手機(jī)跌落仿真試驗(yàn)畢業(yè)論文

手機(jī)跌落仿真試驗(yàn)畢業(yè)論文目錄引言 11.1課題研究的意義 11.2國(guó)外發(fā)展研究狀況 11.2.1國(guó)研究發(fā)展?fàn)顩r 11.2.2國(guó)外研究發(fā)展?fàn)顩r 31.3本文的研究容 41.4本文采用的方法 42跌落及軟件介紹 42.1跌落相關(guān) 42.1.1跌落試驗(yàn)的目的 42.1.2跌落影響因素及選擇 52.1.3跌落試驗(yàn)原理及步驟 52.2有限元及其軟件LS-DYNA介紹 62.2.1有限元方法 62.2.2LS-DYNA發(fā)展概況 62.3.2LS-DYNA分析能力 72.4本章小結(jié) 73手機(jī)跌落過程的仿真模擬 83.1手機(jī)結(jié)構(gòu)及建立手機(jī)模型 83.2手機(jī)模型參數(shù)設(shè)置 123.2.1指定單元類型 123.2.2創(chuàng)建實(shí)常數(shù) 133.2.3材料屬性的定義 133.3網(wǎng)格劃分、定義約束、施加載荷和其它設(shè)置 153.3.1網(wǎng)格劃分 153.3.2定義約束 163.3.3跌落設(shè)置 183.4求解以及結(jié)果分析 203.4.1求解 203.4.2不同高度跌落模擬對(duì)比 243.5本章小結(jié) 254結(jié)論與展望 254.1結(jié)論 264.2展望 26參考文獻(xiàn) 27致謝 29引言1.1課題研究的意義在手機(jī)流通運(yùn)輸過程中，必然會(huì)受一些外部條件的影響，同時(shí)在消費(fèi)者使用手機(jī)的過程中也可能會(huì)因?yàn)槟承┰蚨l(fā)生跌落或者碰撞沖擊，這些撞擊會(huì)使手機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在極短時(shí)間發(fā)生急劇的變化，從而可能導(dǎo)致手機(jī)的損壞。對(duì)于易損，高精度的手機(jī)來說，在流通過程中如果沒有合理的包裝，就會(huì)出現(xiàn)很高的破損率，這對(duì)于生產(chǎn)廠家和個(gè)人消費(fèi)者來說都是相當(dāng)不愿意看到的，造成的經(jīng)濟(jì)損失不言而喻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，跌落沖擊是各種沖擊環(huán)境中最為強(qiáng)烈的，而由此引發(fā)的損害也是手機(jī)在運(yùn)輸，使用過程中的最主要失效形式。為了便于裝卸、運(yùn)輸和儲(chǔ)存，也為了避免在產(chǎn)品受到?jīng)_擊降低或喪失其使用價(jià)值，對(duì)產(chǎn)品受到?jīng)_擊后的反應(yīng)研究也就很有必要，以通過它對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行合理的包裝，最大限度的保證產(chǎn)品的安全。由于跌落作用的時(shí)間非常短，實(shí)驗(yàn)操作也不易控制，而測(cè)量到的物理量也非常有限，但隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，許多仿真軟件被用來解決這一問題。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段進(jìn)行模擬分析，可以直觀動(dòng)態(tài)的演示整個(gè)跌落過程以及各種物理量的變化，得到比實(shí)驗(yàn)更為精準(zhǔn)，全面的數(shù)值數(shù)據(jù)。且仿真實(shí)驗(yàn)費(fèi)用低，時(shí)間短，建模時(shí)間相對(duì)于制造樣品大大縮短，同時(shí)開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)可以作為新的技術(shù)對(duì)于以后的設(shè)計(jì)可以起到避免走彎路和加快開發(fā)的作用。在這樣的大背景下，手機(jī)跌落仿真實(shí)驗(yàn)就變得很有必要且很有意義。通過仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M得到的數(shù)據(jù)。結(jié)合不同工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)出合理的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及包裝，可以對(duì)手機(jī)的安全流通以及使用提供一個(gè)技術(shù)支持。1.2國(guó)外發(fā)展研究狀況1.2.1國(guó)研究發(fā)展?fàn)顩r2003年，鵬忠，為民等人[1]采用CAE技術(shù)仿真手機(jī)環(huán)境的自由跌落響應(yīng)，基于I-DEAS軟件系統(tǒng)，采用了針對(duì)此類復(fù)雜結(jié)構(gòu)的離散化方法-分區(qū)法，成功地進(jìn)行了手機(jī)裝配體有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。并對(duì)手機(jī)自由跌落試驗(yàn)后的響應(yīng)進(jìn)行了仿真，然后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。2004年，在偉，梁新華[2]應(yīng)用LS-DYNA的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析功能，分析了一手機(jī)結(jié)構(gòu)從1.5m高處跌落到地面時(shí)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。演示了不同時(shí)間手機(jī)外殼的應(yīng)力變化情況。另外還提取了外殼上最大加速度所在位置的加速度和應(yīng)力曲線，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。2007年，薛澄岐，祖景平[3]運(yùn)用HyperMesh和LS-DYNA軟件仿真手機(jī)自由跌落，利用CAE工具深入分析有無圓角半徑和不同尺寸圓角半徑的設(shè)計(jì)對(duì)手機(jī)殼體強(qiáng)度的影響，對(duì)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀對(duì)比和分析，從動(dòng)力學(xué)角度得出手機(jī)殼體圓角半徑設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù)。2007年，俞璐，薛澄岐，祖景平[4]利用HyperMesh/LS-DYNA有限元分析軟件對(duì)一手機(jī)殼體模型實(shí)現(xiàn)了由Pr0/ENGINEER模型導(dǎo)入，并分析手機(jī)跌落模擬仿真過程中手機(jī)電池蓋是否同手機(jī)主體脫離，是否導(dǎo)致電池裸露而使整體設(shè)計(jì)失敗。