CAE技術在產品結構仿真中的應用

劉丹丹

（浙江眾合科技股份有限公司，杭州 310052）

CAE技術在產品結構仿真中的應用

劉丹丹

（浙江眾合科技股份有限公司，杭州 310052）

利用CAE技術開發產品，可以極大地縮短實驗周期，提高企業研發能力和產品競爭力。文章針對手機使用中最經常發生的翻轉和跌落兩個動作，利用CAE技術進行了動作過程的仿真分析，且通過實驗驗證了分析結果的可靠性。文章的方法為產品結構研發提供了有益的思路。

手機；仿真；翻轉；跌落

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.154

1 引言

手機跌落試驗是手機耐撞性設計的基礎[1]，其研究方法主要有實物實驗和數值仿真。數值仿真是一種在計算機中對手機跌落實驗數學模型進行數值模擬的方法[2-3]。隨著CAE技術的快速發展，許多仿真軟件已可以清晰、準確地模擬手機的跌落過程。由于數值仿真不需要預先制取物理樣機，所以在產品開發階段，利用計算機對手機的跌落試驗進行數值模擬，不僅可以及早地發現設計缺陷，改進設計方案，提高其跌落安全性，更可以節約開發成本，縮短開發周期。

折疊手機中的FPC(FlexiblePrintedCircuit)，由于受裝配空間的限制及自身的柔軟特性，設計者很難直觀地評估FPC的疲勞特性。為此我們以折疊手機FPC為例，利用CAE軟件來模擬其工作環境，對FPC在手機翻蓋翻轉過程中的變形進行模擬，預測可能存在的斷裂區域，并與實驗結果相對比，旨在為設計者提供一種直觀、可靠的評定方法，使設計者在FPC的設計初期就可以預估其疲勞特性。

2 CAE技術在手機結構設計中的應用流程

在以往的手機結構設計中，往往是對手機樣機進行一系列的測試，從而對手機的結構加以驗證，并將發現的問題反饋給結構設計工程師，對產品的結構進行改進，產品質量的好壞及對測試結果的響應速度往往決定于設計工程師的經驗。基于CAE仿真測試的結構設計流程如圖1所示，結構設計工程師在設計初期就可利用CAE軟件模擬真實產品的測試環境，若發現問題，則及時反饋到結構設計階段，并通過CAE仿真測試驗證尋找到最優解進行更改，從而減少修模次數，加快產品的研發速度和減少研發成本。

3 手機翻轉疲勞仿真分析

3.1 物理模型

手機FPC的裝配模型如圖2所示，FPC的一端焊接在翻蓋PCB上，另一端通過FPC連接器固定在主機PCB板上。在手機的翻開過程中，上翻蓋繞轉軸從圖1所示的位置開始旋轉至與主機成155度角的位置，FPC則在機殼所形成的空間內做彎折運動。手機FPC的結構比較復雜，它是由雙層材料構成，而每一層材料又是由PI、膠、銅線復合而成，結構示意圖如圖3所示。

圖1 基于CAE仿真測試的結構設計流程

3.2 CAE軟件的模擬結果

利用CAE軟件可以很方便地根據FPC的物理模型，創建FPC的仿真分析模型，FPC的運動過程可以分為兩個過程。初始裝配，形狀到折疊手機處于閉合狀態時FPC的形狀，此過程在實際裝配過程中，主要由人工裝配來實現，利用CAE軟件可計算出折疊手機閉合狀態下，FPC的變形情況，在初始裝配變形的基礎上，手機翻蓋部分帶動FPC一端繞轉軸旋轉至155度位置。

由于用戶在使用折疊手機過程中經常翻折手機，所以設計者更關心FPC在第二個運動過程中的應力應變情況，利用CAE軟件的后處理可以很方便地顯示FPC各層各節點在各時刻的應變及應力值，并繪制成相應的應力云圖便于設計者對其進行評測。

3.3 與實驗結果對比

從CAE軟件分析的結果來看，第3層與第5層的最大應力較大，所以最有可能發生疲勞斷裂的區域是第3層銅線層或者第5層PI層。第3層銅線層是各個獨立的銅線，所以當其破壞時

具體表癥是某個單一的銅線斷裂，可以通過測試FPC的某個PIN會出現斷路來加以判斷，而此時FPC的外部特征可能仍然良好，而第五層PI層斷裂則表現為外部撕裂。為此我們輔助實驗加以驗證，實驗中未出現FPC外部良好而PIN斷路的情況，而是個別出現了FPC撕裂情況，可以看出FPC主要問題是外部PI撕裂，實際測量斷裂區域的位置距離端部約為9.25mm。

從CAE軟件的分析結果來看，PI在拉應力作用下表現的破壞為撕裂，可能斷裂，其距離端部距離為8.33mm。

Application of CAE Technology in Product Mechanical Simulation

LIUDan-dan
(ZhejiangUnitedTechnologyCORP.Ltd.,Hangzhou310052,China)

Using CAE technology to develop products can greatly shorten the experimental cycle and improve enterprise R&D capabilities and product competitiveness.Inthispaper,weusetheCAEtechnologytosimulateandanalyzeflipandfalltwoactionsofmobile phone,which are themost frequentlyused in mobilephone,andthereliabilityoftheanalysisresultsisverified byexperiments.Thismethod providesuseful ideasfor the research and development ofproduct structure.

mobilephone;simulation;flip;drop

TN929.53

B

1007-9467（2016）07-0244-02

劉丹丹（1980～），女，浙江杭州人，工程師，從事軌道交通AFC設備開發與研究，（電子信箱）lddsuccess@sina.com。