【正文】 地前的一瞬間，通過電磁開關使夾鉗打開釋放樣品。對于部件的實驗研究，各半導體和電子產品供應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。對比實際樣品的測試，計算機模擬不僅更經濟省時，而且能提供更為全面的信息。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。雖然單自由度模型提供了系統(tǒng)沖擊響應的基本概念，但由于忽略了部件的可變性以及部件和其支撐結構之間可能的禍合運動，對分析實際的產品可能過于粗糙。由于手機內部的結構比較復雜、造型困難，也為了在ABAQUS中進行跌落模擬試驗的方便，按照一定的原則，我們造型時對手機模型進行了適當?shù)暮喕?第1章 ABAQUS有限元分析基礎 有限元法與數(shù)值模擬技術在工程技術領域中有許多力學問題和場問題，例如固體力學中的應力應變場和位移場分析、傳熱學中的溫度場分析、流體力學中的流場分析、以及電磁學中的電磁場分析等，都可以看做是在一定邊界條件下求解其基本微分方程的問題。它在工程技術領域的應用十分廣泛，幾乎所有的彈塑性結構靜力學和動力學問題都可以用它求得滿意的數(shù)值結果。一經求解就可以利用解得的節(jié)點值和設定的插值函數(shù)確定單元上以致整個集合體上的場函數(shù)。 有限單元法分析實現(xiàn)手段有限單元法分析實現(xiàn)手段主要是通過有限元分析軟件來實現(xiàn)的。ABAQUS是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)(FEM)，專門設計用于分析各種金屬成形過程中的三維 (3D) 流動，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)，有關成形過程中的材料和溫度流動。ABAQUS是模擬3D材料流動的理想工具。在要求精度較高的區(qū)域，可以劃分較細密的網格，從而降低題目的規(guī)模,并顯著提高計算效率。ABAQUS延續(xù)了ABAQUS系統(tǒng)幾十年來一貫秉承的力保計算準確可靠的傳統(tǒng)。適用于熱、冷、溫成形，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)。前處理器提供了強大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構建有限元模型；求解器主要用來對前處理器中建立的有限元模型求解；后處理器則可以對模擬計算的結果進行觀察。(3)后處理器 ABAQUS軟件的后處理過程包括兩個部分：通用后處理器和時間歷程后處理器。 (4) 集成有成形設備模型，如：液壓壓力機、錘鍛機、螺旋壓力機、機械壓力機、軋機、擺輾機和用戶自定義類型（如脹壓成形）。 (8) 實體之間或實體內部的熱交換分析既可以單獨求解，也可以耦合在成形模擬中進行分析。 (12) 后處理中的鏡面反射功能，為用戶提供了高效處理具有對稱面或周期對稱面的機會，并且可以在后處理中顯示整個模型。單元節(jié)點的設置、性質、數(shù)量等根據(jù)具體問題的性質，描述變形形態(tài)的需要和計算精度而定。ABAQUS就是采用建立在理想化的有限元模型上的矩陣位移法。其基本步驟是應用彈性力學中的幾何方程和物理方程建立力和位移的關系式，進而導出單元的剛度矩陣，這是單元分析的關鍵。(3)建立系統(tǒng)方程 ABAQUS利用系統(tǒng)平衡條件和邊界條件，把各單元按原來的結構重新組合，形成整體有限元方程。對于一些自由度數(shù)很大的問題，只能通過外部波前處理進行求解，這必須以增加計算時間為代價。在國外，由于計算機的高速發(fā)展，非線性有限元法在各個學科領域己經被廣泛地采用；在國內，從二十世紀八十年代初開始，非線性有限元法逐步地引起了學術界和工程界的廣泛重視和應用非線性有限元分析是計算機輔助設計的基本組成部分。在電子工業(yè)中，為了評估產品的耐久性，仿真分析代替了跌落試驗。這時線性彈性的本構關系不再適用。(2) 幾何非線性幾何非線性是由結構變形的大位移所造成的。這實質上是一 種線性近似。即使材料是線性彈性的，接觸問題仍然表現(xiàn)出強非線性性質。接觸過程中兩個物體在接觸界面上的相互作用是復雜的力學現(xiàn)象，同時也是它們損傷直至失效和破壞的重要原因。接觸過程在力學上常常同時涉及三種非線性，即除大變形引起材料非線性和幾何非線性以外，還有接觸界面的非線性，這是接觸問題所特有的。這些條件區(qū)別于一般約束條件，其特點是單邊的不等式約束，具有強烈的非線性。特別是接觸界面的區(qū)域和形狀以及接觸界面上運動學和動力學的狀態(tài)也是事前未知的。此特點決定了接觸問題需要采用試探校核的迭代方法進行求解。如果物體表面的每一點都不違反校核條件，則完成本步的求解并轉入下一增量步的計算；否則回到步驟1再次進行搜尋和迭代求解，直至每一點的解都滿足校核條件。由于系數(shù)矩陣保持正定，在靜力接觸問題求解時，可以避免由于系數(shù)矩陣保持正定性可能出現(xiàn)的麻煩。若令，并設，則碰撞方程可以寫成 (2) 中心差分積分算法用顯式方法求解碰撞運動方程，即 然后對時間積分求得速度，再積分一次就會獲得位移，這里采用中心差分的顯式格式來進行時間積分。第3章 手機翻蓋部件及跌落介紹 手機翻蓋結構介紹 手機普通翻蓋結構介紹手機普通翻蓋主要由翻蓋內殼、翻蓋外殼、透鏡、轉軸、磁鐵、螺絲等組成，具體結構如圖31所示，其中最主要的兩個零件翻蓋內殼和翻蓋外殼的生產工藝一般是注塑，固定方式是螺絲和卡扣固定。國內環(huán)境適應性領域的標準以環(huán)境試驗方法為主，主要是GB 2423《電工電子產品環(huán)境試驗方法》。