2007年，偉國(guó)[5]以數(shù)字化手機(jī)模型為分析對(duì)象，建立手機(jī)結(jié)構(gòu)跌落沖擊動(dòng)力學(xué)分析的有限元模型。通過對(duì)手機(jī)模型的不同跌落方向、不同跌落高度和不同阻尼值的數(shù)值模擬，分析了手機(jī)跌落的響應(yīng)規(guī)律和可能的失效形式，從中發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的薄弱環(huán)節(jié)，為設(shè)計(jì)階段的改進(jìn)或優(yōu)化提供了依據(jù)。根據(jù)結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力學(xué)的仿真研究，對(duì)跌落沖擊的一般規(guī)律及阻尼對(duì)跌落沖擊響應(yīng)的影響進(jìn)行了總結(jié)。2009年，健，建武[6]運(yùn)用HyperMesh和ABAQUS軟件進(jìn)行手機(jī)跌落仿真，得到手機(jī)超薄透明翻蓋在不同工況跌落時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變情況，通過與許用應(yīng)力應(yīng)變比較，分析翻蓋在跌落時(shí)的可靠性，并與實(shí)際的手機(jī)跌落試驗(yàn)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了仿真分析的準(zhǔn)確性，并確認(rèn)了透明翻蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。2009年,彭必友，謝佳斌等人[7]提出可在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段建立其有限元模型，通過模擬仿真分析得到產(chǎn)品各個(gè)零部件在跌落過程中的跌落響應(yīng)和易產(chǎn)生缺陷的部位。同時(shí)結(jié)合某款直板手機(jī)，研究了跌落對(duì)手機(jī)外殼、屏幕等零部件的影響，并提出了改善措施。2009年,段良[8]進(jìn)行了手機(jī)的跌落試驗(yàn)，然后利用CAD軟件制作了該手機(jī)的模型，最后在分析和總結(jié)前人跌落模擬仿真的研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)了在ANSYS中進(jìn)行跌落模擬的CAE分析方法及步驟，運(yùn)用有限元軟件ANSYS中的DTM模塊對(duì)手機(jī)模型進(jìn)行了跌落試驗(yàn)?zāi)M。2009年,健[9]將接觸動(dòng)力學(xué)的基本方程和有限元建模方法相結(jié)合，提出了復(fù)雜結(jié)構(gòu)在跌落沖擊載荷作用下的數(shù)值模擬方法。結(jié)合實(shí)際情況，通過對(duì)手機(jī)透明翻蓋的結(jié)構(gòu)分析，利用有限元軟件進(jìn)行仿真，結(jié)合實(shí)際的跌落試驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)跌落時(shí)的碰撞動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，得出了一種用仿真結(jié)合試驗(yàn)的方法解決跌落沖擊問題的思路和方法。2010年,周鑫美，謝然[10]通過對(duì)某一手機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行的跌落碰撞仿真研究，探討了利用有限元軟件進(jìn)行手機(jī)跌落碰撞仿真的建模及分析方法。結(jié)合某款翻蓋手機(jī)，在LS-DYNA環(huán)境中，對(duì)其跌落試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值仿真分析，研究了碰撞力對(duì)該機(jī)外殼、屏幕和電路板等元器件的影響，預(yù)測(cè)了該機(jī)的設(shè)計(jì)缺陷，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案。2011年,學(xué)林[11]通過在智能手機(jī)產(chǎn)品研發(fā)的初期利用ANSYS/LS-DYNA的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析功能進(jìn)行仿真，清晰地展示產(chǎn)品在跌落過程中各結(jié)構(gòu)部件所受的應(yīng)力和應(yīng)力分布，尤其是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比較低的關(guān)鍵部件的應(yīng)力及分布情況。2012年,吳劍[12]運(yùn)用ANSYS/LS-DYNA軟件對(duì)其進(jìn)行模擬跌落仿真，得到手機(jī)觸摸屏和LCD在不同工況跌落時(shí)的應(yīng)力情況，通過對(duì)比分析優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性，并與實(shí)際的手機(jī)跌落試驗(yàn)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了仿真分析的準(zhǔn)確性。1.2.2國(guó)外研究發(fā)展?fàn)顩r1998年，JasonWu，GuoshuSong[13]利用有限元方法研究了便攜式通信設(shè)備遭受撞擊的情況，并用HYPERMESH和LS-DYNA對(duì)摩托羅拉的產(chǎn)品進(jìn)行模擬仿真試驗(yàn)，得到了其容易損傷的原因和易發(fā)生損壞的部位。通過跌落試驗(yàn)和模擬的對(duì)比分析，用測(cè)試的數(shù)據(jù)加以說明，證實(shí)了仿真和測(cè)試技術(shù)應(yīng)用的可靠性和對(duì)設(shè)計(jì)支持具有重大意義。2001年，K.H.Low，YuqiWang[14]在跌落沖擊模擬中使用了虛擬邊界概念的有效的方法。通過對(duì)電視機(jī)模型進(jìn)行跌落的模擬分析，闡述了虛擬邊界法的可靠性和它的優(yōu)勢(shì)。2005年，新加坡的Y.Y.Wang，C.Lu等人[15]研究了跌落模擬的可靠性，通過對(duì)電視機(jī)、外套、組裝設(shè)備等進(jìn)行有效的建模和選擇正確的仿真方法的實(shí)例，說明了應(yīng)用有限元法的虛擬產(chǎn)品開發(fā)，并評(píng)價(jià)了模擬對(duì)研究跌落的重要意義。2011年，Hwan，Chung-Li，Lin等人[16]利用ANSYS軟件對(duì)手機(jī)的易碎點(diǎn)進(jìn)行了跌落模擬分析，找出了手機(jī)往往是從中部開裂這一事實(shí)，同時(shí)利用仿真軟件測(cè)試其改良方案。2011年，KarenE.JacksonandEdwinL.Fasanella等人[17]利用ANSYS軟件對(duì)飛機(jī)進(jìn)行了仿真模擬，找出飛機(jī)飛行過程中的各種隱患?？