CAE技术在产品结构仿真中的应用

刘丹丹

（浙江众合科技股份有限公司，杭州 310052）

CAE技术在产品结构仿真中的应用

刘丹丹

（浙江众合科技股份有限公司，杭州 310052）

利用CAE技术开发产品，可以极大地缩短实验周期，提高企业研发能力和产品竞争力。文章针对手机使用中最经常发生的翻转和跌落两个动作，利用CAE技术进行了动作过程的仿真分析，且通过实验验证了分析结果的可靠性。文章的方法为产品结构研发提供了有益的思路。

手机；仿真；翻转；跌落

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

1 引言

手机跌落试验是手机耐撞性设计的基础[1]，其研究方法主要有实物实验和数值仿真。数值仿真是一种在计算机中对手机跌落实验数学模型进行数值模拟的方法[2-3]。随着CAE技术的快速发展，许多仿真软件已可以清晰、准确地模拟手机的跌落过程。由于数值仿真不需要预先制取物理样机，所以在产品开发阶段，利用计算机对手机的跌落试验进行数值模拟，不仅可以及早地发现设计缺陷，改进设计方案，提高其跌落安全性，更可以节约开发成本，缩短开发周期。

折叠手机中的FPC(FlexiblePrintedCircuit)，由于受装配空间的限制及自身的柔软特性，设计者很难直观地评估FPC的疲劳特性。为此我们以折叠手机FPC为例，利用CAE软件来模拟其工作环境，对FPC在手机翻盖翻转过程中的变形进行模拟，预测可能存在的断裂区域，并与实验结果相对比，旨在为设计者提供一种直观、可靠的评定方法，使设计者在FPC的设计初期就可以预估其疲劳特性。

2 CAE技术在手机结构设计中的应用流程

在以往的手机结构设计中，往往是对手机样机进行一系列的测试，从而对手机的结构加以验证，并将发现的问题反馈给结构设计工程师，对产品的结构进行改进，产品质量的好坏及对测试结果的响应速度往往决定于设计工程师的经验。基于CAE仿真测试的结构设计流程如图1所示，结构设计工程师在设计初期就可利用CAE软件模拟真实产品的测试环境，若发现问题，则及时反馈到结构设计阶段，并通过CAE仿真测试验证寻找到最优解进行更改，从而减少修模次数，加快产品的研发速度和减少研发成本。

3 手机翻转疲劳仿真分析

3.1 物理模型

手机FPC的装配模型如图2所示，FPC的一端焊接在翻盖PCB上，另一端通过FPC连接器固定在主机PCB板上。在手机的翻开过程中，上翻盖绕转轴从图1所示的位置开始旋转至与主机成155度角的位置，FPC则在机壳所形成的空间内做弯折运动。手机FPC的结构比较复杂，它是由双层材料构成，而每一层材料又是由PI、胶、铜线复合而成，结构示意图如图3所示。

图1 基于CAE仿真测试的结构设计流程

3.2 CAE软件的模拟结果

利用CAE软件可以很方便地根据FPC的物理模型，创建FPC的仿真分析模型，FPC的运动过程可以分为两个过程。初始装配，形状到折叠手机处于闭合状态时FPC的形状，此过程在实际装配过程中，主要由人工装配来实现，利用CAE软件可计算出折叠手机闭合状态下，FPC的变形情况，在初始装配变形的基础上，手机翻盖部分带动FPC一端绕转轴旋转至155度位置。

由于用户在使用折叠手机过程中经常翻折手机，所以设计者更关心FPC在第二个运动过程中的应力应变情况，利用CAE软件的后处理可以很方便地显示FPC各层各节点在各时刻的应变及应力值，并绘制成相应的应力云图便于设计者对其进行评测。

3.3 与实验结果对比

从CAE软件分析的结果来看，第3层与第5层的最大应力较大，所以最有可能发生疲劳断裂的区域是第3层铜线层或者第5层PI层。第3层铜线层是各个独立的铜线，所以当其破坏时

具体表症是某个单一的铜线断裂，可以通过测试FPC的某个PIN会出现断路来加以判断，而此时FPC的外部特征可能仍然良好，而第五层PI层断裂则表现为外部撕裂。为此我们辅助实验加以验证，实验中未出现FPC外部良好而PIN断路的情况，而是个别出现了FPC撕裂情况，可以看出FPC主要问题是外部PI撕裂，实际测量断裂区域的位置距离端部约为9.25mm。

从CAE软件的分析结果来看，PI在拉应力作用下表现的破坏为撕裂，可能断裂，其距离端部距离为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

刘丹丹（1980～），女，浙江杭州人，工程师，从事轨道交通AFC设备开发与研究，（电子信箱）lddsuccess@sina.com。