【正文】 另外，我還要特別感謝師兄盧晨對(duì)我課題以及論文寫作的指導(dǎo)，以及同學(xué)申松、牛恒謙對(duì)我的幫助，使我得以順利完成論文。針對(duì)手機(jī)翻蓋結(jié)構(gòu)，在所建立的有限元模型的基礎(chǔ)上，按照翻蓋合上正面方向進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了翻蓋結(jié)構(gòu)的可靠性，也確認(rèn)了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖41 翻蓋外殼的網(wǎng)格劃分 各零部件材料的定義前后塑料殼和鍵盤支架采用GE的手機(jī)塑料材質(zhì)LEXAN*EXL4419，材料各參數(shù)見下表，上下金屬殼和鍵盤鋼片采用不銹鋼材料。主機(jī)前、后殼也采用和翻蓋一樣的單元類型 C3D10M。各個(gè)零件在 Pro/Engineer中進(jìn)行了裝配，所以在Abaqus中讀取的文件保持了原來的裝配關(guān)系，不必再重新調(diào)整各零件的相互位置。為了能夠經(jīng)濟(jì)、高效、準(zhǔn)確地建立有限元模型，在模型創(chuàng)建過程中一般遵循以下幾條基本原則：(1) 建立的分析模型必須客觀的反映真實(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要特征，否則將無法保證仿真的可信度。(3)釋放方法 應(yīng)手持手機(jī)使試驗(yàn)樣品從懸掛著的位置自由跌落。有關(guān)環(huán)境條件、環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)條件、環(huán)境測量、數(shù)據(jù)處理分析、環(huán)境時(shí)樣與環(huán)境條件的國際和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要有GB 4749,GB 4798, GB 5170, HB 6783, HB 7122, GB10586, HB 5830等。中心差分的顯式格式為： 因此在整個(gè)時(shí)域范圍內(nèi)，可由上述積分遞推公式求得各個(gè)離散時(shí)間點(diǎn)處的位移、速度和加速度。然后再轉(zhuǎn)入下一增量步的求解。這些特點(diǎn)決定了接觸問題通常采用增量方法求解。 接觸界面非線性來源于三個(gè)方面:(1) 接觸界面的區(qū)域大小和相互位置以及接觸狀態(tài)不僅事先是未知的，而且隨時(shí)間變化的，需要在求解過程中確定。如果材料性質(zhì)是非線性的，接觸非線性性質(zhì)表現(xiàn)更為強(qiáng)烈與復(fù)雜。在討論線性彈性力學(xué)問題時(shí)，均隱含一個(gè)假設(shè):結(jié)構(gòu)在外載荷作用下產(chǎn)生的位移及應(yīng)變都是很小的，在建立結(jié)時(shí)，可以不考慮物體位置和形態(tài)的變化，也就是用變形前的狀態(tài)建立平衡條件。依據(jù)方程和邊界條件的具體特點(diǎn)，非線性問題可以分為3類，即材料非 線性、幾何非線性和邊界非線性。簡而言之，有限元分析主要分為三個(gè)步驟:創(chuàng)建有限元模型(前處理)、施加載荷進(jìn)行求解(求解)和查看結(jié)果(后處理)。③計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)力 ABAQUS將物體離散化后，假定力是通過節(jié)點(diǎn)從一個(gè)單元傳遞到另一個(gè)單元的。劃分的單元數(shù)目足夠多而且合理，則所獲得的結(jié)果與實(shí)際情況更符合。 (9) 具有FLOWNET和點(diǎn)跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力行程曲線等后處理功能。 ABAQUS軟件的特點(diǎn)ABAQUS具有如下特點(diǎn)：(1) 不需要人工干預(yù)，全自動(dòng)網(wǎng)格再剖分。如：材料流動(dòng)、模具填充、鍛造負(fù)荷、模具應(yīng)力、晶粒流動(dòng)、金屬微結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生發(fā)展情況等。ABAQUS圖形界面，既強(qiáng)大又靈活。在這里，它也是本課題研究的基礎(chǔ)軟件工具。有限單元法解題的一般步驟是：結(jié)構(gòu)離散化、選擇位移模式、建立平衡方程、求解節(jié)點(diǎn)位移、計(jì)算單元中的應(yīng)力應(yīng)變。對(duì)于這類問題，往往需要借助于各種行之有效的數(shù)值計(jì)算方法來獲得滿足工作需要的數(shù)值解，這就是數(shù)值求解技術(shù)，他在實(shí)際工作領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。以上對(duì)于產(chǎn)品跌落實(shí)驗(yàn)的研究，主要著重于用有限元軟件進(jìn)行仿真，而沒有進(jìn)行后續(xù)的試驗(yàn)驗(yàn)證階段，或者是基于簡單的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)來對(duì)有限元仿真進(jìn)行修正，這些都對(duì)整體的結(jié)構(gòu)分析帶來一定的局限，也給分析的結(jié)果帶來了一定的偏差。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。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。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量撞擊力；通常采用高速攝像機(jī)來觀測撞擊的過程。因此，電子產(chǎn)品的抗跌落性能越來越受到制造商的重視。 (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。(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。在當(dāng)今競爭日益激烈的手機(jī)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。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)市場競爭力。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(shí)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(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。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)模擬測試已經(jīng)逐漸成為一種可以替代實(shí)際測試的研究方法。