【正文】 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。 這是仿真相對試驗來說的優(yōu)異處。圖41是結構簡化后的翻蓋外殼模型的網(wǎng)格劃分，單元劃分后翻蓋外殼共有11551個單元，22806個結點。考慮到大變形以及計算精度問題，翻蓋采用的單元類型為 C3D10M。 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。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。手機業(yè)界的試驗標準高度為1200 mm。國內(nèi)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(chǎn)品環(huán)境試驗方法》。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。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(zhuǎn)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。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。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。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(zhì)。(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。在電子工業(yè)中，為了評估產(chǎn)品的耐久性，仿真分析代替了跌落試驗。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。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。單元節(jié)點的設置、性質(zhì)、數(shù)量等根據(jù)具體問題的性質(zhì)，描述變形形態(tài)的需要和計算精度而定。 (8) 實體之間或?qū)嶓w內(nèi)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。(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。適用于熱、冷、溫成形，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)。在要求精度較高的區(qū)域，可以劃分較細密的網(wǎng)格，從而降低題目的規(guī)模,并顯著提高計算效率。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。一經(jīng)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)。 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。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(chǎn)品可能過于粗糙。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。新加坡國立大學的Shim[5]和Lim設計了一個更為靈活的跌落試驗機(該設計己經(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，通過電磁開關使夾鉗打開釋放樣品。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。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。 (9)焊錫或熔焊處斷開。振動和沖擊對電子設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。而3C產(chǎn)品在運輸、裝卸及使用過程中，結構可能發(fā)生破壞，有近80%的電子機構產(chǎn)品損壞來自于高速撞擊。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)品尺寸的關系而不能再關鍵部位布置傳感器，以致無法進行試驗。而3C產(chǎn)品在運輸、裝卸及使用過程中，結構可能發(fā)生破壞，有近80%的電子機構產(chǎn)品損壞來自于高速撞擊。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。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。(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，視覺疲勞。在機械環(huán)境中，振動將導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。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)品尺寸的關系而不能再關鍵部位布置傳感器，以致無法進行試驗。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。