ABAQUS有限元分析毕业论文
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保证和维护企业的运营、销售和信誉，为企业创造更大的利益。
1.1.1振动与冲击对电子设备的危害
在电子设备所处的机械环境中，各种机械力和干扰形式都有可能对设 备的可 靠性造成危害，其中危害最大的是振动和冲击。它们造成的危害主
要有两种：
(1)设备在某一激振频率下导致振幅很大的共振现象，最终因振动加速
度超 过设备所能承受的极限加速度而破坏；或者由于冲击所产生的冲击力
Studying the general analysis method and solving process of the phone'flip con tact and impact duing dropp ing with fin ite eleme nt an alysis simulati on tech no logy based on the con tact dyn amics will be the set up for non li near simulati on an alysis」t is be provied that simulati on method with complex structure,duri ng dropp ing impact load and comb ined with con tact dyn amics and fin ite eleme nt an alysis method.
Drop and impact are ofen see n in engin eeri ng practice and recog ni zed as a con tact collision problem,and the problem shows highly characteristics of nonlinearity. Normally it'effective method to solve dropping issue complex structure with finite element method and actual dropping test data,and it will improve the precision of finite element simulation.So the analysis and research for drop phenomena with finite element method is important in both theoretical and engineering fields.
本文利用Abaqus有限元分析软件对手机壳体模型实现了由Pro/ENGINEER模型导入，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，是否导致电池裸露而使整体设计失败。
第
1.1
电子设备为人们提供了舒适、安全、方便的生活条件，丰富了人们的
娱乐生活，其中许多设备在应用时难免要处在强烈的振动或冲击环境下，
设计”的过程。这个过程耗费了大量的人力、物力和时间，且此方法还受 到产品尺寸的限制，有时可能因产品尺寸的关系而不能再关键部位布置传 感器，以致无法进行试验。利用有限元软件对电子产品进行仿真则可以弥 补以上的不足，有限元仿真可以在产品样机出来之前就对产品进行仿真分 析，对产品抗跌落性能有预先的了解，从而完善产品设计，缩短产品的研 发周期，节省研发费用，增强市场竞争力。
1.1.2电子产品跌落试验的必要性
日常生活中，电子产品在运输、 装卸和使用过程中结构可能发生破坏。
这种环境能显著地降低设备性能甚至引起严重损坏。而3C产品在运输、
装卸及使用过程中，结构可能发生破坏，有近80%的电子机构产品损坏来
自于高速撞击。在当今竞争日益激烈的手机市场⑴中，如何降低生产成本，
赚取最大利润是生产厂家所一直追求的。减少产品在流通中的损失也逐渐 成为很多大企业增加利润的一个新途径。我们通过跌落仿真试验可以极大 的提高企业的研发能力和产品的竞争力，并且可以为企业减少意外的损失，
The resp onse character of the tran spare nt flip is an alyzed by using differe nt drop orientation simulation.The phone'drop test is done in order to verify the simulation corretness.The testresult of flip reliability is obtained through two different drop test methods,which shows con siste ncy betwee n test and simulatio n result rati on ality.The phone's flip drop test is explored,theoretical support and engineering reference is con tributed to the impact dyn amics research of similar complex strucyure.
