連接器護套組件跌落分析

杜艷平

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

連接器在運輸、裝配或者使用過程中存在跌落的風險，從而不可避免受到沖擊載荷，因此產品的抗跌落、抗沖擊性能就成為設計中必須考慮的重要內容。雖然，產品的抗跌落和抗沖擊可以通過物理實驗來確定，但要求必須有實物，且為破壞實驗。如果實驗不合格還要更改設計，使產品周期變長，成本變高，而用CAE仿真技術可以很好地解決以上問題。CAE分析技術廣泛應用于產品的跌落碰撞仿真中。針對產品的跌落過程進行合理的有限元仿真分析，可以得到工程師最關注的結果及參數，如產品附件是否脫落及結構整體的應力變形，從而可以根據CAE分析結果進行結構優化，使設計更加有效。

本文將一個矩形連接器（TPA置于預裝位置）的6個面，分別從1m高的位置把護套跌落到水平混凝土地面上進行仿真分析。通過使用仿真模擬跌落可以和產品開發同步進行，縮短設計周期，觀測到內部零件的變化過程，為模具設計和包裝設計提供理論依據，同時可查看零件是否發生破壞或分離，防患于未然。

1 模型建立

1）連接器跌落模型的建立：所選連接器由連接器護殼和TPA（端子二次鎖止結構）組成，其中TPA置于護殼的預裝位。模型從通用3D設計軟件設計完成后保存為stp.格式，直接導入到ABAQUS分析軟件中。該裝配模型接觸采用通用接觸，摩擦系數為0.2。該電子連接器外殼和TPA材料都是PBT，密度為1.3kg·m，彈性模量為2500MPa，泊松比為0.39，屈服強度為34.92MPa，抗拉強度為55MPa，地面設置為剛體。ABAQUS中材料的塑形參數為真實應力和塑性應變，因此需將名義上的應力應變進行轉化。

2）跌落工況設置：根據QC/T1067設置跌落高度為1m。跌落造成的變形和破壞主要發生在撞擊地面后，因此可將落地前的勢能轉化為落地時的動能。根據能量守恒定律，落地時的速度為4427mm/s。此外，連接器的加速度為重力加速度g。

2 跌落結果及分析

不同面著地瞬間零件的應力分布如圖1所示。在碰撞瞬間，當面2著地時，TPA上凸臺的應力超過了材料的抗拉強度，可能有斷裂的風險。

圖1 各個面在著地瞬間的應力狀態

面1和面2在落地彈起后，TPA在護套中的晃動比較厲害，但未脫出，如圖2所示。TPA和護套間的配合間隙可進行適當優化，以減小零件之間的晃動。

圖2 著地彈起后零部件的裝配狀態

圖3為面1跌落后的動能、內能及偽應變能曲線圖，在整個過程中偽應變能占內能的0.57%，可忽略，分析有效。在起始階段，各部件都處于自由落體狀態，動能很大。撞擊瞬間，動能轉化為內能。接著部件彈起，零件的變形恢復，內能和動能趨于平衡。

圖3 面1著地跌落能量圖

3 優化設計

根據QC/T1067的要求：試驗樣品在跌落試驗后應符合外觀檢查的要求，即樣品不應該出現膨脹、裂縫、開裂等影響產品功能的缺陷，附件不應從它的預裝位置脫離。由CAE分析結果可知，當面2著地時，TPA掛臺有斷裂風險，因此應對其進行優化。增加材料的韌性可以有效提高塑料件的缺口敏感性，因此，此處可將原材料更改為韌性更好的PA66。更改材料后面2著地跌落瞬間應力分布如圖4所示，TPA的應力情況有了較好改善，提高了連接器的抗跌落性能。

圖4 更改材料后面2著地跌落瞬間應力分布

4 結束語

本文對矩形連接器進行了跌落分析，分析了不同面著地對跌落碰撞結果的影響，得出面2著地時最為危險。面2著地瞬間，TPA上掛點的應力值超過了許用應力，有開裂的風險，因此用韌性更好的PA66代替目前PBT材料。更改材料后TPA應力情況有了較好改善，提高了連接器的抗跌落性能。