傊?，國(guó)外對(duì)于仿真實(shí)驗(yàn)在手機(jī)的跌落環(huán)境中的應(yīng)用已經(jīng)變得相當(dāng)普遍，研究者普遍采用ANSYS等仿真軟件對(duì)手機(jī)進(jìn)行跌落的安全仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)合有限元方法的使用，雖然出發(fā)點(diǎn)略有不同，但是最終很方便的解決了許多依靠物理實(shí)驗(yàn)很難解決的問題。未來針對(duì)手機(jī)大屏幕化，智能化這一特點(diǎn)，仿真實(shí)驗(yàn)還將繼續(xù)活躍在這一領(lǐng)域。1.3本課題研究容(1)手機(jī)收到跌落沖擊過程中，應(yīng)力，應(yīng)變等情況的變化；(2)找到手機(jī)受到跌落沖擊時(shí)的薄弱或易損位置；(3)提出改進(jìn)方案或手段。1.4本課題擬采用的方法解決非線性問題最有效——有限元法。(1)選用ANSYS軟件的繪圖功能建立手機(jī)簡(jiǎn)化模型；(2)利用有限元軟件ANSYS對(duì)建立起的手機(jī)包裝件模型進(jìn)行處理，并利用其LS-DYNA下的DropTestModulo(DTM)模塊對(duì)手機(jī)的跌落試驗(yàn)進(jìn)行模擬仿真；(3)分析模擬結(jié)果進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行總結(jié)找出所需數(shù)據(jù)。2跌落及軟件介紹2.1跌落相關(guān)2.1.1跌落試驗(yàn)的目的(1)通過一種加速壽命的測(cè)試方法，測(cè)試產(chǎn)品的使用壽命及產(chǎn)品發(fā)生破壞模式；(2)通過模擬產(chǎn)品在使用過程中所受的沖擊，觀察產(chǎn)品關(guān)鍵部位的響應(yīng)，依次推斷產(chǎn)生破壞的機(jī)理和可能的改進(jìn)方案。同時(shí)，跌落試驗(yàn)也是一種產(chǎn)品能否通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)必要的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。2.1.2跌落影響因素及選擇沖擊是驟然的、劇烈的能量釋放，能量轉(zhuǎn)換和能量傳遞，持續(xù)時(shí)間很短，而且沖擊過程一次性完成，不呈現(xiàn)周期性。沖擊的產(chǎn)生因素卻有很多，不同的因素也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的沖擊效果大相徑庭。在物流中運(yùn)輸距離越長(zhǎng)，中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)越多，裝卸搬運(yùn)次數(shù)也就越多。特別是在人工裝卸或機(jī)械裝卸作業(yè)中，運(yùn)輸工具的啟動(dòng)、變速、轉(zhuǎn)向、剎車等都會(huì)使包裝件改變速度，產(chǎn)生機(jī)械沖擊現(xiàn)象；此外還可能由于人為因素或突發(fā)原因都可能造成對(duì)包裝件的跌落沖擊，像人工拋擲、堆碼倒塌、起吊脫落、裝載機(jī)械突然啟動(dòng)和過急的升降等情況。在這些情況下，我們所研究產(chǎn)品受到的跌落沖擊，其沖擊加速度取決于跌落高度，而沖擊力的大小除取決于跌落高度以外，還取決于產(chǎn)品的重量、跌落的姿態(tài)、沖擊面的剛性等因素。此外，在跌落沖擊的模擬仿真中，除了考慮到上述因素外，我們還要考慮產(chǎn)品各個(gè)部件之間，以及產(chǎn)品與包裝材料之間的接觸屬性等其他因素。采用ANSYS的跌落模塊進(jìn)行仿真試驗(yàn)在下一章中會(huì)具體說明。2.1.3跌落試驗(yàn)原理及步驟試驗(yàn)原理：提起試驗(yàn)樣品至預(yù)定高度，然后使其按預(yù)定狀態(tài)自由落下，與沖擊臺(tái)面相撞。試驗(yàn)步驟：(1)試驗(yàn)樣品的準(zhǔn)備：按GB/T4857.17的要求準(zhǔn)備試驗(yàn)樣品。(2)試驗(yàn)樣品各部位的編號(hào)：按GB/T4857．1的要求對(duì)試驗(yàn)樣品各部位進(jìn)行編號(hào)。(3)試驗(yàn)樣品的預(yù)處理：按GB/T4857.2的要求，選定一種條件對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行溫度預(yù)處理。(4)試驗(yàn)時(shí)的溫濕度條件：試驗(yàn)應(yīng)在與預(yù)處理相同的溫度條件下進(jìn)行。如果達(dá)不到相同條件，則必須在盡可能相近的大氣條件下進(jìn)行試驗(yàn)。(5)試驗(yàn)強(qiáng)度值的選擇：按GB/T4857.18規(guī)定選擇試驗(yàn)強(qiáng)度值。試驗(yàn)步聚:提起試驗(yàn)樣品至所需的跌落位置，并按預(yù)定狀態(tài)將期支撐住。其提起高度與預(yù)定高度之差不得超過預(yù)定高度的±2％。跌落高度是指準(zhǔn)備釋放時(shí)試驗(yàn)樣品的最低點(diǎn)與沖擊臺(tái)面之間的距離。(2)按下列預(yù)定狀態(tài)，釋放試驗(yàn)樣品。1)面跌落時(shí)，使試驗(yàn)樣品的跌落面與水平面之間的夾角最大不超過2度。2)棱跌落時(shí)，使跌落的棱與水面之間的夾角最大不超過2度，試驗(yàn)樣品上規(guī)定面與沖擊臺(tái)面夾角的誤差不大于±5。或夾角的10％(以較大的數(shù)值為準(zhǔn))，使試驗(yàn)樣品的重力線通過被跌落的棱。3)角跌落時(shí)，試驗(yàn)樣品上規(guī)定面與沖擊臺(tái)面之間的夾角誤差不大于±5。或此夾角的10％(以較大數(shù)值為準(zhǔn))，使試驗(yàn)樣品的重力線通過被跌落的角。4)無論何種狀態(tài)和形狀和試驗(yàn)樣品，都應(yīng)使試驗(yàn)樣品的重力線通過被跌落的面、線、點(diǎn)。5)實(shí)際沖擊速度與自由跌落時(shí)的沖擊速度之差不超過自由跌落時(shí)的±1％。6)試驗(yàn)后按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定檢查包裝及裝物的損壞情況，分析試驗(yàn)結(jié)果。2.2有限元及其軟件LS-DYNA介紹2.2.1有限元方法有限元法也叫有限單元法[18](FiniteElementMethod，簡(jiǎn)稱FEM)，通過劃分單元，求解有限數(shù)值來近似模擬真實(shí)情況的無限個(gè)未知量，具有精度高、適應(yīng)性強(qiáng)及計(jì)算格式規(guī)統(tǒng)一等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足各行各業(yè)對(duì)有限元分析的需要[19]。