張?jiān)迫A，李 珊，劉冠玉，陳 驥，李洪兵

（1.昆明理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院，昆明 650500；2.云南北方馳宏光電有限公司，昆明 650217）

紅外鏡頭跌落沖擊仿真及緩沖包裝方法選擇研究

張?jiān)迫A1，2，李 珊1，劉冠玉1，陳 驥2，李洪兵2

（1.昆明理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院，昆明 650500；2.云南北方馳宏光電有限公司，昆明 650217）

基于顯式動(dòng)力分析理論，對(duì)某款紅外鏡頭及其包裝件進(jìn)行跌落仿真分析，提取鏡頭整體，大、小鏡片在每個(gè)時(shí)刻的最大應(yīng)力，在MATLAB中生成曲線，得出在初始時(shí)刻，大鏡片上的應(yīng)力大于小鏡片上的，而在結(jié)束階段，情況相反，從而引發(fā)了設(shè)計(jì)者對(duì)鏡片安裝處鏡筒的壁厚設(shè)計(jì)的思考；以硬質(zhì)PU泡沫作為此類紅外鏡頭的緩沖包裝，在保護(hù)產(chǎn)品抵抗沖擊方面，采用局部緩沖優(yōu)于全面緩沖。并將局部緩沖下大、小鏡片中心點(diǎn)Z向加速度峰值與裸機(jī)的作比較，發(fā)現(xiàn)該緩沖方法對(duì)峰值的削弱效果非常明顯。最后將局部緩沖包裝件放入瓦楞紙箱進(jìn)行跌落試驗(yàn)，且能通過。這種基于仿真的設(shè)計(jì)方法為紅外產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及緩沖包裝方法的選擇提供了一種有效的研究手段。

紅外鏡頭；跌落仿真；局部緩沖包裝；硬質(zhì)PU；加速度峰值；沖擊

紅外鏡頭等精密光學(xué)元器件在使用和運(yùn)輸過程中都有可能發(fā)生跌落和碰撞，如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或者包裝設(shè)計(jì)不合理，在跌落沖擊下都有可能導(dǎo)致產(chǎn)品的破損，所以紅外鏡頭等精密光學(xué)元器件在設(shè)計(jì)研發(fā)過程中需要考慮的是一旦產(chǎn)品跌落后會(huì)產(chǎn)生什么樣的后果，強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求有沒有滿足。

若要知道產(chǎn)品跌落后產(chǎn)生的后果，一般都采用傳統(tǒng)的跌落試驗(yàn)來獲得，例如手機(jī)、MP3等一般采用裸機(jī)的跌落試驗(yàn)，家用電器如空調(diào)、液晶顯示器、電視機(jī)等一般采用帶包裝的跌落試驗(yàn)。但跌落試驗(yàn)作用時(shí)間極短，跌落姿態(tài)不易控制，重復(fù)性太差，試驗(yàn)費(fèi)用很高，測(cè)得的物理量有限，不能獲得時(shí)間和空間上的連續(xù)解，不能完整體現(xiàn)跌落過程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和變形機(jī)理。此類傳統(tǒng)的跌落試驗(yàn)只能評(píng)判產(chǎn)品能否通過行業(yè)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的改進(jìn)、緩沖包裝方式的選擇作用有限［1－2］。

跌落仿真很好地解決了這些問題，它利用計(jì)算機(jī)仿真的手段，對(duì)產(chǎn)品的跌落過程進(jìn)行有限元仿真分析，獲得工程師們最關(guān)注的參數(shù)，例如結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)力、變形等［3］。在產(chǎn)品的物理樣機(jī)和產(chǎn)品包裝未制造出來之前，可以通過及時(shí)地改進(jìn)產(chǎn)品或緩沖包裝的結(jié)構(gòu)、選擇合理的緩沖包裝材料等手段來提高產(chǎn)品及其包裝件的抗跌落沖擊的性能。

本文將有限元仿真分析［4］的手段引入到紅外鏡頭及其緩沖包裝件跌落分析上，進(jìn)而為紅外產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及緩沖包裝方法選擇提供了一種有效的研究手段。首先運(yùn)用ANSYS/LS－DYNA有限元分析軟件對(duì)某款紅外鏡頭裸機(jī)的跌落過程進(jìn)行分析，來預(yù)測(cè)紅外鏡頭裸機(jī)跌落后的受損情況，然后對(duì)兩種緩沖包裝方法的抗跌落沖擊性能進(jìn)行分析，從而達(dá)到優(yōu)化包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案的目的。