洛阳理工学院
毕业设计（论文）
题目
姓 名刘德磊
系 （部）机电工程系
专 业计算机辅助设计与制造
指导教师赵秀婷
年 月 日
手机盖结构抗跌落设计方法的研究
摘要
跌落冲击是普遍存在的接触动力学问题，来源于工程设计中常见的固体物品 掉落的动力接触现象，具有很强的非线性特征。对这类跌落现象进行分析，一般 将跌落问题采用有限元方法，并结合实际的跌落试验数据验证，从而进一步完善 有限元模拟的精度，是解决复杂结构的跌落仿真问题的有效的手段，对跌落冲击 的数值仿真技术的研究具有十分重要的理论和工程意义。
3.2.2初始条件的确定22
第4章 翻盖手机跌落数值模拟的有限元分析23
4.1有限元模型的建立23
4.1.1有限元模型的建立原则23
4.1.2几何模型的建立23
4.1.3有限元网格的划分和单元类型的选择24
4.1.4各零部件材料的定义25
4.2手机翻盖跌落数值模拟分析26
4.2.1手机跌落数值分析26Leabharlann 插头插座等)产生接触不良或完全开路。
(4)指示灯忽亮忽暗，仪表指针不断抖动，使观察人员读数不准，视觉
疲劳。
(5)当零件固有频率和激振频率相同时，会产生共振现象。
(6)电路中的安装导线变形及移位使其相对位置改变，引起电路的部分
参数变化，从而使电感、电容的耦合发生变化。
(7)设备的机械结构(机壳、支撑架、支撑板等)变形，脆性材料(如玻璃、 陶瓷、胶木、聚苯乙烯)断裂。
(8)防潮和密封措施受到破坏。
(9)焊锡或熔焊处断开。
(10)螺钉、螺母松开甚至脱落，并撞击其他零部件，造成短路和破坏。
电子设备因其中各种元器件数量多，许多元器件承受机械环境的能力
较弱，所以因机械作用力引起的损坏和故障率也很高。在机械环境中，振 动将导致元件或材料疲劳损坏，而冲击则是由于瞬时加速度很大造成元件 损坏。
振动和冲击对电子设备造成的危害具体表现在：
(1)没有附加紧固措施的接插件(如集成电路、印刷电路板、带接插头 的连接电缆等)会从插槽中跳出来， 造成信号开路，并碰撞其他元件或电路 而造成短或损坏。
⑵阴极射线管电极变形、短路、折断；或者由于各电极作过多的相对 运动而产生噪声信号，不能正常工作。
(3)振动引起弹性零件变形，使具有触点的元件(电位器、波段开关、
通过对手机不同跌落方向的模拟仿真获得了手机盖在手机跌落时的响应特 性，为研究其他同类复杂结构的冲击动力学研究提供了一定的理论支持和工程参 考。
关键词：有限元法，跌落撞击试验，手机盖，数值模拟
STUDY OF ANTIDROP DESIGN FOR MOBILE
PHONE STRUCTURE
ABSTRACT
超过设备的 强度极限而使设备破坏。
(2)振动加速度或冲击力引起的应力虽远低于材料在静载荷下的强度， 但由 于长时间振动或多次冲击使材料疲劳破坏，从而导致设备破坏。
设备破坏的原因，除了零部件的设计、制造和装配质量不合格等以外， 主要是设计整机或零部件时，忽视了环境条件的严酷度对设备造成的影响，
没有充分考虑设备承受环境条件界限的能力，或是振动和冲击的隔离系统 设计不当所致。
1.3本课题研究内容6
第1章ABAQUS有限元分析基础8
1.1有限元法与数值模拟技术8
1.1.1有限单元法分析8
1.1.2有限单元法分析实现手段9
2. 1ABAQUS软件简介9
2.1.1ABAQUS软件的结构10
2.1.2ABAQUS软件的特点11
2.1.3ABAQUS的分析步骤11
第2章非线性有限元及碰撞理论14
随着有限元软件和计算机技术的迅速发展，计算机模拟测试已经逐渐 成为一种可以替代实际测试的研究方法。对比实际样品的测试，计算机模 拟不仅更经济省时，而且能提供更为全面的信息。手机跌落测试是手机产 品测试中的一个重要环节，国内外相关规范标准中规定了手机跌落测试的 各项环境条件和操作规范。手机跌落瞬间是结构在很短时间内在巨大冲击 载荷作用下的复杂动态冲击过程，对手机跌落进行数值模拟，研究跌落冲 击载荷下结构响应规律。
2.1非线性有限元介绍14
2.2接触和碰撞介绍15
2.2.1接触问题求解的一般过程16
2.2.2接触问题有限元方程的求解方法17
第3章手机翻盖部件及跌落介绍19
3.1手机翻盖结构介绍19
3.1.1手机普通翻盖结构介绍19
3.2手机跌落试验标准20
3.2.1自由跌落环境试验标准简介20
3.2.2手机跌落试验工况21
The phone's flip is taken as the object.Based on the failure of original flip drop test,the differenee between original and modified flip strucyure is compared,and the finite element model with the modified flip structure is set up.Element select in g,i nteract ion defi niti on and boun dary con diti on defi niti on are an alyzed in detail.