有限元方法解決問題的思路就是：離散研究對(duì)象；分析得出單元?jiǎng)偠染仃嚕恍纬煽傮w剛度矩陣；移置結(jié)構(gòu)載荷；引入支撐條件；求解平衡方程；計(jì)算結(jié)果整理。在一定條件下，決定有限元方法求解精度的是單元形函數(shù)的選擇及單元?jiǎng)澐值臄?shù)量。合理的選擇單元形函數(shù)及劃分的數(shù)量是控制精度的重要方面。我們?cè)谶M(jìn)行模擬仿真時(shí)也要著重研究單元類型的選擇及其網(wǎng)格劃分。2.2.2LS-DYNA發(fā)展概況LS-DYNA程序[21]是一個(gè)顯式非線性動(dòng)力分析通用有限元程序。DYNA程序系列于1976年由美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的HallqulstJ.0.博士主持開發(fā)完成，初期的主要目的是為武器設(shè)計(jì)提供分析工具。后來經(jīng)功能擴(kuò)充和改進(jìn)，該程序成為國(guó)際著名的非線性動(dòng)力分析程序[22]。HallquiatJ．0．從1988年開始創(chuàng)建LSTC公司，進(jìn)一步發(fā)展和完善了DYNA的研究成果，使得LS-DYNA程序系統(tǒng)在國(guó)防和民用領(lǐng)域的應(yīng)用圍進(jìn)一步擴(kuò)大，并建立了完備的質(zhì)量保證體系。LS-DYNA程序已被許多國(guó)際著名的航空、航天、汽車、造船和軍工大型企業(yè)所采用[23]?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高速碰撞模擬(如汽車碰撞事故引起結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)和破壞)、乘客的安全性分析(氣囊與假人相互的動(dòng)力作用、安全帶的可靠性分析)、金屬成型(物料的滾壓、擠壓、擠拉和超塑成型、薄板的沖壓成型)、爆炸載荷對(duì)結(jié)構(gòu)作用的動(dòng)力響應(yīng)分析、高速?gòu)椡鑼?duì)靶板的穿甲數(shù)值模擬、機(jī)械零部件碰撞的動(dòng)力分析、電子產(chǎn)品的跌落分析等[24]。2.3.2LS-DYNA分析能力LS-DYNA971是最新的功能齊全的非線性分析程序包，它可以處理各類復(fù)雜的非線性問題。其顯式算法特別適合于分析各類沖擊、爆炸、結(jié)構(gòu)撞擊等動(dòng)態(tài)非線性問題。其算法特點(diǎn)是以Lagrange為主。此外，LS-DYNA具有豐富的單元庫(kù)，具有二維、三維實(shí)體單元，薄、厚殼單元，SPH單元以及其他特殊用途的單元等[25]。各種單元類型又有多種算法可供選擇，具有對(duì)任意大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)以及大應(yīng)變的分析能力。單元積分采用單點(diǎn)減縮積分算法，引入沙漏粘性阻力以克服零能模式，計(jì)算速度快，可以用于模擬各種實(shí)體結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)等。LS-DYNA程序目前有140多種金屬和非金屬材料模型可供選擇，這也為我們更好的進(jìn)行模擬提供了重要的模型參數(shù)[26]。2.4本章小結(jié)電子產(chǎn)品跌落是電子產(chǎn)品在極短的時(shí)間，受到碰撞動(dòng)態(tài)載荷作用而產(chǎn)生的復(fù)雜非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。手機(jī)跌落時(shí)，除了具有幾何非線性和材料非線性以外，還有接觸界面的非線性等問題。因此，對(duì)手機(jī)跌落碰撞的過程進(jìn)行仿真，得到碰撞瞬間的應(yīng)力歷程數(shù)值，一般都采用顯式積分的求解算法。而ANSYS/LS-DYNA廣泛應(yīng)用于很多工業(yè)領(lǐng)域包括電子產(chǎn)品的跌落分析，解決了很多理論分析和實(shí)驗(yàn)不容易解決的問題，有力的促進(jìn)了行業(yè)技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。電子產(chǎn)品特別是手機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，為了獲得市場(chǎng)，各電子產(chǎn)品制造商爭(zhēng)相縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。其中運(yùn)用有限元軟件對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)性能的分析已成為普遍手段。高效地利用有限元軟件也是加快產(chǎn)品研發(fā)周期的手段之一。我們利用ANSYS/LS-DYNA程序的DropTestModule(DTM)模塊來對(duì)電子產(chǎn)品來進(jìn)行跌落的仿真試驗(yàn)，并通過后處理程序觀察到整個(gè)跌落過程中產(chǎn)品受到的應(yīng)力及變形等的情況，可以節(jié)約試樣制作和試驗(yàn)成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。此外，我們還應(yīng)該明確：仿真的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于模型的有限元離散，多數(shù)有限元分析軟件雖然都有網(wǎng)格自動(dòng)生成功能，但在實(shí)際使用中尤其是遇到復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)總會(huì)遇到這樣和那樣的困難，離散的方法不是一層不變的，它是一個(gè)慢慢的經(jīng)驗(yàn)積累的過程。此外，我們?cè)诜抡娴膯卧愋偷倪x擇、網(wǎng)格劃分和接觸設(shè)置等問題上還應(yīng)特別注意，比如單元大小應(yīng)該盡量均勻等，盡量避免在求解時(shí)出現(xiàn)問題或者是造成模擬結(jié)果的錯(cuò)誤。3手機(jī)跌落過程的仿真模擬3.1手機(jī)結(jié)構(gòu)及建立手機(jī)模型本課題使用機(jī)型尺寸為60×120mm，厚度為10mm，重量為150g，和目前主流的尺寸接近,結(jié)構(gòu)也使用較常規(guī)的結(jié)構(gòu)，有比較強(qiáng)的代表性。本機(jī)型使用的是4.3英寸的電容式觸摸屏，厚度2mm，結(jié)構(gòu)是表層鋼化玻璃+電容感應(yīng)片玻璃，觸摸屏使用0.17mm厚度的雙面膠緊密的粘貼在塑料前殼上。LCD模組主要結(jié)構(gòu)是液晶玻璃加背光板支架。主板部分由PCB板、貼片的電子器件以及部分金屬屏蔽罩構(gòu)成。后殼和前殼以及電池蓋由強(qiáng)度較高的工程塑料構(gòu)成。仿真所涉及的3D模型在ANSYS中完成，首先要在ANSYS軟件中對(duì)手機(jī)整體進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化主板結(jié)構(gòu)，去除PCB表面的電子元件。