1 顯式動(dòng)力分析理論基礎(chǔ)

紅外鏡頭的跌落是鏡頭在極短的時(shí)間內(nèi)，在劇烈的動(dòng)態(tài)碰撞沖擊載荷下發(fā)生一系列的復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程，所以在整個(gè)跌落過程中同時(shí)存在著幾何非線性、材料非線性、和接觸非線性。因此對(duì)紅外鏡頭的跌落過程進(jìn)行數(shù)值模擬，一般都采用顯式積分算法。建立碰撞運(yùn)動(dòng)方程，方程表示為［5］：

其中：［M］表示總體質(zhì)量矩陣；［C］表示總體阻尼矩陣；［K］表示總體剛度矩陣；｛a｝表示加速度向量；｛v｝表示速度向量；｛s｝表示位移向量；｛Fex｝表示包括碰撞力在內(nèi)的外力向量。其中剛度矩陣［K］是由結(jié)構(gòu)的材料屬性和單元的幾何性質(zhì)決定的，質(zhì)量矩陣［M］是由密度來決定的通過定義材料特性（彈性模量、泊松比和密度）與單元類型得到剛度矩陣和質(zhì)量矩陣［6］。但在大多數(shù)情況下，阻尼機(jī)制是不能確切知道的，從而阻尼的形式也是未知的。

在整個(gè)時(shí)域范圍內(nèi)，可由上述三條積分遞推公式求解得到各個(gè)離散時(shí)間點(diǎn)處的位移、速度和加速度。顯式積分算法與其它的計(jì)算不同，它不需要進(jìn)行矩陣分解或者求逆，不需要求解聯(lián)立的方程組，同時(shí)也不存在收斂性的問題，其穩(wěn)定性準(zhǔn)則能自動(dòng)控制計(jì)算步長的大小，保證積分運(yùn)算的速度，因此通過碰撞運(yùn)動(dòng)方程，中心差分法等理論就可以構(gòu)建紅外鏡頭跌落碰撞的有限元分析的整個(gè)算法。

2 紅外鏡頭跌落仿真分析

2.1 有限元模型的建立

建立仿真分析模型是仿真的前提條件。本文在Pro/e建立紅外鏡頭的實(shí)體模型，它主要由鏡筒，壓圈一、壓圈二、鏡片一（大鏡片）和鏡片二（小鏡片）構(gòu)成，然后將其保存成后綴為igs的文件，將其導(dǎo)入ANSYS/LS－DYNA中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為了方便處理，所有零件模型均采用solid 164實(shí)體單元，四面體網(wǎng)格進(jìn)行離散。將地面定義為剛性體，生成仿真分析所必需的有限元模型。

圖1 紅外鏡頭跌落的有限元模型Fig.1 Finite element drop model of a infrared lens

由于這款紅外鏡頭鏡片材料是鍺單晶，而鍺單晶很脆，容易損壞，因此兩片紅外鏡片是整個(gè)紅外鏡頭的關(guān)鍵部件，是主要關(guān)注的對(duì)象。鏡筒、壓圈和鏡片采用雙線性隨動(dòng)硬化材料模型，地面采用剛性體模型來處理。紅外鏡頭各部分材料參數(shù)見表1。

表1 紅外鏡頭主要部件材料性能參數(shù)Tab.1 Material parameters of com ponent in a in frared lens

2.2 跌落仿真工況

根據(jù)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)的要求，跌落高度選擇1 000 mm的自由跌落，要求產(chǎn)品帶包裝跌落后不發(fā)生損壞現(xiàn)象。此處的鏡頭裸機(jī)跌落分析的目的是為了預(yù)測(cè)產(chǎn)品不帶包裝跌落后的損壞程度，為下面包裝材料的選擇和包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考，若損壞程度很小，或者沒有損壞，則在瓦楞紙箱里放一點(diǎn)緩沖介質(zhì)即可，若損壞程度較大，則需要專用的緩沖襯墊，這就涉及到了緩沖包裝材料和緩沖包裝方法的選擇。

