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 基于跌落冲击的手机有限元分析模型的建立
发布者:Altair 出处:Altair 日期:2008/12/30 阅读:2840 推荐:0 点评:0
   

          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/Ls-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5070个零件,单元数大约为200K300K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,Keypad-六面体单元;Lens-六面体单元;Front housingRear housing 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。
2.基于跌落冲击的手机塑胶外壳失效预测研究中手机其它零部件对外壳的影响
Keypad是手机的零部件当中一个重要的模组,它一般也由几部分组成,这个模组并不是跌落冲击所关注的重点,但是在手机跌落冲击模拟过程中它对手机前壳体所受到的冲击力起到缓冲的作用,Keypad模组中的Key主要成分是硅胶,它是一种柔性材料,在碰撞瞬间它可以减少前壳体碰到内部的零件。基于此等考虑,在建立Keypad的有限元模型时,其一,要进行几何简化,最好简化为规则的几何模型,以便于进行六面体单元的划分,同时也可以节省资源;其二,硅胶的材料特性对于其起到正确的冲力缓冲作用是非常重要的,必须选择正确的材料模型,推荐采用可考虑应变率影响的材料模型。而且Keypad本身也有重量,其也对前壳体所受的冲击力起到影响。
PCB and its populations本身也是跌落冲击所关注的一个重要对象,但是本文不作重点详述,只考虑跌落冲击过程中其对手机塑胶外壳的影响。可以说在跌落冲击过程中PCB模组对手机外壳的影响非常大,由于LCD模组的整个重量也基本上都加载到了PCB模组上,因此其重量在手机零组件当中也是最重的,因此其对壳体跌落冲击过程中的应力状态影响很大,其重量通过螺钉连接上下壳体的立柱进行传递,因此对其整体重量以及重心要特别注意,此外其重量加载到上下壳体的方式也要加以注意,最好不要改变PCB模组原始的加载方式。
Battery模组也是有许多零件组成,其也不是跌落关注的重点,因其材料比较坚硬,所以在跌落冲击模拟中都为其指定为刚性材料,以节省计算资源。但由于其在手机零部件当中其重量可观,因此在跌落模拟仿真过程中其对手机后壳体以及手机电池盖的影响非常大,一般来说,Battery模组也是通过卡扣和手机后壳体进行装配的,通过手机电池盖为其加上双重保护,以防止其在手机使用过程中脱落,值得注意的是在有限元模型建立的过程中尽量维持原始的Battery模组和手机的装配状态。
至于LensAntenna以及其它附属零件对跌落过程中手机外壳的影响相对来讲是比较小的,Lens是通过胶结和手机前壳体装配的,由于其重量很轻,因此对手机前壳体的影响比较小,但是也要考虑其在跌落碰撞瞬间的缓冲作用,而Antenna一般是通过螺钉或者胶结到手机壳体上,一般可以省略其对手机整体冲击的影响。

        以上内容简要总结了在用有限元进行手机产品的跌落模拟仿真过程中,应该注意的事项以及所要关注的重点,主要集中在单元选择和整体模型的处理上,希望各位读者不吝赐教。

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