因?yàn)樾枰攸c(diǎn)考察的是屏幕側(cè)前半部分的失效變形，不考慮前后殼卡扣以及電池蓋卡扣的受力情況，所以對(duì)前后殼之間的連接、后殼和電池蓋之間的連接都進(jìn)行了簡(jiǎn)化。(1)由于CAE和CAD存在的本質(zhì)區(qū)別，很多加工工藝上需要的過渡圓角、小孔以及尖銳的曲面過渡的存在都會(huì)增加有限元建模的難度，影響單元質(zhì)量，對(duì)于用于碰撞計(jì)算的顯式有限元模型，這個(gè)問題尤其突出。故建模時(shí)我們刪除了手機(jī)模型中一些細(xì)小的特征，如半徑較小的倒角和圓角特征；(2)刪除對(duì)CAE模擬影響不大的產(chǎn)品特征，如手機(jī)線路板上的凸臺(tái)、無關(guān)的卡口等；(3)簡(jiǎn)化了對(duì)跌落影響不是很大的一些圓孔、凹槽等特征。對(duì)模型進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化處理，不僅可以提高計(jì)算效率，而且有利于網(wǎng)格劃分時(shí)保證模型質(zhì)量。對(duì)模型特征的處理需要靈活掌握，如果遇到多個(gè)位置形狀類似的特征，可以只保留一個(gè)進(jìn)行分析；模型中對(duì)跌落影響較小的圓弧特征、坡度較小的斜面特征可以用直線和平面代替。事實(shí)也證明：過多的細(xì)小和復(fù)雜的特征只會(huì)使計(jì)算量變大，增加分析難度，有時(shí)候不但對(duì)分析精度沒有幫助，反而容易使計(jì)算出錯(cuò)。最后為了降低整個(gè)模擬試驗(yàn)的難度，同時(shí)考慮到目前智能手機(jī)全屏化，一體化的趨勢(shì)，把本實(shí)驗(yàn)所用模型簡(jiǎn)化為兩個(gè)部分，手機(jī)屏幕以及殼體，在建模的過程中，為了便于處理，將屏幕簡(jiǎn)化為長(zhǎng)方形殼體，最后把兩個(gè)課題耦合到一塊，即為本實(shí)驗(yàn)所用模型。通過選擇菜單項(xiàng)Mainmenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>ByDimensions，彈出對(duì)話框，輸入尺寸示意圖為3.1。在此將屏幕部分厚度設(shè)置為2mm，手機(jī)主體部分設(shè)置為8mm。圖3.2和圖3.3分別為手機(jī)屏幕和主體部分簡(jiǎn)化模型示意圖。圖3.1輸入尺寸圖3.2手機(jī)屏幕簡(jiǎn)化模型圖3.3手機(jī)主體簡(jiǎn)化模型建立好兩個(gè)殼體模型之后，實(shí)施布爾運(yùn)算將兩部分耦合起來，組成本實(shí)驗(yàn)所用手機(jī)模型，步驟為：選擇菜單項(xiàng)MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Volume，選擇好之前建立的圖形，完成耦合操作，得到完整手機(jī)模型如圖3.4所示。圖3.4耦合之后手機(jī)模型3.2手機(jī)模型參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置具體可分為規(guī)劃分析、單元屬性設(shè)置、構(gòu)建實(shí)體模型。其中合理的規(guī)劃分析對(duì)于有限元分析的精度、計(jì)算費(fèi)用等有著直接的影響。3.2.1指定單元類型單元類型的選擇要考慮到模擬產(chǎn)品的材料性質(zhì)，以及要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行的分析類型，此外還要考慮單元類型的性質(zhì)特點(diǎn)、算法以及該單元類型能夠適用于的分析類型等，因而選擇合適的單元類型對(duì)模擬的結(jié)果非常重要。對(duì)于本次跌落試驗(yàn)的手機(jī)產(chǎn)品來說，其殼壁都較薄，厚度一般在1mm左右，甚至更薄一些。為了使離散結(jié)果更接近于真實(shí)化，可采用充分小實(shí)體SOLIDl64單元，但是這種離散的結(jié)果是直接導(dǎo)致計(jì)算處理時(shí)間成幾何級(jí)數(shù)上升，因此應(yīng)找到平衡點(diǎn)，使得離散結(jié)果接近真實(shí)化，而又不浪費(fèi)資源。在對(duì)手機(jī)外殼的處理過程中，我們用面代替殼體。我們?yōu)槭謾C(jī)外殼選擇SHELLl63單元，除了是因?yàn)槭謾C(jī)殼比較薄以外，還考慮到該單元的自身特點(diǎn)及其算法等問題。SHELLl63是一個(gè)4節(jié)點(diǎn)單元，有彎曲和膜特征；可加平面和法向載荷；單元在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有12個(gè)自由度：在節(jié)點(diǎn)x，y和z方向的平動(dòng)，加速度，速度和繞x，y和z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。此單元只用于顯示動(dòng)力學(xué)分析。同樣的，為手機(jī)屏幕也選擇SHELLl63單元。選擇菜單項(xiàng)Mainmenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,在彈出的ElementType對(duì)話框中，單機(jī)ADD按鈕，出現(xiàn)LibraryofElementTypes對(duì)話框，如圖3.5所示。圖3.5選擇單元類型3.2.2創(chuàng)建實(shí)常數(shù)選擇菜單項(xiàng)Mainmenu>Preprocessor>RealConstants對(duì)話框中，單擊Add按鈕，按圖3.6輸入。圖3.6創(chuàng)建實(shí)常數(shù)本次模擬所用手機(jī)模型分為屏幕和手機(jī)主體，均選用SHELL163，各自參數(shù)設(shè)置見表3.1。表3.1SHELL163的設(shè)置項(xiàng)目剪切因子SHRF積分點(diǎn)數(shù)NIP殼厚手機(jī)殼5/630.75屏幕5/630.53.2.3材料屬性的定義由于材料的性能參數(shù)不易查找，而且很多參數(shù)在其他資料中出現(xiàn)的也比較少，這給我們的查找參數(shù)工作帶來很多困難。當(dāng)然有些性能參數(shù)我們也可以借鑒他人模擬時(shí)選用的或者是相近材料的性能參數(shù)。不可否認(rèn)的是模型材料的屬性將會(huì)在很大程度上決定模擬的結(jié)果。在本次跌落模擬試驗(yàn)中，我們主要選用了一種材料模型，均使用的雙線性隨動(dòng)硬化BilinearKinematicHardening材料模型，但其具體參數(shù)各不相同；它們的具體參數(shù)的如表3.2所示。