另外，沈陽新樂精密機械公司的于治會、清華大學的李鴻儒、西安工業(yè)大學的袁艷等針對不同產(chǎn)品的跌落狀況，分析跌落原理并設計出了跌落沖擊試驗臺。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。 本課題研究內(nèi)容 我們選用CAD造型軟件建立起了手機模型。但從實用性和使用范圍來說，有限單元法則是隨著計算機的發(fā)展而被廣泛應用的一種行之有效的數(shù)值計算方法?？梢允庆o力學的或動力學的問題，可以是溫度場或流場問題，可以是穩(wěn)態(tài)場或瞬態(tài)場問題，也可以是線性的或非線性的問題等等。典型的ABAQUS應用包括鍛造、擠壓、鐓頭、軋制、自由鍛、彎曲和其他成形加工手段。ABAQUS還提供了3D幾何操縱修正工具，這對于3D過程模擬極為重要。 ABAQUS軟件的結構ABAQUS軟件主要包括三個部分：前處理器、求解器和后處理器。 (3) ABAQUS模型來自CAD系統(tǒng)的面或?qū)嶓w造型（STL/SLA）格式。(11) 程序具有多聯(lián)變形體處理能力，能夠分析多個塑性工件和組合模具應力。因為位移法易于實現(xiàn)計算格式的自動化，所以應用最廣。所以，ABAQUS必須把作用在單元邊界上的表面力、體積力或集中力等效地轉(zhuǎn)移到節(jié)點上，也就是用等效節(jié)點力來替代所有作用在單元上的力。大容量的電子計算機是發(fā)展非線性有限元的必備手段。當外載荷達到一定量值時，這些部位首先進入塑性狀態(tài)。因此在線性有限元計算中，仍假定結構加載過程中單元的幾何形態(tài)基本不變。例如汽車車輪和路面的接觸，火車車輪和鐵軌的接觸，發(fā)動機活塞和氣缸的接觸，軸和軸承的接觸，以及齒輪傳動過程中齒面的相互接觸等，可以說無處不在。接觸條件的內(nèi)容包括:接觸物體間不可相互侵入；和接觸力的法向分量只能是壓力；(3) 切向接觸的摩擦條件。而且如前所述，接觸面的范圍和接觸狀態(tài)也是事先未知的。而在動力學分析中罰函數(shù)法應用的更見廣泛，它和拉格朗日乘子法相比較，用罰函數(shù)法引入接觸界面約束條件的優(yōu)點是不增加問題的自由度，可以和利用顯式數(shù)值積分法求解包含慣性項的接觸問題時的求解方程相協(xié)調(diào)。因此其廣泛運用到各個有限元分析軟件的求解器中。有關環(huán)境條件的標準有GJB 1172, GJB2770, GJB 3493, GJB 1060, GJB282等。圖33 翻蓋合上時各面圖34 翻蓋打開時各面 初始條件的確定手機跌落到地面的過程，可以看成是其以一定的初始速度碰到剛性地平面的 過程，所以本文在有限元模型的下方增加一剛性地表面，讓模型以一定的初始速 度撞向剛性地表面。(2) 在模型中變形結果不重要的任何部分應使用剛體，剛體可以節(jié)省大量的CPU時間，但不要用很高的不切實際的值來定義剛性體的彈性模量。雖然采用SAT格式文件的讀入能避免導入一些在 Pro/engineer 生成的輔助線、輔助面等，但對于一些在幾何模型中存在的圓角等卻是避免的。 PCB 的形狀也相對規(guī)則，也采用單元類型為 C3D8R 的六面體單元。 手機跌落數(shù)值分析圖 511 是翻蓋合上狀態(tài)正面跌落仿真的應力值, 圖512是翻蓋合上狀態(tài)正面跌落仿真的應變值。鑒于時間及作者知識能力的限制，本文在廣度和深度上都有待于繼續(xù)研究，有待于進一步完善。感謝我的室友們，在這三年里大家互相幫助，共同進步。謝 辭在論文完成之際，我要特別感謝我的指導老師趙秀婷老師的熱情關懷和悉心指導。進一步分析仿真模型可以看到，在有限元跌落仿真中能完全保證在跌落中的方向就是預設的方向，跌落的速度是和理想的完全一致的，而且由于有限元的模型具有一致性，避免了實際試驗中個體之間的差異，防止了試驗結果的偶然性。由于手機零件形狀的復雜性，一般都需要對質(zhì)量不符合標準的單元進行手動控制,以使所有的單元都符合質(zhì)量標準。同時由于高階單元的曲線或曲面邊界能夠更好的逼近結構的曲線或曲面邊界，且高次插值函數(shù)可更高精度的逼近復雜場函數(shù)，因此采用十結點的二次四面體單元。如果需要小單元，可使用質(zhì)量縮放來增加極限時間步長。22第4章 翻蓋手機跌落數(shù)值模擬的有限元分析 有限元模型的建立 在建立手機結構有限元模型時，要根據(jù)分析的目標和實際問題，綜合考慮計算精度和時間來建立仿真模型。(2)跌落高度 應從下列諸值中選取跌落優(yōu)選高度: 25,100,500,1000mm，對于小型產(chǎn)品，跌落高度為1000mm。其中，美國軍用標準和標準得到國際工業(yè)界的廣泛采用。中心差分法求解算法的原理如下：(1) 建立碰撞運動方程在總體坐標系下，碰撞的運動方程可以表示為： 式中為結構的質(zhì)量矩陣；為結構的阻尼矩陣；為結構的剛度矩陣；為加速度向量；為速度向量；為位移向量；為包括碰撞力的外力向量。(3) 利用接觸面上和上述等式約束所對應的動力學或運動學的不等式約束條件作為校核條件對解的結果進行檢查。 接觸問題求解的一般過程接觸過程通常是依賴于時間，并伴隨著材料非線性和幾何非線性的演化過 程。有限元法及計算機技術的發(fā)展為分析接觸和碰撞問題提供了有力的工具，對接觸的全過程進行計算機數(shù)值模擬，現(xiàn)在不僅可能實現(xiàn)，而且正逐步成為CAE(CAD/CAM)的一個組成部分。這些變化不僅與接觸面力的大小有關，而且與兩個物體的各自材料性質(zhì)有關。至于某種工程材料用那一類模型能更實際地反映其物理力學性能，這要由試驗研究來決定。在許多制 造領域，可以進行加工過程的仿真，從而加速了設計過程，例如金屬薄板成型、擠壓和鑄造。這種方法具備求解大型結構的能