劉丹丹

（浙江眾合科技股份有限公司，杭州 310052）

CAE技術(shù)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)仿真中的應(yīng)用

劉丹丹

（浙江眾合科技股份有限公司，杭州 310052）

利用CAE技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品，可以極大地縮短實驗周期，提高企業(yè)研發(fā)能力和產(chǎn)品競爭力。文章針對手機使用中最經(jīng)常發(fā)生的翻轉(zhuǎn)和跌落兩個動作，利用CAE技術(shù)進行了動作過程的仿真分析，且通過實驗驗證了分析結(jié)果的可靠性。文章的方法為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)研發(fā)提供了有益的思路。

手機；仿真；翻轉(zhuǎn)；跌落

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.154

1 引言

手機跌落試驗是手機耐撞性設(shè)計的基礎(chǔ)[1]，其研究方法主要有實物實驗和數(shù)值仿真。數(shù)值仿真是一種在計算機中對手機跌落實驗數(shù)學(xué)模型進行數(shù)值模擬的方法[2-3]。隨著CAE技術(shù)的快速發(fā)展，許多仿真軟件已可以清晰、準確地模擬手機的跌落過程。由于數(shù)值仿真不需要預(yù)先制取物理樣機，所以在產(chǎn)品開發(fā)階段，利用計算機對手機的跌落試驗進行數(shù)值模擬，不僅可以及早地發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，改進設(shè)計方案，提高其跌落安全性，更可以節(jié)約開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。

折疊手機中的FPC(FlexiblePrintedCircuit)，由于受裝配空間的限制及自身的柔軟特性，設(shè)計者很難直觀地評估FPC的疲勞特性。為此我們以折疊手機FPC為例，利用CAE軟件來模擬其工作環(huán)境，對FPC在手機翻蓋翻轉(zhuǎn)過程中的變形進行模擬，預(yù)測可能存在的斷裂區(qū)域，并與實驗結(jié)果相對比，旨在為設(shè)計者提供一種直觀、可靠的評定方法，使設(shè)計者在FPC的設(shè)計初期就可以預(yù)估其疲勞特性。

2 CAE技術(shù)在手機結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用流程

在以往的手機結(jié)構(gòu)設(shè)計中，往往是對手機樣機進行一系列的測試，從而對手機的結(jié)構(gòu)加以驗證，并將發(fā)現(xiàn)的問題反饋給結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師，對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進行改進，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞及對測試結(jié)果的響應(yīng)速度往往決定于設(shè)計工程師的經(jīng)驗?；贑AE仿真測試的結(jié)構(gòu)設(shè)計流程如圖1所示，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師在設(shè)計初期就可利用CAE軟件模擬真實產(chǎn)品的測試環(huán)境，若發(fā)現(xiàn)問題，則及時反饋到結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，并通過CAE仿真測試驗證尋找到最優(yōu)解進行更改，從而減少修模次數(shù)，加快產(chǎn)品的研發(fā)速度和減少研發(fā)成本。

3 手機翻轉(zhuǎn)疲勞仿真分析

3.1 物理模型

手機FPC的裝配模型如圖2所示，F(xiàn)PC的一端焊接在翻蓋PCB上，另一端通過FPC連接器固定在主機PCB板上。在手機的翻開過程中，上翻蓋繞轉(zhuǎn)軸從圖1所示的位置開始旋轉(zhuǎn)至與主機成155度角的位置，F(xiàn)PC則在機殼所形成的空間內(nèi)做彎折運動。手機FPC的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，它是由雙層材料構(gòu)成，而每一層材料又是由PI、膠、銅線復(fù)合而成，結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖1 基于CAE仿真測試的結(jié)構(gòu)設(shè)計流程

3.2 CAE軟件的模擬結(jié)果

利用CAE軟件可以很方便地根據(jù)FPC的物理模型，創(chuàng)建FPC的仿真分析模型，F(xiàn)PC的運動過程可以分為兩個過程。初始裝配，形狀到折疊手機處于閉合狀態(tài)時FPC的形狀，此過程在實際裝配過程中，主要由人工裝配來實現(xiàn)，利用CAE軟件可計算出折疊手機閉合狀態(tài)下，F(xiàn)PC的變形情況，在初始裝配變形的基礎(chǔ)上，手機翻蓋部分帶動FPC一端繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至155度位置。

由于用戶在使用折疊手機過程中經(jīng)常翻折手機，所以設(shè)計者更關(guān)心FPC在第二個運動過程中的應(yīng)力應(yīng)變情況，利用CAE軟件的后處理可以很方便地顯示FPC各層各節(jié)點在各時刻的應(yīng)變及應(yīng)力值，并繪制成相應(yīng)的應(yīng)力云圖便于設(shè)計者對其進行評測。

3.3 與實驗結(jié)果對比

從CAE軟件分析的結(jié)果來看，第3層與第5層的最大應(yīng)力較大，所以最有可能發(fā)生疲勞斷裂的區(qū)域是第3層銅線層或者第5層PI層。第3層銅線層是各個獨立的銅線，所以當(dāng)其破壞時

具體表癥是某個單一的銅線斷裂，可以通過測試FPC的某個PIN會出現(xiàn)斷路來加以判斷，而此時FPC的外部特征可能仍然良好，而第五層PI層斷裂則表現(xiàn)為外部撕裂。為此我們輔助實驗加以驗證，實驗中未出現(xiàn)FPC外部良好而PIN斷路的情況，而是個別出現(xiàn)了FPC撕裂情況，可以看出FPC主要問題是外部PI撕裂，實際測量斷裂區(qū)域的位置距離端部約為9.25mm。

從CAE軟件的分析結(jié)果來看，PI在拉應(yīng)力作用下表現(xiàn)的破壞為撕裂，可能斷裂，其距離端部距離為8.33mm。

Application of CAE Technology in Product Mechanical Simulation

LIUDan-dan
(ZhejiangUnitedTechnologyCORP.Ltd.,Hangzhou310052,China)

Using CAE technology to develop products can greatly shorten the experimental cycle and improve enterprise R&D capabilities and product competitiveness.Inthispaper,weusetheCAEtechnologytosimulateandanalyzeflipandfalltwoactionsofmobile phone,which are themost frequentlyused in mobilephone,andthereliabilityoftheanalysisresultsisverified byexperiments.Thismethod providesuseful ideasfor the research and development ofproduct structure.

mobilephone;simulation;flip;drop

TN929.53

B

1007-9467（2016）07-0244-02

劉丹丹（1980～），女，浙江杭州人，工程師，從事軌道交通AFC設(shè)備開發(fā)與研究，（電子信箱）lddsuccess@sina.com。