表3.2各部材料參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)材料質(zhì)量密度DENS(kg/m3)彈性模量EX(MPa)泊松比NUXY屈服強(qiáng)度YieldStress(MPa)正切模數(shù)TangentModulus(MPa)手機(jī)外殼1710172000.352285000屏幕1640105000.301251000實(shí)物手機(jī)殼體材料一般為PC/ABS塑料，屏幕的材料屬性是按照LCD屏幕設(shè)置的。在跌落試驗(yàn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定物理跌落試驗(yàn)的跌落平臺(tái)表面應(yīng)是混凝土或鋼制成的平滑、堅(jiān)硬的剛性表面，而且至少為跌落產(chǎn)品重量的50倍以上，故我們將跌落平臺(tái)的材料屬性設(shè)置為剛性材料模型，以確保該跌落試驗(yàn)?zāi)軌驖M足跌落試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。采用彈塑性雙線性材料模型。選擇菜單項(xiàng)MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels，在DefineMaterialModelBehavior對(duì)話框窗口的右側(cè)，依次雙擊LS-DYNA，Nonlinear，Inelastic，Isotropic，BilinearIsotropic。在出現(xiàn)的材料參數(shù)框中輸入相關(guān)參數(shù)，如圖3.7和圖3.8所示。圖3.7定義材料屬性圖3.8輸入材料屬性完成后，單擊OK按鈕，返回并關(guān)閉此界面，回到圖形用戶界面，完成材料模型的定義。3.3網(wǎng)格劃分、定義約束、施加載荷和其它設(shè)置3.3.1網(wǎng)格劃分有限元法的基本思想就是把復(fù)雜的形體拆分為若干個(gè)形狀簡(jiǎn)單的單元，利用單元節(jié)點(diǎn)變量對(duì)單元部變量進(jìn)行插值來實(shí)現(xiàn)對(duì)總體結(jié)構(gòu)的分析，將連續(xù)體進(jìn)行離散化即稱網(wǎng)格劃分，離散而成的有限元集合將替代原來的彈性連續(xù)體，所有的計(jì)算分析都將在這個(gè)模型上進(jìn)行。因此，網(wǎng)格劃分對(duì)計(jì)算分析至關(guān)重要，網(wǎng)格的劃分也是前處理中最重要的設(shè)置，因?yàn)榫W(wǎng)格劃分的好壞將關(guān)系到有限元分析的規(guī)模、速度和精度以及計(jì)算的成敗。多次摸索試驗(yàn)證明：隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，計(jì)算精確度逐漸提高，計(jì)算時(shí)間增加不多；但當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量增加到一定程度后，再繼續(xù)增加網(wǎng)格數(shù)量，計(jì)算精確度提高不多，而計(jì)算的時(shí)間卻大大增加。(1)盡量避免使用退化的殼單元和實(shí)體單元。(2)單元的大小盡量均勻，避免產(chǎn)生相對(duì)很小的單元面積。劃分單元前，需要指定要?jiǎng)澐謫卧膶傩?，?duì)本實(shí)驗(yàn)來說只有一種單元類型，因此選擇默認(rèn)設(shè)置即可。經(jīng)過多次對(duì)網(wǎng)格劃分的大小進(jìn)行調(diào)整以及老師的指導(dǎo)，由于手機(jī)模型為一體機(jī)，本著力求簡(jiǎn)單同時(shí)便于分析的原則，對(duì)對(duì)整個(gè)手機(jī)進(jìn)行同一標(biāo)準(zhǔn)的自由網(wǎng)格劃分，選擇菜單項(xiàng)Mainmenu>Preprocessor>Meshing>MeshAttributes>AllAreas，在彈出的對(duì)話框中進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，就會(huì)得到如圖3.9所示：圖3.9網(wǎng)格劃分3.3.2定義約束在定義各種約束之前，我們首先要將手機(jī)各個(gè)部件生成相應(yīng)的PART，然后將邊界條件和載荷等其它設(shè)置施加在生成的各個(gè)PART上。生成PART在確定所需部件被選中后，選擇LS-DYNAOptions>PartsOptions，在彈出的對(duì)話框中，如圖所示，選擇CreatAllParts項(xiàng)，單擊OK即可生成Parts，如圖3.10所示。本次模擬的手機(jī)模型，由于在前面建造模型時(shí)，我們就考慮到了這些問題，已經(jīng)把手機(jī)模型簡(jiǎn)化，故這里就不用再進(jìn)行特別的分組操作了。圖3.10生成Part(2)定義接觸在創(chuàng)建完P(guān)art并確定其它設(shè)置的正確后，接下來就要對(duì)各個(gè)Part之間的接觸等邊界條件進(jìn)行設(shè)置。接觸-碰撞問題是最困難的非線性問題之一。這主要是因?yàn)樵诮佑|-碰撞問題中的響應(yīng)是不平滑的。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，垂直于接觸界面的速度是瞬時(shí)不連續(xù)的。由于接觸問題是一種高度非線性行為，需要較大的計(jì)算資源，為了進(jìn)行實(shí)為有效的計(jì)算，理解問題的特性和建立合理的模型是很重要的。設(shè)置接觸是我們本次模擬分析過程中的最大的難點(diǎn)，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：1)在求解該問題之前，我們不知道接觸區(qū)域，表面之間是接觸或分開是未知的、突然變化的，這些是隨著載荷、材料、邊界條件和其它因素而定的；2)大多的接觸問題需要計(jì)算摩擦，有幾種摩擦和模型供我們挑選，它們都是非線性的，而且摩擦使問題的收斂性變得非常困難。本實(shí)驗(yàn)選用做基本的面面接觸，作出如圖3.11所示定義接觸。圖3.11定義接觸3.3.3跌落設(shè)置(1)跌落角度對(duì)于跌落方向，考慮到本實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)實(shí)意義，手機(jī)在生活中經(jīng)常垂直掉落，所以在有限元模擬上，我們針對(duì)此角度進(jìn)行計(jì)算。在LS-DYNA，進(jìn)行模型的跌落模擬，在LS-PREPOST觀察跌落過程中的壓力云圖，并記錄最大應(yīng)力值。跌落分析基本參數(shù)設(shè)置在進(jìn)行跌落分析之前，還需要對(duì)跌落測(cè)試相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這包括重力加速度、跌落高度及參考點(diǎn)、計(jì)算時(shí)間以及輸出文件步數(shù)等等。此外，我們還可以通過修改目標(biāo)面的屬性，使手機(jī)模型與不同的目標(biāo)面發(fā)生跌落碰撞，得到更全面的仿真結(jié)果。此外，這里也要注意與前面設(shè)置的單位之間的協(xié)調(diào)。