【正文】 翻蓋手機(jī)跌落的失效分析畢業(yè)論文目　錄前　言 1第1章 緒論 2 課題背景 2 振動(dòng)與沖擊對(duì)電子設(shè)備的危害 2 電子產(chǎn)品跌落試驗(yàn)的必要性 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 本課題研究?jī)?nèi)容 6第1章 ABAQUS有限元分析基礎(chǔ) 8 有限元法與數(shù)值模擬技術(shù) 8 有限單元法分析 8 有限單元法分析實(shí)現(xiàn)手段 92. 1ABAQUS軟件簡(jiǎn)介 9 ABAQUS軟件的結(jié)構(gòu) 10 ABAQUS軟件的特點(diǎn) 11 ABAQUS的分析步驟 11第2章 非線性有限元及碰撞理論 14 非線性有限元介紹 14 接觸和碰撞介紹 15 接觸問題求解的一般過程 16 接觸問題有限元方程的求解方法 17第3章 手機(jī)翻蓋部件及跌落介紹 19 手機(jī)翻蓋結(jié)構(gòu)介紹 19 手機(jī)普通翻蓋結(jié)構(gòu)介紹 19 手機(jī)跌落試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 20 20 手機(jī)跌落試驗(yàn)工況 21 初始條件的確定 22第4章 翻蓋手機(jī)跌落數(shù)值模擬的有限元分析 23 有限元模型的建立 23 23 幾何模型的建立 23 有限元網(wǎng)格的劃分和單元類型的選擇 24 各零部件材料的定義 25 26 手機(jī)跌落數(shù)值分析 26結(jié)　論 28謝 辭 29參考文獻(xiàn) 30附　錄 32前　言電子設(shè)備為人們提供了舒適、安全、方便的生活條件，豐富了人們的娛樂生活，其中許多設(shè)備在應(yīng)用時(shí)難免要處在強(qiáng)烈的振動(dòng)或沖擊環(huán)境下，這種環(huán)境能顯著地降低設(shè)備性能甚至引起嚴(yán)重?fù)p壞。而3C產(chǎn)品在運(yùn)輸、裝卸及使用過程中，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞，有近80%的電子機(jī)構(gòu)產(chǎn)品損壞來自于高速撞擊。研發(fā)人員往往耗費(fèi)大量的時(shí)間與成本針對(duì)產(chǎn)品做相關(guān)的品質(zhì)驗(yàn)證，最常見的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)就是跌落和沖擊試驗(yàn)。為了在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中贏得市場(chǎng)，電子產(chǎn)品制造商期望在最短的時(shí)間內(nèi)以最好質(zhì)量把產(chǎn)品投放市場(chǎng)。因此，電子產(chǎn)品的抗跌落性能越來越受到制造商的重視。為了提高電子產(chǎn)品的抗沖擊性能，傳統(tǒng)的方法是做實(shí)物試驗(yàn)，是一個(gè)“設(shè)計(jì)樣機(jī)測(cè)試再設(shè)計(jì)”的過程。這個(gè)過程耗費(fèi)了大量的人力、物力和時(shí)間，且此方法還受到產(chǎn)品尺寸的限制，有時(shí)可能因產(chǎn)品尺寸的關(guān)系而不能再關(guān)鍵部位布置傳感器，以致無法進(jìn)行試驗(yàn)。利用有限元軟件對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行仿真則可以彌補(bǔ)以上的不足，有限元仿真可以在產(chǎn)品樣機(jī)出來之前就對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真分析，對(duì)產(chǎn)品抗跌落性能有預(yù)先的了解，從而完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，節(jié)省研發(fā)費(fèi)用，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。隨著有限元軟件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬測(cè)試已經(jīng)逐漸成為一種可以替代實(shí)際測(cè)試的研究方法。對(duì)比實(shí)際樣品的測(cè)試，計(jì)算機(jī)模擬不僅更經(jīng)濟(jì)省時(shí)，而且能提供更為全面的信息。手機(jī)跌落測(cè)試是手機(jī)產(chǎn)品測(cè)試中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了手機(jī)跌落測(cè)試的各項(xiàng)環(huán)境條件和操作規(guī)范。