杜艷平

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

連接器在運(yùn)輸、裝配或者使用過(guò)程中存在跌落的風(fēng)險(xiǎn)，從而不可避免受到?jīng)_擊載荷，因此產(chǎn)品的抗跌落、抗沖擊性能就成為設(shè)計(jì)中必須考慮的重要內(nèi)容。雖然，產(chǎn)品的抗跌落和抗沖擊可以通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，但要求必須有實(shí)物，且為破壞實(shí)驗(yàn)。如果實(shí)驗(yàn)不合格還要更改設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品周期變長(zhǎng)，成本變高，而用CAE仿真技術(shù)可以很好地解決以上問(wèn)題。CAE分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的跌落碰撞仿真中。針對(duì)產(chǎn)品的跌落過(guò)程進(jìn)行合理的有限元仿真分析，可以得到工程師最關(guān)注的結(jié)果及參數(shù)，如產(chǎn)品附件是否脫落及結(jié)構(gòu)整體的應(yīng)力變形，從而可以根據(jù)CAE分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使設(shè)計(jì)更加有效。

本文將一個(gè)矩形連接器（TPA置于預(yù)裝位置）的6個(gè)面，分別從1m高的位置把護(hù)套跌落到水平混凝土地面上進(jìn)行仿真分析。通過(guò)使用仿真模擬跌落可以和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)同步進(jìn)行，縮短設(shè)計(jì)周期，觀測(cè)到內(nèi)部零件的變化過(guò)程，為模具設(shè)計(jì)和包裝設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，同時(shí)可查看零件是否發(fā)生破壞或分離，防患于未然。

1 模型建立

1）連接器跌落模型的建立：所選連接器由連接器護(hù)殼和TPA（端子二次鎖止結(jié)構(gòu)）組成，其中TPA置于護(hù)殼的預(yù)裝位。模型從通用3D設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)完成后保存為stp.格式，直接導(dǎo)入到ABAQUS分析軟件中。該裝配模型接觸采用通用接觸，摩擦系數(shù)為0.2。該電子連接器外殼和TPA材料都是PBT，密度為1.3kg·m，彈性模量為2500MPa，泊松比為0.39，屈服強(qiáng)度為34.92MPa，抗拉強(qiáng)度為55MPa，地面設(shè)置為剛體。ABAQUS中材料的塑形參數(shù)為真實(shí)應(yīng)力和塑性應(yīng)變，因此需將名義上的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

2）跌落工況設(shè)置：根據(jù)QC/T1067設(shè)置跌落高度為1m。跌落造成的變形和破壞主要發(fā)生在撞擊地面后，因此可將落地前的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為落地時(shí)的動(dòng)能。根據(jù)能量守恒定律，落地時(shí)的速度為4427mm/s。此外，連接器的加速度為重力加速度g。

2 跌落結(jié)果及分析

不同面著地瞬間零件的應(yīng)力分布如圖1所示。在碰撞瞬間，當(dāng)面2著地時(shí)，TPA上凸臺(tái)的應(yīng)力超過(guò)了材料的抗拉強(qiáng)度，可能有斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 各個(gè)面在著地瞬間的應(yīng)力狀態(tài)

面1和面2在落地彈起后，TPA在護(hù)套中的晃動(dòng)比較厲害，但未脫出，如圖2所示。TPA和護(hù)套間的配合間隙可進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，以減小零件之間的晃動(dòng)。

圖2 著地彈起后零部件的裝配狀態(tài)

圖3為面1跌落后的動(dòng)能、內(nèi)能及偽應(yīng)變能曲線圖，在整個(gè)過(guò)程中偽應(yīng)變能占內(nèi)能的0.57%，可忽略，分析有效。在起始階段，各部件都處于自由落體狀態(tài)，動(dòng)能很大。撞擊瞬間，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。接著部件彈起，零件的變形恢復(fù)，內(nèi)能和動(dòng)能趨于平衡。

圖3 面1著地跌落能量圖

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)QC/T1067的要求：試驗(yàn)樣品在跌落試驗(yàn)后應(yīng)符合外觀檢查的要求，即樣品不應(yīng)該出現(xiàn)膨脹、裂縫、開(kāi)裂等影響產(chǎn)品功能的缺陷，附件不應(yīng)從它的預(yù)裝位置脫離。由CAE分析結(jié)果可知，當(dāng)面2著地時(shí)，TPA掛臺(tái)有斷裂風(fēng)險(xiǎn)，因此應(yīng)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。增加材料的韌性可以有效提高塑料件的缺口敏感性，因此，此處可將原材料更改為韌性更好的PA66。更改材料后面2著地跌落瞬間應(yīng)力分布如圖4所示，TPA的應(yīng)力情況有了較好改善，提高了連接器的抗跌落性能。

圖4 更改材料后面2著地跌落瞬間應(yīng)力分布

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)矩形連接器進(jìn)行了跌落分析，分析了不同面著地對(duì)跌落碰撞結(jié)果的影響，得出面2著地時(shí)最為危險(xiǎn)。面2著地瞬間，TPA上掛點(diǎn)的應(yīng)力值超過(guò)了許用應(yīng)力，有開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)，因此用韌性更好的PA66代替目前PBT材料。更改材料后TPA應(yīng)力情況有了較好改善，提高了連接器的抗跌落性能。