KEY WORDS:Finite element method,Drop impact test,Mobile phone flip,Numericalsimulatio n
、八、亠丄
刖言1
第1章绪论2
1.1课题背景2
1.1.1振动与冲击对电子设备的危害2
1.1.2电子产品跌落试验的必要性3
1.2国内外研究现状4
结论28
谢辞29
参考文献30
附录32
电子设备为人们提供了舒适、安全、方便的生活条件，丰富了人们的 娱乐生活，其中许多设备在应用时难免要处在强烈的振动或冲击环境下， 这种环境能显著地降低设备性能甚至引起严重损坏。而3C产品在运输、
装卸及使用过程中，结构可能发生破坏，有近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。为了在激烈的竞争中赢 得市场，电子产品制造商期望在最短的时间内以最好质量把产品投放市场。 因此，电子产品的抗跌落性能越来越受到制造商的重视。为了提高电子产 品的抗冲击性能，传统的方法是做实物试验，是一个“设计-样机-测试-再
本文以接触动力学为基础，采用有限元数值模拟技术，较系统地研究了手机 盖结构跌落过程中接触和碰撞问题的一般分析方法和求解过程，为非线性有限元 仿真分析奠定了坚实的基础。本文将接触动力学的基本方程和有限元建模方法相 结合，提出了复杂结构在跌落冲击载荷作用下的数值模拟方法。以手机为载体， 手机透明盖为研究对象，在原手机跌落试验发现失效的基础上，详细比较了手机 盖结构改善前后的区别，并对改善后的手机盖结构进行有限元模型的构建，详尽 分析了单元类型的选择、零件间连接关系的定义、边界条件的定义。
1.1.1振动与冲击对电子设备的危害
在电子设备所处的机械环境中，各种机械力和干扰形式都有可能对设 备的可 靠性造成危害，其中危害最大的是振动和冲击。它们造成的危害主
要有两种：
(1)设备在某一激振频率下导致振幅很大的共振现象，最终因振动加速
度超 过设备所能承受的极限加速度而破坏；或者由于冲击所产生的冲击力
Studying the general analysis method and solving process of the phone'flip con tact and impact duing dropp ing with fin ite eleme nt an alysis simulati on tech no logy based on the con tact dyn amics will be the set up for non li near simulati on an alysis」t is be provied that simulati on method with complex structure,duri ng dropp ing impact load and comb ined with con tact dyn amics and fin ite eleme nt an alysis method.
Drop and impact are ofen see n in engin eeri ng practice and recog ni zed as a con tact collision problem,and the problem shows highly characteristics of nonlinearity. Normally it'effective method to solve dropping issue complex structure with finite element method and actual dropping test data,and it will improve the precision of finite element simulation.So the analysis and research for drop phenomena with finite element method is important in both theoretical and engineering fields.
