的要求。
3.关键部件的性能
对于关键的部件,它的使用功能在冲击力的作用下是否失效,例如部件所受到的应力是否超出部件材料的屈服极限。
4.包装材料是否能满足性能要求
对于包装吸能材料的设计是否达到了设计的要求,例如是否能够保证产品在运输过程中的冲击和跌落不会损伤包装里面的产品。
5.导致失效的真实原因
有时进行了各种改进的设计,但是还是不能满足设计要求,这时通过仿真分析和过程的显示可以发现产品失效的真实原因。
6.跌落过程的展现
完整展现整个跌落过程,显示接触和碰撞的机理。
在本文手机产品的跌落模拟仿真分析中,会对手机壳体结构在设计上是否满足电子产品的强度冲击要求进行确认,对关键部件的性能是否达到了强度冲击要求进行模拟验证,如不符合怎样进行修改再验证等等分析过程,最终还会展现完整跌落过程。
1.4跌落仿真分析在设计流程中的应用
跌落仿真分析可以完全融入到一个产品开发的整个流程,总体来说可以分为三个阶段。
1.概念设计阶段
在概念设计阶段可以针对概念设计进行仿真分析,从而在产品早期阶段发现问题,消除隐患。
2.结构设计阶段
一般说来,对于任何产品,有限元分析运用在结构设计阶段是最多的,这个阶段分析的结果数据不仅可以指导产品设计,在样机出来之前就可以消除一些设计缺陷,而且加快产品研发的进度,使产品能够更快更好的投放市场。
3.产品实验阶段
在样机出来后,可以结合样机实验,进行冲击强度校核,发现问题和解决问题,进行产品改进方案设计。