通過DropTest選項(xiàng)下的SetUp進(jìn)行上述試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置。按照材料屬性單位一致性的要求，我們將重力設(shè)置為9.81kg/h。國(guó)家跌落標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：跌落高度的優(yōu)先選擇值為25、100、500、1000mm等，對(duì)于手機(jī)的跌落高度可以設(shè)置為1000mm。出于安全性的考慮，我們可以將跌落高度設(shè)定為1500m(即1.5m)，圖3.12為跌落高度效果圖。圖3.12跌落高度效果圖設(shè)置完以后，在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框的在Status一欄中．我們還可核實(shí)一下前面的設(shè)置。如果有錯(cuò)誤的地方可以在其對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)中進(jìn)行修改，如果沒有錯(cuò)誤，而且在最后一行出現(xiàn)：SuccessfulSetupReadytodrop，即可進(jìn)行求解運(yùn)算，如圖3.13所示。圖3.13參數(shù)設(shè)置3.4求解以及結(jié)果分析3.4.1求解在設(shè)置好上述前處理及邊界條件后，其跌落菜單下就生成了一個(gè)求解菜單，點(diǎn)擊即可就對(duì)模擬進(jìn)行求解運(yùn)算。跌落模塊利用的是LS-DYNA解算器求解的，這主要是因?yàn)長(zhǎng)S-DYNA是一個(gè)顯式非線性動(dòng)力分析通用有限元程序，可以求解各種二維和三維非彈性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和模壓等大變形動(dòng)力相應(yīng)。由于顯示算法計(jì)算時(shí)間一般較長(zhǎng)，但占用的存較小，在求解過程中我們可以選擇SW系列開關(guān)對(duì)求解過程進(jìn)行監(jiān)控。遇到問題時(shí)，也可以重新啟動(dòng)求解程序以獲得滿意解。在完全設(shè)置好之后，DropTest菜單下就會(huì)生成一個(gè)Solve選項(xiàng)，點(diǎn)擊并確定就可以進(jìn)行模擬計(jì)算了。經(jīng)過求解步驟之后，我們將得到的k文件進(jìn)行運(yùn)算處理，得到結(jié)果顯示求解過程正常?？蛇M(jìn)行下一階段分析。求解完成后，在DropTest菜單列表中自動(dòng)出現(xiàn)AnimateResults和TimeHistory菜單項(xiàng)，通過AnimateResults選項(xiàng)，可對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，單擊這一選項(xiàng)之后，屏幕上會(huì)彈出如圖3.14所示對(duì)話框，在其中選擇合適操作。圖3.14跌落測(cè)試動(dòng)態(tài)顯示選項(xiàng)上圖為應(yīng)力變化情況設(shè)置，通過該操作，得到本實(shí)驗(yàn)過程中手機(jī)模型與剛性目標(biāo)面垂跌落之后的應(yīng)力變化情況，具體如圖3.15所示。圖3.16為局部放大圖。圖3.15跌落過程中等效應(yīng)力變化情況圖3.16跌落過程中等效應(yīng)力變化情況（局部放大）通過觀察圖3.16發(fā)現(xiàn)，手機(jī)在跌落后受到的最大應(yīng)力為206mpa左右，雖然是在安全圍之，但是已經(jīng)很危險(xiǎn)了，需要引起足夠的重視。再就是手機(jī)屏幕比主體部分所受應(yīng)力更大，說明屏幕材料性能有待改進(jìn)，或者應(yīng)注意加裝防護(hù)措施。通過菜單項(xiàng)對(duì)所關(guān)心的變量進(jìn)行時(shí)間歷程分析。具體操作為，選擇菜單項(xiàng)MainMenu>DropTest>TimeHistory>GraphVariables，在彈出的對(duì)話框中選擇顯示物體中心的豎向位移時(shí)間歷程曲線，如圖3.17所示。圖3.17選擇跌落測(cè)試時(shí)間歷程變量經(jīng)過上述操作，會(huì)得到本實(shí)驗(yàn)過程下的跌落測(cè)試對(duì)象重心的豎向位移時(shí)間歷程曲線，如圖3.18所示。同樣的可以操作獲取到本實(shí)驗(yàn)過程的豎向速度與加速度時(shí)間歷程曲線圖，分別如圖3.19和3.20所示。圖3.18跌落測(cè)試對(duì)象重心的豎向位移時(shí)間歷程曲線圖3.19跌落測(cè)試對(duì)象速率的豎向位移時(shí)間歷程曲線圖3.20跌落測(cè)試對(duì)象加速度的豎向位移時(shí)間歷程曲線對(duì)比觀察圖3.18，圖3.19，圖3.20可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)跌落過程持續(xù)時(shí)間較短，期間重心相對(duì)穩(wěn)定，在經(jīng)歷第一次撞擊后，會(huì)反彈繼續(xù)撞擊，最后落在撞擊面上。代表手機(jī)屏幕和手機(jī)主體的兩個(gè)殼體在跌落過程中速度，加速度基本保持一致，把本實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和歷史類似實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)基本可靠。3.4.2不同高度跌落模擬對(duì)比為了更好地分析，得到更有說服力的結(jié)論，我們還進(jìn)行了不同高度的對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)手機(jī)整體分別進(jìn)行了500mm、800mm、1000mm、1200mm跌落高度選為底面跌落的模擬，并根據(jù)得到的模擬數(shù)據(jù)繪制了跌落高度與受到的沖擊應(yīng)力關(guān)系如表3.3。表3.3跌落高度與受到的沖擊應(yīng)力關(guān)系高度（mm)500800100012001500應(yīng)力（MPa)107142162183206隨著跌落高度的升高，手機(jī)受到的沖擊應(yīng)力也逐漸增大，但是在底面跌落模擬時(shí)手機(jī)受到的最大應(yīng)力并未超過我們?cè)O(shè)置的屈服強(qiáng)度，這也說明在我們?cè)O(shè)置的材料屬性圍，在此跌落高度圍手機(jī)的外部表現(xiàn)是安全的。同時(shí)手機(jī)因跌落沖擊發(fā)生的應(yīng)變也是相應(yīng)的逐漸變大，在跌落高度為1500mm時(shí)最大變形為2mm左右，這對(duì)手機(jī)外殼的材料來說有很大危險(xiǎn)。我們必須對(duì)其加以包裝進(jìn)行保護(hù)。至于跌落過程中的重心，速度，加速度豎向時(shí)間歷程曲線均差別不大，在本文中僅列出1500mm高度對(duì)應(yīng)圖作為代表。