【正文】 翻蓋手機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 振動與沖擊對電子設(shè)備的危害 2 電子產(chǎn)品跌落試驗的必要性 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 本課題研究內(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 有限單元法分析實現(xiàn)手段 92. 1ABAQUS軟件簡介 9 ABAQUS軟件的結(jié)構(gòu) 10 ABAQUS軟件的特點 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 手機翻蓋部件及跌落介紹 19 手機翻蓋結(jié)構(gòu)介紹 19 手機普通翻蓋結(jié)構(gòu)介紹 19 手機跌落試驗標(biāo)準(zhǔn) 20 20 手機跌落試驗工況 21 初始條件的確定 22第4章 翻蓋手機跌落數(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 手機跌落數(shù)值分析 26結(jié)　論 28謝 辭 29參考文獻 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)用時難免要處在強烈的振動或沖擊環(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%的電子機構(gòu)產(chǎn)品損壞來自于高速撞擊。研發(fā)人員往往耗費大量的時間與成本針對產(chǎn)品做相關(guān)的品質(zhì)驗證，最常見的結(jié)構(gòu)試驗就是跌落和沖擊試驗。為了在激烈的競爭中贏得市場，電子產(chǎn)品制造商期望在最短的時間內(nèi)以最好質(zhì)量把產(chǎn)品投放市場。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)的方法是做實物試驗，是一個“設(shè)計樣機測試再設(shè)計”的過程。這個過程耗費了大量的人力、物力和時間，且此方法還受到產(chǎn)品尺寸的限制，有時可能因產(chǎn)品尺寸的關(guān)系而不能再關(guān)鍵部位布置傳感器，以致無法進行試驗。利用有限元軟件對電子產(chǎn)品進行仿真則可以彌補以上的不足，有限元仿真可以在產(chǎn)品樣機出來之前就對產(chǎn)品進行仿真分析，對產(chǎn)品抗跌落性能有預(yù)先的了解，從而完善產(chǎn)品設(shè)計，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，節(jié)省研發(fā)費用，增強市場競爭力。隨著有限元軟件和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機模擬測試已經(jīng)逐漸成為一種可以替代實際測試的研究方法。對比實際樣品的測試，計算機模擬不僅更經(jīng)濟省時，而且能提供更為全面的信息。手機跌落測試是手機產(chǎn)品測試中的一個重要環(huán)節(jié)，國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了手機跌落測試的各項環(huán)境條件和操作規(guī)范。手機跌落瞬間是結(jié)構(gòu)在很短時間內(nèi)在巨大沖擊載荷作用下的復(fù)雜動態(tài)沖擊過程，對手機跌落進行數(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有限元分析軟件對手機殼體模型實現(xiàn)了由Pro/ENGINEER模型導(dǎo)入，并分析手機跌落模擬仿真過程中手機電池蓋是否同手機主體脫離，是否導(dǎo)致電池裸露而使整體設(shè)計失敗。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)用時難免要處在強烈的振動或沖擊環(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%的電子機構(gòu)產(chǎn)品損壞來自于高速撞擊。在當(dāng)今競爭日益激烈的手機市場[1]中，如何降低生產(chǎn)成本，賺取最大利潤是生產(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)增加利潤的一個新途徑。我們通過跌落仿真試驗可以極大的提高企業(yè)的研發(fā)能力和產(chǎn)品的競爭力，并且可以為企業(yè)減少意外的損失，保證和維護企業(yè)的運營、銷售和信譽，為企業(yè)創(chuàng)造更大的利益。 振動與沖擊對電子設(shè)備的危害在電子設(shè)備所處的機械環(huán)境中，各種機械力和干擾形式都有可能對設(shè)備的可 靠性造成危害，其中危害最大的是振動和沖擊。它們造成的危害主要有兩種：(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 強度極限而使設(shè)備破壞。(2)振動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度，但由 于長時間振動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、制造和裝配質(zhì)量不合格等以外，主要是設(shè)計整機或零部件時，忽視了環(huán)境條件的嚴(yán)酷度對設(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，或是振動和沖擊的隔離系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)所致。振動和沖擊對電子設(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)會從插槽中跳出來，造成信號開路，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運動而產(chǎn)生噪聲信號，不能正常工作。(3)振動引起彈性零件變形，使具有觸點的元件(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，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，會產(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)備的機械結(jié)構(gòu)(機殼、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，許多元器件承受機械環(huán)境的能力較弱，所以因機械作用力引起的損壞和故障率也很高。