2.3 仿真計(jì)算及結(jié)果分析

使用LS-DYNA Solver求解器進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算完成后，通過LS-PREPOST打開計(jì)算結(jié)果文件d3plot，獲得紅外鏡頭在跌落過程中最危險(xiǎn)時(shí)刻的應(yīng)力云圖，如圖2～4所示。在t＝0.000 099 968 s時(shí)，鏡頭整體單元最大應(yīng)力達(dá)到794.285 MPa，發(fā)生部位位于鏡筒與剛性地面的接觸處，且大大超過了硬鋁2A12屈服強(qiáng)度380 MPa，發(fā)生嚴(yán)重的變形，也超過了它的強(qiáng)度極限500 MPa，鏡筒與地面接觸處可能首先破裂，此時(shí)大鏡片上的應(yīng)力為631.374 MPa，小鏡片上的應(yīng)力是349.027 MPa，都大大超過鍺的強(qiáng)度極限100 MPa，說明此時(shí)的大、小鏡片很有可能已經(jīng)破損。由于此處的沖擊是由剛性地面通過鏡筒直接傳遞給鏡片，首先傳遞到的是大鏡片，大鏡片的最大應(yīng)力部位即為碰撞部位，所以此時(shí)大鏡片上的最大等效應(yīng)力大于小鏡片上的。大鏡片上的應(yīng)力由接觸部位鏡片的邊緣處向內(nèi)部擴(kuò)散，離接觸部位越遠(yuǎn)，傳遞到的應(yīng)力就越小。此時(shí)小鏡片的應(yīng)力是通過鏡筒大端的變形傳到小端進(jìn)行擠壓產(chǎn)生的，伴隨著應(yīng)力和變形傳遞衰減的過程，所以在初始時(shí)刻，小鏡片上的應(yīng)力與大鏡片上的相比偏小。當(dāng)t＝0.00019998 s時(shí)，鏡頭整體單元最大應(yīng)力為794.461 MPa，是整個(gè)跌落過程中的峰值，發(fā)生在小鏡片上，此時(shí)大鏡片上的應(yīng)力為669.672MPa，限于篇幅，此處不給圖示。

圖2 T＝0.000 099 968 s時(shí)紅外鏡頭應(yīng)力云圖Fig.2 Stress distribution of a infrared lens at0.000 099 968 s

圖3 T＝0.000 099 968 s時(shí)大鏡片應(yīng)力云圖Fig.3 Stress distribution of the large lens at0.000 099 968 s

提取每個(gè)時(shí)間點(diǎn)鏡頭整體、大鏡片和小鏡片的單元最大應(yīng)力數(shù)據(jù)，在MATLAB中生成如圖5所示曲線，整個(gè)跌落過程的應(yīng)力峰值794.416 MPa發(fā)生在小鏡片上，但最先可能破損的是大鏡片，隨著鏡筒大端變形和大鏡片的局部破損，小鏡片安裝部位就成了碰撞部位，導(dǎo)致在0.000 2 s～0.000 6 s時(shí)刻內(nèi)小鏡片上的應(yīng)力值高于大鏡片上的，隨著小鏡片的局部破損和鏡筒小端的變形，鏡筒大端再次成為主要碰撞接觸部位，所以在0.000 7 s～0.001 s時(shí)刻內(nèi)大鏡片上應(yīng)力值高于小鏡片上的。本文中鏡筒大端的鏡片安裝處壁厚為5 mm，外徑為68 mm，其外徑與壁厚的比值（以下簡稱徑厚比）為13.6，鏡筒小端鏡片安裝壁厚為9mm，外徑為52 mm，其徑厚比為5.8，兩比值相差比較大，也就是說，大端鏡片安裝處，壁薄且口徑大，小端鏡片安裝處，壁厚且口徑小，所以鏡筒大端變形肯定會(huì)比鏡筒小端的變形大很多。鏡筒小端抵抗變形的能力較前者強(qiáng)很多，所以當(dāng)大端變形達(dá)到極限時(shí)，小端即小鏡片的安裝部位又成了碰撞部位，大鏡片的變形有起一個(gè)緩沖吸能的作用，使得作用在大鏡片上的力減少，而小鏡片安裝部位的鏡筒壁較厚，變形比較小，從而抵抗變形的能力相對(duì)較強(qiáng)，則應(yīng)力很大程度地通過鏡筒傳遞給小鏡片，因此，在碰撞結(jié)束前一段時(shí)間內(nèi)，小鏡片上的應(yīng)力值一直大于大鏡片上的。

