连接器护套组件跌落分析

2022-11-07杜艳平

汽车电器 2022年9期

杜艳平

（河南天海电器有限公司，河南鹤壁 458030）

连接器在运输、装配或者使用过程中存在跌落的风险，从而不可避免受到冲击载荷，因此产品的抗跌落、抗冲击性能就成为设计中必须考虑的重要内容。虽然，产品的抗跌落和抗冲击可以通过物理实验来确定，但要求必须有实物，且为破坏实验。如果实验不合格还要更改设计，使产品周期变长，成本变高，而用CAE仿真技术可以很好地解决以上问题。CAE分析技术广泛应用于产品的跌落碰撞仿真中。针对产品的跌落过程进行合理的有限元仿真分析，可以得到工程师最关注的结果及参数，如产品附件是否脱落及结构整体的应力变形，从而可以根据CAE分析结果进行结构优化，使设计更加有效。

本文将一个矩形连接器（TPA置于预装位置）的6个面，分别从1m高的位置把护套跌落到水平混凝土地面上进行仿真分析。通过使用仿真模拟跌落可以和产品开发同步进行，缩短设计周期，观测到内部零件的变化过程，为模具设计和包装设计提供理论依据，同时可查看零件是否发生破坏或分离，防患于未然。

1 模型建立

1）连接器跌落模型的建立：所选连接器由连接器护壳和TPA（端子二次锁止结构）组成，其中TPA置于护壳的预装位。模型从通用3D设计软件设计完成后保存为stp.格式，直接导入到ABAQUS分析软件中。该装配模型接触采用通用接触，摩擦系数为0.2。该电子连接器外壳和TPA材料都是PBT，密度为1.3kg·m，弹性模量为2500MPa，泊松比为0.39，屈服强度为34.92MPa，抗拉强度为55MPa，地面设置为刚体。ABAQUS中材料的塑形参数为真实应力和塑性应变，因此需将名义上的应力应变进行转化。

2）跌落工况设置：根据QC/T1067设置跌落高度为1m。跌落造成的变形和破坏主要发生在撞击地面后，因此可将落地前的势能转化为落地时的动能。根据能量守恒定律，落地时的速度为4427mm/s。此外，连接器的加速度为重力加速度g。

2 跌落结果及分析

不同面着地瞬间零件的应力分布如图1所示。在碰撞瞬间，当面2着地时，TPA上凸台的应力超过了材料的抗拉强度，可能有断裂的风险。

图1 各个面在着地瞬间的应力状态

面1和面2在落地弹起后，TPA在护套中的晃动比较厉害，但未脱出，如图2所示。TPA和护套间的配合间隙可进行适当优化，以减小零件之间的晃动。

图2 着地弹起后零部件的装配状态

图3为面1跌落后的动能、内能及伪应变能曲线图，在整个过程中伪应变能占内能的0.57%，可忽略，分析有效。在起始阶段，各部件都处于自由落体状态，动能很大。撞击瞬间，动能转化为内能。接着部件弹起，零件的变形恢复，内能和动能趋于平衡。

图3 面1着地跌落能量图

3 优化设计

根据QC/T1067的要求：试验样品在跌落试验后应符合外观检查的要求，即样品不应该出现膨胀、裂缝、开裂等影响产品功能的缺陷，附件不应从它的预装位置脱离。由CAE分析结果可知，当面2着地时，TPA挂台有断裂风险，因此应对其进行优化。增加材料的韧性可以有效提高塑料件的缺口敏感性，因此，此处可将原材料更改为韧性更好的PA66。更改材料后面2着地跌落瞬间应力分布如图4所示，TPA的应力情况有了较好改善，提高了连接器的抗跌落性能。