3.5本章小結(jié)本章進(jìn)行手機(jī)跌落的仿真實(shí)驗(yàn)，通過研究在ANSYS中對(duì)有限元模型的前處理遇到的各種問題及我們解決的方法，對(duì)手機(jī)中體進(jìn)行了跌落分析，模擬得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)經(jīng)與歷史規(guī)律數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)是一致的，符合跌落理論。通過應(yīng)力、應(yīng)變?cè)茍D我們還發(fā)現(xiàn)跌落姿態(tài)對(duì)于手機(jī)跌落的影響狀況。手機(jī)與地面垂直跌落接觸是生活中常見的手機(jī)損壞方式，這種跌落對(duì)手機(jī)造成的盈利沖擊較大，通過本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以對(duì)手機(jī)的設(shè)計(jì)以及以后的跌落試驗(yàn)和模擬提供參考和借鑒。4結(jié)論與展望消費(fèi)電子產(chǎn)品尤其是各種便攜式電子產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)角落。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)電子相關(guān)行業(yè)也提出了更高的要求：精確、穩(wěn)定、輕巧、、可靠；這就使得電子產(chǎn)品具有產(chǎn)品更新?lián)Q代快，研發(fā)周期短的特點(diǎn)。跌落仿真技術(shù)可以對(duì)各類電子產(chǎn)品在使用過程中可能碰到的跌落碰撞情況進(jìn)行研究，以量化的形式展示了產(chǎn)品受到的跌落沖擊的情況。通過分析仿真結(jié)果，可以給產(chǎn)品設(shè)計(jì)師提供依據(jù)，以便他們能設(shè)計(jì)出更好的抗跌落沖擊產(chǎn)品和包裝，保證產(chǎn)品的安全，并可以降低試驗(yàn)成本、節(jié)約時(shí)間，加快新產(chǎn)品的上市速度。4.1結(jié)論本文利用CAD軟件制作了該手機(jī)的模型，最后在分析和總結(jié)前人跌落模擬仿真的研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)了在ANSYS中進(jìn)行跌落模擬的CAE分析方法及步驟，運(yùn)用有限元軟件ANSYS對(duì)手機(jī)模型進(jìn)行了跌落試驗(yàn)?zāi)M。其中我們著重了解并研究了模擬時(shí)在前處理中遇到的各種問題及其解決方法，及跌落參數(shù)設(shè)置對(duì)跌落模擬的影響等。本文的主要工作及結(jié)論如下:(1)本文運(yùn)用ANSYS/LS-DYNA中的DTM跌落模塊對(duì)手機(jī)進(jìn)行了跌落模擬，和以往的物理實(shí)驗(yàn)不同的是，仿真模擬更省時(shí)更經(jīng)濟(jì)。(2)通過模擬我們可以得到產(chǎn)品受到跌落沖擊時(shí)的響應(yīng)情況：即所受應(yīng)力、應(yīng)變情況及加速度等的分布和變化情況，特別是沖擊瞬間時(shí)的情況，通常情況下手機(jī)跌落后易損位置在接觸點(diǎn)，安全起見，應(yīng)當(dāng)加裝防護(hù)外殼或者改善材料性能。(3)本次模擬選用500mm，800mm，1000mm，1200mm，1500mm五個(gè)不同高度進(jìn)行安全仿真模擬，對(duì)比分析不同高度下的應(yīng)力狀況得到了手機(jī)跌落的安全高度。4.2展望雖然跌落仿真試驗(yàn)已在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用了多年，但它要取代物理實(shí)驗(yàn)仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題，由于時(shí)間和個(gè)人能力的限制，本文存在的一些不足之處,若能在以下方面進(jìn)行改進(jìn)和完善，將使跌落試驗(yàn)的CAE模擬更具實(shí)用價(jià)值，并能更好的推廣ANSYS在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和仿真方面的應(yīng)用：(1)優(yōu)化跌落分析模型，找到更準(zhǔn)確的手機(jī)模型及其材料參數(shù)，使CAE模擬能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和使用上所關(guān)注的方面都能有足夠的預(yù)測(cè)能力。(2)細(xì)化和完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法及其進(jìn)行模擬仿真的原則，使我們?cè)谟龅絾栴}時(shí)能夠迅速找到切實(shí)可行的解決方案。參考文獻(xiàn)[1]鵬忠,為民,炳森等.手機(jī)環(huán)境試驗(yàn)自由跌落的CAE仿真[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2003,25(8)：210~213[2]在偉，梁新華.應(yīng)用有限元技術(shù)進(jìn)行手機(jī)結(jié)構(gòu)碰撞仿真[J].中國(guó)制造業(yè)信息化，2004,33(10)：162~165[3]祖景平，薛澄岐.手機(jī)跌落破壞仿真分析研究[J].中國(guó)制造業(yè)信息化,2006,35(11)：73~76[4]俞璐，薛澄岐,祖景平.手機(jī)電池蓋跌落仿真分析[J].電子機(jī)械工程,2008,45(1):12~17[5]偉國(guó).基于數(shù)字化模型的跌落沖擊分析.碩士學(xué)位論文[D].：江南大學(xué)，2009，13(5):42~44[6]健，建武.基于有限元仿真的手機(jī)超薄透明翻蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械工程，2009,36(2):36~39[7]彭必友，謝佳斌，馮權(quán)等.直板手機(jī)跌落破壞數(shù)字化分析研究[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009,28(1):120~123[8]段良.手機(jī)跌落實(shí)驗(yàn)及其計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究.碩士學(xué)位論文[D].：大學(xué)，2009[9]健.手機(jī)翻蓋結(jié)構(gòu)抗跌落設(shè)計(jì)方法的研究.碩士學(xué)位論文[D].:交通大學(xué)，2009[10]周鑫美，謝然.基于跌落試驗(yàn)數(shù)值仿真的手機(jī)耐撞性設(shè)計(jì)[J].機(jī)電一體化，2010，23(5):134~136[11]興林.基于ANSYS/LS-DYNA的手機(jī)跌落仿真分析[J].商品與質(zhì)量.學(xué)