圖4 T＝0.000 099 968 s時(shí)小鏡片應(yīng)力云圖Fig.4 Stress distribution of the small lens at0.000 099 968 s

圖5 紅外鏡頭最大應(yīng)力－時(shí)間曲線Fig.5 Maximum stress-time curve of a infrared lens

3 紅外鏡頭包裝件跌落仿真分析

3.1 緩沖包裝材料的選擇

本文中的緩沖包裝材料選擇的是低密度硬質(zhì)聚氨酯泡沫，其密度為1.71×10－10t/mm3，彈性模量為1 000 MPa，材料模型為Low Density Foam。聚氨酯泡沫是一種重要的合成材料，具有多孔性，相對(duì)密度小，比強(qiáng)度高；具有很強(qiáng)的彈性，化學(xué)穩(wěn)定性好；具有良好的防水、防震性能，且價(jià)格比較低，容易成型。主要用于精密儀器儀表、貴重機(jī)械、易損件等的運(yùn)輸包裝上，本文中的紅外鏡頭是紅外熱像儀上的調(diào)焦鏡頭，屬于精密光學(xué)儀器，市場價(jià)可以賣到8 000元左右，也屬于貴重機(jī)械，所以選擇低密度硬質(zhì)聚氨酯泡沫作為緩沖材料在用途上是合理的。

3.2 緩沖包裝材料的應(yīng)力－應(yīng)變曲線

本文中使用緩沖包裝材料低密度硬質(zhì)聚氨酯（PU）的應(yīng)力－應(yīng)變曲線是通過材料靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法獲得的，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 8168－2008（包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法），所用的試驗(yàn)設(shè)備是深圳新三思材料檢測(cè)公司生產(chǎn)的CMT6103萬能材料試驗(yàn)機(jī)。獲得的應(yīng)力－應(yīng)變曲線如圖7所示。

圖6 低密度硬質(zhì)聚氨酯泡沫應(yīng)力－應(yīng)變曲線Fig.6 Stress-strain curve of rigid polyurethane

3.3 緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文中主要針對(duì)兩種不同包裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，來研究這兩種不同的包裝結(jié)構(gòu)對(duì)鏡頭上的鏡片，鏡頭整體所受應(yīng)力的減弱程度，從而為同類產(chǎn)品包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文中涉及到了兩種包裝結(jié)構(gòu)——整體式和分離式，即包裝工程領(lǐng)域提到的全面緩沖和局部緩沖兩種方式，如圖8所示。

圖7 緩沖包裝結(jié)構(gòu)Fig.7 Structure of Cushioning packaging

圖7（a）中緩沖方式屬于全面緩沖方式，該種緩沖方式所用包裝材料較局部緩沖來得多，它主要適用于小批量產(chǎn)品的包裝，全面緩沖包裝法，由于緩沖應(yīng)力較小、因而可以減少緩沖材料的厚度以及包裝材料來提高運(yùn)輸工具的利用率。圖7（b）屬于局部緩沖包裝法，它是根據(jù)鏡頭的特點(diǎn)，利用兩塊緩沖襯墊對(duì)兩塊鏡片安裝部位進(jìn)行局部緩沖，減少了泡沫材料，降低了成本，且采用這種局部緩沖包裝法，有利于產(chǎn)品的安放與固定。

3.4 仿真計(jì)算、結(jié)果分析與試驗(yàn)驗(yàn)證

在仿真計(jì)算之前，給定與鏡頭裸機(jī)跌落時(shí)相同的工況，計(jì)算求解后，提取每個(gè)時(shí)間點(diǎn)鏡頭整體、大鏡片和小鏡片的單元最大應(yīng)力數(shù)據(jù)，在MATLAB中生成如圖8和圖9所示曲線。

圖8 全面緩沖包裝下的紅外鏡頭最大應(yīng)力－時(shí)間曲線Fig.8 Maximum stress-time curve of a infrared lens in comprehensive cushion packaging

圖9 局部緩沖包裝下的紅外鏡頭最大應(yīng)力－時(shí)間曲線Fig.9 Maximum stress-time curve of a infrared lens in Partial Cushion Packaging