手機(jī)跌落瞬間是結(jié)構(gòu)在很短時(shí)間內(nèi)在巨大沖擊載荷作用下的復(fù)雜動(dòng)態(tài)沖擊過程，對(duì)手機(jī)跌落進(jìn)行數(shù)值模擬，研究跌落沖擊載荷下結(jié)構(gòu)響應(yīng)規(guī)律。本文利用Abaqus有限元分析軟件對(duì)手機(jī)殼體模型實(shí)現(xiàn)了由Pro/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。第1章 緒論 課題背景電子設(shè)備為人們提供了舒適、安全、方便的生活條件，豐富了人們的娛樂生活，其中許多設(shè)備在應(yīng)用時(shí)難免要處在強(qiáng)烈的振動(dòng)或沖擊環(huán)境下，這種環(huán)境能顯著地降低設(shè)備性能甚至引起嚴(yán)重?fù)p壞。而3C產(chǎn)品在運(yùn)輸、裝卸及使用過程中，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞，有近80%的電子機(jī)構(gòu)產(chǎn)品損壞來自于高速撞擊。在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的手機(jī)市場(chǎng)[1]中，如何降低生產(chǎn)成本，賺取最大利潤(rùn)是生產(chǎn)廠家所一直追求的。減少產(chǎn)品在流通中的損失也逐漸成為很多大企業(yè)增加利潤(rùn)的一個(gè)新途徑。我們通過跌落仿真試驗(yàn)可以極大的提高企業(yè)的研發(fā)能力和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，并且可以為企業(yè)減少意外的損失，保證和維護(hù)企業(yè)的運(yùn)營、銷售和信譽(yù)，為企業(yè)創(chuàng)造更大的利益。 振動(dòng)與沖擊對(duì)電子設(shè)備的危害在電子設(shè)備所處的機(jī)械環(huán)境中，各種機(jī)械力和干擾形式都有可能對(duì)設(shè)備的可 靠性造成危害，其中危害最大的是振動(dòng)和沖擊。它們?cè)斐傻奈：χ饕袃煞N：(1)設(shè)備在某一激振頻率下導(dǎo)致振幅很大的共振現(xiàn)象，最終因振動(dòng)加速度超 過設(shè)備所能承受的極限加速度而破壞；或者由于沖擊所產(chǎn)生的沖擊力超過設(shè)備的 強(qiáng)度極限而使設(shè)備破壞。(2)振動(dòng)加速度或沖擊力引起的應(yīng)力雖遠(yuǎn)低于材料在靜載荷下的強(qiáng)度，但由 于長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)或多次沖擊使材料疲勞破壞，從而導(dǎo)致設(shè)備破壞。設(shè)備破壞的原因，除了零部件的設(shè)計(jì)、制造和裝配質(zhì)量不合格等以外，主要是設(shè)計(jì)整機(jī)或零部件時(shí)，忽視了環(huán)境條件的嚴(yán)酷度對(duì)設(shè)備造成的影響，沒有充分考慮設(shè)備承受環(huán)境條件界限的能力，或是振動(dòng)和沖擊的隔離系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)所致。振動(dòng)和沖擊對(duì)電子設(shè)備造成的危害具體表現(xiàn)在：(1)沒有附加緊固措施的接插件(如集成電路、印刷電路板、帶接插頭的連接電纜等)會(huì)從插槽中跳出來，造成信號(hào)開路，并碰撞其他元件或電路而造成短或損壞。(2)陰極射線管電極變形、短路、折斷；或者由于各電極作過多的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生噪聲信號(hào)，不能正常工作。(3)振動(dòng)引起彈性零件變形，使具有觸點(diǎn)的元件(電位器、波段開關(guān)、插頭插座等)產(chǎn)生接觸不良或完全開路。(4)指示燈忽亮忽暗，儀表指針不斷抖動(dòng)，使觀察人員讀數(shù)不準(zhǔn)，視覺疲勞。(5)當(dāng)零件固有頻率和激振頻率相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。 (6)電路中的安裝導(dǎo)線變形及移位使其相對(duì)位置改變，引起電路的部分參數(shù)變化，從而使電感、電容的耦合發(fā)生變化。(7)設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)(機(jī)殼、支撐架、支撐板等)變形，脆性材料(如玻璃、陶 瓷、膠木、聚苯乙烯)斷裂。(8)防潮和密封措施受到破壞。 (9)焊錫或熔焊處斷開。 (10)螺釘、螺母松開甚至脫落，并撞擊其他零部件，造成短路和破壞。 電子設(shè)備因其中各種元器件數(shù)量多，許多元器件承受機(jī)械環(huán)境的能力較弱，所以因機(jī)械作用力引起的損壞和故障率也很高。