在機械環(huán)境中，振動將導(dǎo)致元件或材料疲勞損壞，而沖擊則是由于瞬時加速度很大造成元件損壞。 電子產(chǎn)品跌落試驗的必要性日常生活中，電子產(chǎn)品在運輸、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)備向人類活動的各個領(lǐng)域滲透，僅以電路性能作為評價其技術(shù)指標(biāo)的觀念將到挑戰(zhàn)。為了在激烈的競爭中贏得市場，電子產(chǎn)品制造商期望在最短的時間內(nèi)以最好質(zhì)量把產(chǎn)品投放市場。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)的方法是做實物試驗，是一個“設(shè)計樣機測試再設(shè)計”的過程。這個過程耗費了大量的人力、物力和時間，且此方法還受到產(chǎn)品尺寸的限制，有時可能因產(chǎn)品尺寸的關(guān)系而不能再關(guān)鍵部位布置傳感器，以致無法進行試驗。利用有限元軟件對電子產(chǎn)品進行仿真[2]則可以彌補以上的不足，有限元仿真可以在產(chǎn)品樣機出來之前就對產(chǎn)品進行仿真分析，對產(chǎn)品抗跌落性能有預(yù)先的了解，從而完善產(chǎn)品設(shè)計，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，節(jié)省研發(fā)費用，增強市場競爭力。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，為了切實提高產(chǎn)品在意外跌落[3]時的可靠性，很多研究者對電子產(chǎn)品等的抗沖擊性能進行了廣泛的研究。這些研究主要從試驗研究、數(shù)值模擬和理論解釋三個方面進行了努力。試驗研究可以分為針對整個產(chǎn)品的實驗研究和針對部件的實驗研究兩種。目前針對整個產(chǎn)品的實驗研究還處于在試驗現(xiàn)象的觀測階段。實驗通常在各實驗室針對個別產(chǎn)品進行；實驗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量撞擊力；通常采用高速攝像機來觀測撞擊的過程。在研究產(chǎn)品的某些敏感部件的抗沖擊性時，常常用沖擊試驗[4]替代產(chǎn)品的實際跌落試驗。在進行沖擊試驗時，首先將被測部件以一定方式牢固地安裝 在沖擊試驗機的載物臺上，然后使規(guī)定形狀、幅度和持續(xù)時間的脈沖作用到被測產(chǎn)品或部件上。這些初步的試驗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，同時初步的實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)給進一步的研究提供了一定的啟示。對于產(chǎn)品的跌落試驗，一個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跌落架上，試驗時讓樣品隨同跌落架同時下落，當(dāng)樣品與底面碰撞后即讓跌落架停止下落。Lucent公司貝爾實驗室的Goyal和Buratynski 則利用類似跌落試驗臺的裝置: 將樣品懸掛在試驗臺上，使得樣品和試驗臺同時下落，在試驗臺碰到地面之前將樣品釋放，當(dāng)試驗臺剛剛停止運動時，樣品撞到試驗臺上，因而樣品沒有足夠的時間改變沖擊姿態(tài)。新加坡國立大學(xué)的Shim[5]和Lim設(shè)計了一個更為靈活的跌落試驗機(該設(shè)計己經(jīng)獲得美國專利)，該試驗機利用一對可轉(zhuǎn)動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，試驗時滑塊帶著夾鉗和樣品同時下落，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便攜式電子產(chǎn)品的跌落試驗機DT202,與新加坡國立大學(xué)的設(shè)計不同在于其固定系統(tǒng)使用一對壓縮空氣筆。幾種方法比較，新加坡國立大學(xué)的Lim等的設(shè)計最為可取，不僅保證了跌落姿態(tài)，同時通過控制夾鉗的旋轉(zhuǎn)角度保證了實驗的穩(wěn)定性與可重復(fù)性。另外，沈陽新樂精密機械公司的于治會、清華大學(xué)的李鴻儒、西安工業(yè)大學(xué)的袁艷等針對不同產(chǎn)品的跌落狀況，分析跌落原理并設(shè)計出了跌落沖擊試驗臺。對于部件的實驗研究，各半導(dǎo)體和電子產(chǎn)品供應(yīng)商均采用沖擊試驗來測量不同電子封裝芯片的可靠性，如日本Fujitsu公司，Nokia公司等。JEDEC推出針對便攜產(chǎn)品的電路板水平?jīng)_擊測試標(biāo)準(zhǔn)JESD22B111，統(tǒng)一規(guī)定了電路板尺寸，芯片的布局，測試板環(huán)鏈線路(daisy chain)的規(guī)格，和測試方法等等。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算機技術(shù)的迅速發(fā)展，計算機模擬測試已經(jīng)逐漸成為一種可以替代實際測試的研究方法。對比實際樣品的測試，計算機模擬不僅更經(jīng)濟省時，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沖擊響應(yīng)，并且從實驗中得到驗證: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: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 等采用梁和殼的簡化模型來模擬電路板的沖擊響應(yīng)，與未簡化的三維模型對比結(jié)果相當(dāng)符合；Tee等對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)，和整合式被動元件(Integrated passives device, IPD)等進行了數(shù)值模擬和實驗驗證。另有一些研究者對具體的產(chǎn)品跌落試驗進行數(shù)值模擬分析。Wu[8]等最先介紹了采用LSDYNA的顯式代碼進行跌落試驗數(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