電工電子產品環(huán)境試驗國家標準中對跌落環(huán)境試驗作了如下規(guī)定：試驗目的：確定產品在搬運期間遭到跌落的適應性，或確定安全要求用的最低牢固等級。手機業(yè)界的試驗標準高度為1200 mm。這個初始速度為物體自由下落 時的速度。通常來說結構模型可以分為兩種：一種是簡化模型，另一種是詳細模型。(3) 對材料或單元的性能要使用符合實際的值，對殼單元不要用不切實際的厚度值，對于材料屬性、長度和時間等應使用自協(xié)調單位系統(tǒng)。 幾何模型的建立本文所涉及的 3D 幾何模型均首先在 Pro/Engineer[1516]中完成，由于模型直接導入到Abaqus時會出現(xiàn)不必要的曲面，所以首先需要把Pro/Engineer 格式的文件導成 SAT 文件格式，然后再用 Abaqus進行讀取。采用Abaqus中的幾何清理命令把所有不需要的圓角、窄邊等都進行處理?？紤]到大變形以及計算精度問題，翻蓋采用的單元類型為 C3D10M。有限元計算的最小時間步長取決于最小單元尺寸，如果單元尺寸相差太大，將導致很小的時間步長，大大延長 CPU 的運行時間。圖41是結構簡化后的翻蓋外殼模型的網格劃分，單元劃分后翻蓋外殼共有11551個單元，22806個結點。從圖中可以看出翻蓋部分所受的最大應力是 35MPa，最大應變是 %。 這是仿真相對試驗來說的優(yōu)異處。本案例的數(shù)據(jù)存在一定的誤差，主要是因為以下兩點：(1) 由于案例的重點是怎樣運用ABAQUS軟件進行跌落模擬分析，因此對分析模型采用了手機后殼體約束為剛體的特殊處理方法。在我撰寫論文的過程中，趙老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了趙老師悉心細致的教誨和無私的幫助，特別是她廣博的學識、深厚的學術素養(yǎng)、嚴謹?shù)闹螌W精神和一絲不茍的工作作風使我終生受益，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。感謝所有關心、支持、幫助過我的良師益友及本文所引用文獻的作者們!最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位老師和專家們表示衷心地感謝!參考文獻[1] ，電源世界，:61 [2] 祖景平，[[J].[3] 李鵬忠，張為民等，手機環(huán)境試驗自由跌落的CAE仿真[[J].[4] 周春燕，余同希，—試驗，仿真和理論[J].力學進展，2006[5] Zhu L P. Submodeling Technique for BGA reliability analysis of CSP packaging subjected to an impact loading. Advances in Electronic Packaging,2001,2:14011409[6] Zhu L P .Modeling technique for reliability assessment of portable electronic product subjected to drop impact loads. In: Proceedings of the 53rd ElectronicComponentsandTechnologyConference,LA, [7] Sogo T,Hara S. Estimation of fall impacts strength of BGA solder joints. In: Proceedings International Conference on Electronics Packaging (2001 ICEP), Tokyo, 20010418202 9373 [8] Wu J, Song G, Yeh C P, Wyat K. Drop/impact simulation and test validation of telemunication product. In: Pro. Sixth Intersociety Conf. on thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic System, ITherm’98, [9] Low K H,Yang A, Hoon K H ,et al. Initial study on the dropimpact behavior of mini HiFi audio products. Advances in Engineering Software,2001,32(9):683693[10] Lim C, Teo Y M, Shim V P W. Numerical simulation of the drop impact response of a porTable electronic product. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies,2002,25(3):478485[11] Pan M C, Chen P C, Ho J. Drop simulation and experimental validation of TFrLCD monitors. Electronics Packaging Technology,2003:26 9274[12] 李鵬忠，張為民，[J].制造業(yè) 自動化,2003年，25(8):3641[13] 郭乙木 陶偉明 [M] 北京:機械工業(yè)出 版社，2004: 150262[14] [M].北京:清華大學出版社，2005[15] 胡仁喜，韓瑞雄，2009[16] 40