在機(jī)械環(huán)境中，振動(dòng)將導(dǎo)致元件或材料疲勞損壞，而沖擊則是由于瞬時(shí)加速度很大造成元件損壞。 電子產(chǎn)品跌落試驗(yàn)的必要性日常生活中，電子產(chǎn)品在運(yùn)輸、裝卸和使用過程中結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞。尤其便攜式電子產(chǎn)品的使用日益普遍，其抗沖擊性能越來越受到關(guān)注。如移動(dòng)電話、PDA(掌上電腦)、筆記本電腦、電子詞典、MP3 播放器等在使用過程中難會(huì)掉落 到地上造成這樣那樣的損壞，包括外殼、顯示屏以及內(nèi)部電子元件的損。電子設(shè)備向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透，僅以電路性能作為評(píng)價(jià)其技術(shù)指標(biāo)的觀念將到挑戰(zhàn)。為了在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中贏得市場(chǎng)，電子產(chǎn)品制造商期望在最短的時(shí)間內(nèi)以最好質(zhì)量把產(chǎn)品投放市場(chǎng)。因此，電子產(chǎn)品的抗跌落性能越來越受到制造商的重視。為了提高電子產(chǎn)品的抗沖擊性能，傳統(tǒng)的方法是做實(shí)物試驗(yàn)，是一個(gè)“設(shè)計(jì)樣機(jī)測(cè)試再設(shè)計(jì)”的過程。這個(gè)過程耗費(fèi)了大量的人力、物力和時(shí)間，且此方法還受到產(chǎn)品尺寸的限制，有時(shí)可能因產(chǎn)品尺寸的關(guān)系而不能再關(guān)鍵部位布置傳感器，以致無法進(jìn)行試驗(yàn)。利用有限元軟件對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行仿真[2]則可以彌補(bǔ)以上的不足，有限元仿真可以在產(chǎn)品樣機(jī)出來之前就對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真分析，對(duì)產(chǎn)品抗跌落性能有預(yù)先的了解，從而完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，節(jié)省研發(fā)費(fèi)用，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，為了切實(shí)提高產(chǎn)品在意外跌落[3]時(shí)的可靠性，很多研究者對(duì)電子產(chǎn)品等的抗沖擊性能進(jìn)行了廣泛的研究。這些研究主要從試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論解釋三個(gè)方面進(jìn)行了努力。試驗(yàn)研究可以分為針對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)研究和針對(duì)部件的實(shí)驗(yàn)研究?jī)煞N。目前針對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)研究還處于在試驗(yàn)現(xiàn)象的觀測(cè)階段。實(shí)驗(yàn)通常在各實(shí)驗(yàn)室針對(duì)個(gè)別產(chǎn)品進(jìn)行；實(shí)驗(yàn)中用到的傳感器則多數(shù)為在電路板上貼應(yīng)變片和加速度傳感器，在撞擊平面安裝力傳感器來測(cè)量撞擊力；通常采用高速攝像機(jī)來觀測(cè)撞擊的過程。在研究產(chǎn)品的某些敏感部件的抗沖擊性時(shí)，常常用沖擊試驗(yàn)[4]替代產(chǎn)品的實(shí)際跌落試驗(yàn)。在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，首先將被測(cè)部件以一定方式牢固地安裝 在沖擊試驗(yàn)機(jī)的載物臺(tái)上，然后使規(guī)定形狀、幅度和持續(xù)時(shí)間的脈沖作用到被測(cè)產(chǎn)品或部件上。這些初步的試驗(yàn)研究解決了一些技術(shù)性的問題如跌落姿態(tài)的控制，傳感器的安裝等等，同時(shí)初步的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給進(jìn)一步的研究提供了一定的啟示。對(duì)于產(chǎn)品的跌落試驗(yàn)，一個(gè)重要問題是跌落姿態(tài)的控制。Motorola公司的Wu 等等，用一種柔性固定設(shè)備解決這一問題:用幾根細(xì)線將樣品懸掛在一個(gè)跌落架上，試驗(yàn)時(shí)讓樣品隨同跌落架同時(shí)下落，當(dāng)樣品與底面碰撞后即讓跌落架停止下落。