本文利用Abaqus有限元分析软件对手机壳体模型实现了由Pro/ENGINEER模型导入，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，是否导致电池裸露而使整体设计失败。
第
1.1
电子设备为人们提供了舒适、安全、方便的生活条件，丰富了人们的
娱乐生活，其中许多设备在应用时难免要处在强烈的振动或冲击环境下，
设计”的过程。这个过程耗费了大量的人力、物力和时间，且此方法还受 到产品尺寸的限制，有时可能因产品尺寸的关系而不能再关键部位布置传 感器，以致无法进行试验。利用有限元软件对电子产品进行仿真则可以弥 补以上的不足，有限元仿真可以在产品样机出来之前就对产品进行仿真分 析，对产品抗跌落性能有预先的了解，从而完善产品设计，缩短产品的研 发周期，节省研发费用，增强市场竞争力。
1.1.2电子产品跌落试验的必要性
日常生活中，电子产品在运输、 装卸和使用过程中结构可能发生破坏。
这种环境能显著地降低设备性能甚至引起严重损坏。而3C产品在运输、
装卸及使用过程中，结构可能发生破坏，有近80%的电子机构产品损坏来
自于高速撞击。在当今竞争日益激烈的手机市场⑴中，如何降低生产成本，
赚取最大利润是生产厂家所一直追求的。减少产品在流通中的损失也逐渐 成为很多大企业增加利润的一个新途径。我们通过跌落仿真试验可以极大 的提高企业的研发能力和产品的竞争力，并且可以为企业减少意外的损失，
The resp onse character of the tran spare nt flip is an alyzed by using differe nt drop orientation simulation.The phone'drop test is done in order to verify the simulation corretness.The testresult of flip reliability is obtained through two different drop test methods,which shows con siste ncy betwee n test and simulatio n result rati on ality.The phone's flip drop test is explored,theoretical support and engineering reference is con tributed to the impact dyn amics research of similar complex strucyure.
洛阳理工学院
毕业设计（论文）
题目
姓 名刘德磊
系 （部）机电工程系
专 业计算机辅助设计与制造
指导教师赵秀婷
年 月 日
手机盖结构抗跌落设计方法的研究
摘要
跌落冲击是普遍存在的接触动力学问题，来源于工程设计中常见的固体物品 掉落的动力接触现象，具有很强的非线性特征。对这类跌落现象进行分析，一般 将跌落问题采用有限元方法，并结合实际的跌落试验数据验证，从而进一步完善 有限元模拟的精度，是解决复杂结构的跌落仿真问题的有效的手段，对跌落冲击 的数值仿真技术的研究具有十分重要的理论和工程意义。
3.2.2初始条件的确定22
第4章 翻盖手机跌落数值模拟的有限元分析23
4.1有限元模型的建立23
4.1.1有限元模型的建立原则23
4.1.2几何模型的建立23
4.1.3有限元网格的划分和单元类型的选择24
4.1.4各零部件材料的定义25
4.2手机翻盖跌落数值模拟分析26
4.2.1手机跌落数值分析26Leabharlann 插头插座等)产生接触不良或完全开路。
(4)指示灯忽亮忽暗，仪表指针不断抖动，使观察人员读数不准，视觉
疲劳。
(5)当零件固有频率和激振频率相同时，会产生共振现象。
(6)电路中的安装导线变形及移位使其相对位置改变，引起电路的部分
参数变化，从而使电感、电容的耦合发生变化。
(7)设备的机械结构(机壳、支撑架、支撑板等)变形，脆性材料(如玻璃、 陶瓷、胶木、聚苯乙烯)断裂。
(8)防潮和密封措施受到破坏。
(9)焊锡或熔焊处断开。
(10)螺钉、螺母松开甚至脱落，并撞击其他零部件，造成短路和破坏。
电子设备因其中各种元器件数量多，许多元器件承受机械环境的能力
较弱，所以因机械作用力引起的损坏和故障率也很高。在机械环境中，振 动将导致元件或材料疲劳损坏，而冲击则是由于瞬时加速度很大造成元件 损坏。
振动和冲击对电子设备造成的危害具体表现在：
(1)没有附加紧固措施的接插件(如集成电路、印刷电路板、带接插头 的连接电缆等)会从插槽中跳出来， 造成信号开路，并碰撞其他元件或电路 而造成短或损坏。