圖10 全面緩沖下跌落仿真與試驗(yàn)結(jié)果比較Fig.10 CoMParison between simulation results and experiment ones in comprehensive cushion packaging

圖8顯示了全面緩沖包裝方式下，跌落過程中大鏡片在各個(gè)時(shí)刻的最大應(yīng)力始終低于80 MPa，小于鍺的屈服極限90 MPa和強(qiáng)度極限100 MPa，所以大鏡片應(yīng)該是安全的。而小鏡片在整個(gè)跌落過程中出現(xiàn)了一個(gè)危險(xiǎn)時(shí)刻，在0.001 7 s的時(shí)侯出現(xiàn)了136.462 MPa的最大應(yīng)力，如圖10（a）所示，產(chǎn)生部位在小鏡片與鏡筒底部接觸處，很可能會(huì)引起小鏡片的破壞。為了驗(yàn)證仿真結(jié)果是否正確，按照企業(yè)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)試驗(yàn)規(guī)范，在HW－DT－315型跌落試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行跌落試驗(yàn)，將全面緩沖鏡頭包裝件，提到規(guī)定的高度突然釋放，使其落入沖擊板，形成沖擊載荷。試驗(yàn)結(jié)束后，取出鏡頭，發(fā)現(xiàn)鏡筒，壓圈和大鏡片完好無損，而小鏡片出現(xiàn)了崩邊的現(xiàn)象，如圖10（b）所示，仿真分析的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是因?yàn)榫彌_包裝彈性比較好，撞擊地面后反彈，由于慣性的存在，鏡頭繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)，而所選的這款低密度硬質(zhì)聚氨酯泡沫，相對(duì)于其他泡沫而言比較硬，變形相對(duì)比較小，相當(dāng)于又發(fā)生了一次鏡頭與硬質(zhì)泡沫的碰撞，沖擊就直接作用于小鏡片的安裝部位。如上文所說，鏡筒小端壁比大端的厚，且直徑較小，抵抗變形的能力強(qiáng)，小端處的緩沖泡沫厚度大于大端的緩沖泡沫后，相當(dāng)于一個(gè)硬且厚物體，碰撞在一個(gè)較之更硬的物體上，更硬的物體里面緊貼著一個(gè)極易破損的物體，所以通過一次碰撞沖擊，很有可能導(dǎo)致里面的小鏡片被震碎。圖9顯示的局部緩沖方式下跌落過程中大、小鏡片在各個(gè)時(shí)刻的最大應(yīng)力始終低于80 MPa，小于鍺的屈服應(yīng)力90MPa和強(qiáng)度極限100 MPa，所以大、小鏡片應(yīng)該是安全的，對(duì)于此類特征的紅外鏡頭，如果選擇硬質(zhì)泡沫來作為緩沖，采用這種局部緩沖方式抗沖擊的性能強(qiáng)于全面緩沖緩沖的抗沖擊性能。圖5、圖8和圖9都體現(xiàn)了一個(gè)共同的特點(diǎn)，在碰撞的初始時(shí)刻，大鏡片上的最大應(yīng)力大于小鏡片上的，而在碰撞結(jié)束階段，大鏡片最大應(yīng)力均小于大鏡片上最大應(yīng)力，原因與上文對(duì)裸機(jī)分析的原因類似。限于篇幅，不再贅述。

4 局部緩沖包裝件與鏡頭裸機(jī)跌落加速度響應(yīng)值對(duì)比分析

一些文獻(xiàn)中提到，導(dǎo)致產(chǎn)品破損還有一個(gè)重要的因素即產(chǎn)品的極限加速度［7］。由上文分析可知通過局部緩沖的方式使得小鏡片上最大應(yīng)力從原來的794.461 MPa降為68.565 2 MPa，大鏡片上的最大應(yīng)力由原來的669.672 MPa降為72.532 MPa，幾乎都降為原來的十分之一，對(duì)最大應(yīng)力減弱效果非常明顯。在加速度值方面如圖11和圖12所示，曲線A、曲線B分別為大鏡片中心節(jié)點(diǎn)19 077和小鏡片中心節(jié)點(diǎn)10 688的加速度響應(yīng)，與鏡頭裸機(jī)跌落的相比，大鏡片中心節(jié)點(diǎn)的加速度峰值降為原來的十分之一，小鏡片上的降為原來的五分之一，所以對(duì)加速度峰值的減弱效果也非常明顯。最后將這種局部緩沖的紅外鏡頭包裝件，進(jìn)行跌落試驗(yàn)，結(jié)果顯示產(chǎn)品完好無損，順利通過了樣機(jī)跌落試驗(yàn)。