Lucent公司貝爾實(shí)驗(yàn)室的Goyal和Buratynski 則利用類似跌落試驗(yàn)臺(tái)的裝置: 將樣品懸掛在試驗(yàn)臺(tái)上，使得樣品和試驗(yàn)臺(tái)同時(shí)下落，在試驗(yàn)臺(tái)碰到地面之前將樣品釋放，當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)剛剛停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，樣品撞到試驗(yàn)臺(tái)上，因而樣品沒有足夠的時(shí)間改變沖擊姿態(tài)。新加坡國立大學(xué)的Shim[5]和Lim設(shè)計(jì)了一個(gè)更為靈活的跌落試驗(yàn)機(jī)(該設(shè)計(jì)己經(jīng)獲得美國專利)，該試驗(yàn)機(jī)利用一對(duì)可轉(zhuǎn)動(dòng)的夾鉗將樣品固定在一定方位，夾鉗則固定在有導(dǎo)軌的滑塊上，試驗(yàn)時(shí)滑塊帶著夾鉗和樣品同時(shí)下落，在落地前的一瞬間，通過電磁開關(guān)使夾鉗打開釋放樣品。最近，日本的 Yoshida Seiki公司推出一種專門針對(duì)便攜式電子產(chǎn)品的跌落試驗(yàn)機(jī)DT202,與新加坡國立大學(xué)的設(shè)計(jì)不同在于其固定系統(tǒng)使用一對(duì)壓縮空氣筆。幾種方法比較，新加坡國立大學(xué)的Lim等的設(shè)計(jì)最為可取，不僅保證了跌落姿態(tài)，同時(shí)通過控制夾鉗的旋轉(zhuǎn)角度保證了實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性與可重復(fù)性。另外，沈陽新樂精密機(jī)械公司的于治會(huì)、清華大學(xué)的李鴻儒、西安工業(yè)大學(xué)的袁艷等針對(duì)不同產(chǎn)品的跌落狀況，分析跌落原理并設(shè)計(jì)出了跌落沖擊試驗(yàn)臺(tái)。對(duì)于部件的實(shí)驗(yàn)研究，各半導(dǎo)體和電子產(chǎn)品供應(yīng)商均采用沖擊試驗(yàn)來測(cè)量不同電子封裝芯片的可靠性，如日本Fujitsu公司，Nokia公司等。JEDEC推出針對(duì)便攜產(chǎn)品的電路板水平?jīng)_擊測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)JESD22B111，統(tǒng)一規(guī)定了電路板尺寸，芯片的布局，測(cè)試板環(huán)鏈線路(daisy chain)的規(guī)格，和測(cè)試方法等等。標(biāo)準(zhǔn)要求電路板經(jīng)受峰值1500g， ms的半正弦的加速度脈沖。隨著有限元分析軟件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬測(cè)試已經(jīng)逐漸成為一種可以替代實(shí)際測(cè)試的研究方法。對(duì)比實(shí)際樣品的測(cè)試，計(jì)算機(jī)模擬不僅更經(jīng)濟(jì)省時(shí)，而且能提供更為全面的信息。近幾年很多研究者介紹了用各種有限元軟件進(jìn)行電子元器件研究的方法。 Zhu[6]應(yīng)用子模型技術(shù)研究了BGA芯片的電路板焊點(diǎn)沖擊響應(yīng)；Sogo等[7]發(fā)展了一種兩步模式分析電路板焊點(diǎn)沖擊響應(yīng)，并且從實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證:Scot Irving等則嘗試用ANSYS的隱式代碼來模擬一種Fairchild芯片的沖擊試驗(yàn):Lall等介紹了一種模糊性質(zhì)模型(Smeared property formulations)來模擬電路板的沖擊；Ren 等采用梁和殼的簡(jiǎn)化模型來模擬電路板的沖擊響應(yīng)，與未簡(jiǎn)化的三維模型對(duì)比結(jié)果相當(dāng)符合；Tee等對(duì)各種封裝形式的芯片如窄帶球柵陣列(Thinprofile Finepitch BGA,TFBGA)，方形扁平無引腳封裝(Quad fiat nolead, QFN)，和整合式被動(dòng)元件(Integrated passives device, IPD)等進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。另有一些研究者對(duì)具體的產(chǎn)品跌落試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬分析。Wu[8]等最先介紹了采用LSDYNA的顯式代碼進(jìn)行跌落試驗(yàn)數(shù)值模擬的基本方法。Low[9]等研究了迷你高保真音像設(shè)備在跌落沖擊下的瞬態(tài)響應(yīng)，數(shù)值模擬得到的加速度響應(yīng)與試