⑵阴极射线管电极变形、短路、折断；或者由于各电极作过多的相对 运动而产生噪声信号，不能正常工作。
(3)振动引起弹性零件变形，使具有触点的元件(电位器、波段开关、
通过对手机不同跌落方向的模拟仿真获得了手机盖在手机跌落时的响应特 性，为研究其他同类复杂结构的冲击动力学研究提供了一定的理论支持和工程参 考。
关键词：有限元法，跌落撞击试验，手机盖，数值模拟
STUDY OF ANTIDROP DESIGN FOR MOBILE
PHONE STRUCTURE
ABSTRACT
超过设备的 强度极限而使设备破坏。
(2)振动加速度或冲击力引起的应力虽远低于材料在静载荷下的强度， 但由 于长时间振动或多次冲击使材料疲劳破坏，从而导致设备破坏。
设备破坏的原因，除了零部件的设计、制造和装配质量不合格等以外， 主要是设计整机或零部件时，忽视了环境条件的严酷度对设备造成的影响，
没有充分考虑设备承受环境条件界限的能力，或是振动和冲击的隔离系统 设计不当所致。
1.3本课题研究内容6
第1章ABAQUS有限元分析基础8
1.1有限元法与数值模拟技术8
1.1.1有限单元法分析8
1.1.2有限单元法分析实现手段9
2. 1ABAQUS软件简介9
2.1.1ABAQUS软件的结构10
2.1.2ABAQUS软件的特点11
2.1.3ABAQUS的分析步骤11
第2章非线性有限元及碰撞理论14
随着有限元软件和计算机技术的迅速发展，计算机模拟测试已经逐渐 成为一种可以替代实际测试的研究方法。对比实际样品的测试，计算机模 拟不仅更经济省时，而且能提供更为全面的信息。手机跌落测试是手机产 品测试中的一个重要环节，国内外相关规范标准中规定了手机跌落测试的 各项环境条件和操作规范。手机跌落瞬间是结构在很短时间内在巨大冲击 载荷作用下的复杂动态冲击过程，对手机跌落进行数值模拟，研究跌落冲 击载荷下结构响应规律。
2.1非线性有限元介绍14
2.2接触和碰撞介绍15
2.2.1接触问题求解的一般过程16
2.2.2接触问题有限元方程的求解方法17
第3章手机翻盖部件及跌落介绍19
3.1手机翻盖结构介绍19
3.1.1手机普通翻盖结构介绍19
3.2手机跌落试验标准20
3.2.1自由跌落环境试验标准简介20
3.2.2手机跌落试验工况21
The phone's flip is taken as the object.Based on the failure of original flip drop test,the differenee between original and modified flip strucyure is compared,and the finite element model with the modified flip structure is set up.Element select in g,i nteract ion defi niti on and boun dary con diti on defi niti on are an alyzed in detail.
KEY WORDS:Finite element method,Drop impact test,Mobile phone flip,Numericalsimulatio n
、八、亠丄
刖言1
第1章绪论2
1.1课题背景2
1.1.1振动与冲击对电子设备的危害2
1.1.2电子产品跌落试验的必要性3
1.2国内外研究现状4
结论28
谢辞29
参考文献30
附录32
电子设备为人们提供了舒适、安全、方便的生活条件，丰富了人们的 娱乐生活，其中许多设备在应用时难免要处在强烈的振动或冲击环境下， 这种环境能显著地降低设备性能甚至引起严重损坏。而3C产品在运输、
装卸及使用过程中，结构可能发生破坏，有近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。为了在激烈的竞争中赢 得市场，电子产品制造商期望在最短的时间内以最好质量把产品投放市场。 因此，电子产品的抗跌落性能越来越受到制造商的重视。为了提高电子产 品的抗冲击性能，传统的方法是做实物试验，是一个“设计-样机-测试-再
本文以接触动力学为基础，采用有限元数值模拟技术，较系统地研究了手机 盖结构跌落过程中接触和碰撞问题的一般分析方法和求解过程，为非线性有限元 仿真分析奠定了坚实的基础。本文将接触动力学的基本方程和有限元建模方法相 结合，提出了复杂结构在跌落冲击载荷作用下的数值模拟方法。以手机为载体， 手机透明盖为研究对象，在原手机跌落试验发现失效的基础上，详细比较了手机 盖结构改善前后的区别，并对改善后的手机盖结构进行有限元模型的构建，详尽 分析了单元类型的选择、零件间连接关系的定义、边界条件的定义。