圖11 裸機(jī)跌落時(shí)，大、小鏡片中心點(diǎn)Z向加速度響應(yīng)Fig.11 Z acceleration response of the lager and small lens’center node when the Baremachine drops

圖12 局部緩沖包裝件跌落時(shí)，大、小鏡片中心點(diǎn)Z向加速度響應(yīng)Fig.12 Z acceleration response of the lager and small lens’center node when the Partial Cushion Packaging drops

5 結(jié) 論

本文利用ANSYS/LS－DYNA建立了某款紅外鏡頭及整體式和分離式兩種緩沖包裝的有限元模型，然后進(jìn)行跌落仿真分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）碰撞的初始階段，大鏡片上的最大應(yīng)力大于小鏡片上，碰撞的后階段，小鏡片上最大應(yīng)力大于大鏡片上，由此引發(fā)了設(shè)計(jì)人員對(duì)鏡片安裝處的鏡筒壁厚取值的思考。

（2）對(duì)兩種緩沖包裝方式——全面緩沖和局部緩沖進(jìn)行了對(duì)比分析，并對(duì)這兩種緩沖包裝件進(jìn)行跌落試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，得出對(duì)于此款紅外鏡頭而言，在選擇低密度硬質(zhì)聚氨酯泡沫作為緩沖材料的情況下，在保護(hù)鏡頭抵抗沖擊方面，局部緩沖方式優(yōu)于全面緩沖方式，為同類產(chǎn)品緩沖包裝方法的選擇提供了參考。同時(shí)物理樣機(jī)跌落試驗(yàn)驗(yàn)證了仿真設(shè)計(jì)方案及方法的可行性和正確性。

（3）對(duì)產(chǎn)品裸機(jī)和局部緩沖方式下的大、小鏡片中心點(diǎn)Z向加速度響應(yīng)峰值進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)此種緩沖包裝方法對(duì)加速度峰值減弱效果也很明顯。將這種仿真方法引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可以讓設(shè)計(jì)者在初期就可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷，從而加以改進(jìn)，這樣不僅可以保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量，同時(shí)大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，減少了試驗(yàn)費(fèi)用［8－9］，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。

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Dropping simu lation and selecting of cushion packaging methods for a infrared lens

ZHANG Yun-hua1，2，LIShan1，LIU Guan-yu1，CHEN Ji2，LIHong-bing2
（1.College of Mechanical and Electrical Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming650500，China；
2.Yunnan KIRO-CH Photonics Co.，Ltd，Kunming 650217，China）

The dropping process of a infrared lens and its package were analyzed based on the explicit dynamic analysis theory here，the maximum stresses of the infrared lens，its large lens and small lens were extracted at each instant.Then the stress versus time curve was generated in MATLAB.The stress of its large lens was higher than that of its small lens at the initial instantand in the ending stage the situation is opposite，so it caused the designer's thinking for the thickness design of the barrel.Rigid polyurethane foam was taken as the cushioning packaging of this infrared lens.Partial cushion packaging was better than comprehensive cushion packaging for protecting the product from shock.Compared with the bare machine drops，itwas shown that the Z direction acceleration response of the central point of the large and small lenseswith the partial cushion packaging during drop ismuch lower than thatof the bare lense.Finally，the lens with the partial cushion packaging was put into a corrugated box for a drop test，and it passed through the test.This simulation-based design approach provided an effective means for the structural design of infrared products and selection of cushioning packagingmethods.

infrared lens；dropping simulation；partial cushion packaging；rigid polyurethane（PU）；peak of acceleration；shock

TP744

A

10.13465/j.cnki.jvs.2014.24.022

國家科技部重點(diǎn)新產(chǎn)品資助項(xiàng)目（2012GRF30008）；云南省科技創(chuàng)新強(qiáng)省計(jì)劃項(xiàng)目（2010AD003）

2013－08－26 修改稿收到日期：2013－12－04

張?jiān)迫A男，碩士生，1987年9月生

李珊女，副教授，碩士生導(dǎo)師，1965年生