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(gè)新途徑。(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。 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。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)測試再設(shè)計(jì)”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)。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。 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(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。鑒于此，為了在復(fù)雜的沖擊動(dòng)力學(xué)問題中更加真實(shí)有效地進(jìn)行數(shù)值模擬，本課題提出將試驗(yàn)方法與數(shù)值仿真相結(jié)合，用試驗(yàn)來驗(yàn)證仿真的準(zhǔn)確性，確認(rèn)有限元模型的合理性。目前在工程實(shí)際應(yīng)用中，常用的數(shù)值求解方法有：有限單元法、有限差分法、邊界單元法和加權(quán)殘數(shù)法等。有限元分析本體程序的內(nèi)容取決于采用有限單元法分析的問題類型。2. 1ABAQUS軟件簡介ABAQUS是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)(FEM),專門設(shè)計(jì)用于分析各種金屬成形過程中的三維(3D)流動(dòng)，提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)，有關(guān)成形過程中的材料和溫度流動(dòng)。為用戶準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果數(shù)據(jù)提供了有效工具。ABAQUS功能與2D類似，但它處理的對(duì)象為復(fù)雜的三維零件、模具等。 (2) 前處理中自動(dòng)生成邊界條件,確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)備快速可靠。 (10) 具有2D切片功能，可以顯示工件或模具剖面結(jié)果。(2)單元特性分析①選擇位移模式 在有限元法中，選擇節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量稱為位移法；選擇節(jié)點(diǎn)力作為基本未知量稱為力法:取一部分節(jié)點(diǎn)力和一部分節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量稱為混合法。但實(shí)際的連續(xù)體，力是從單元的公共邊界傳遞到另一個(gè)單元中去的。有限元過程分析的一般流程如下圖11所示：圖11 有限元工程分析的一般流程第2章 非線性有限元及碰撞理論 非線性有限元介紹非線性有限元方法[1314]是在線性有限元的基礎(chǔ)上計(jì)算非線性問題的一種數(shù)值方法，它包含了幾何非線性、材料非線性、邊界非線性等幾個(gè)方面的內(nèi)容。(1) 材料非線性 當(dāng)結(jié)構(gòu)的形狀出現(xiàn)不連續(xù)變化(如缺口、裂紋、突變等)時(shí)，這些部分出現(xiàn)應(yīng)力集中。同時(shí)還認(rèn)為應(yīng)變與變形之間存在線性關(guān)系。 接觸和碰撞介紹接觸和碰撞是生產(chǎn)和生活中普遍存在的力學(xué)問題。(2) 接觸條件的非線性。接觸界面條件(不可貫入條件，法向接觸力為壓力的 條件和切向摩擦力的條件)都是不等式約束，也稱之為單邊約束。由接觸問題的特點(diǎn)決定了其通常要采用增量法求解，而將接觸界面條件引入到求解方程的方法一般來說有兩種：一種是拉格朗日乘子法；另外一種是罰函數(shù)法。顯式積分不需要進(jìn)行矩陣分解或求逆，無需求解聯(lián)立方程組，也不存在收斂性問題，因此計(jì)算速度快，其穩(wěn)定性準(zhǔn)則能自動(dòng)控制計(jì)算時(shí)間步長的大小，保證時(shí)間積分的進(jìn)度。國內(nèi)軍用環(huán)境適應(yīng)性領(lǐng)域的 標(biāo)準(zhǔn)也是以環(huán)境試驗(yàn)方法為主，如GJB 150《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》,GJB 360, GJB548。 手機(jī)跌落試驗(yàn)工況翻蓋手機(jī)在進(jìn)行跌落試驗(yàn)時(shí)按照其工況可以分為 12 種跌落方向，翻蓋合上時(shí)的正面、背面、左面、右面、底面、頂面以及翻蓋打開時(shí)的正面、背面、左面、右面、底面、頂面，如圖3圖34 所示。在開始建模前，應(yīng)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的分析過程進(jìn)行必要的規(guī)劃。在進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前需要特別做的就是幾何清理。LCD 上的玻璃其形狀規(guī)則，所以采用六面體單元，單元類型為 C3D8R。表41 手機(jī)有限元模型各零部件的屬性25據(jù)歷史項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，翻蓋手機(jī)跌落時(shí)容易出現(xiàn)斷裂的情況出現(xiàn)在翻蓋打開狀態(tài)正面、頂面、背面以及翻蓋合上狀態(tài)頂面、正面，但本課題只按照翻蓋合上狀態(tài)正面方向進(jìn)行跌落仿真。有限元模型按照最有可能出現(xiàn)斷裂的翻蓋合上正面方向進(jìn)行了仿真分析，得到了在翻蓋合上正面方向的最大應(yīng)力和最大應(yīng)變，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)翻蓋結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力和最大應(yīng)變均沒有超過許用應(yīng)力和許用應(yīng)變。在論文的寫作過程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議和幫助，在此一并致以誠摯的謝意。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(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研