基于ansys的触屏手机跌落优化设计

1基于 ANSYS 的手机产品仿真跌落分析摘 要： 随着手机电子产品的普及，这些产品在运输和使用过程中频频发生结构上的损坏， 其中大部分的损坏是跌落和冲击造成的。手机等电子产品的抗挤压、抗跌落、抗冲击性能是设计人员必须考虑的设计因素，在以前这些性能主要是通过实体的挤压与跌落实验进行分析。但是这类实验存在作用时间短、不易控制、实验费用较高等弊端，更重要的是实体实验必须在产品制造出来以后才能进行，对于设计指导意义不大。实物产品的跌落实验方法已经很难满足产品快速开发的要求，而计算机仿真却能够很好地解决这类问题。本课题主要是以Pro/E、ANSYS 为工具，对手机挤压与跌落进行仿真分析。得到手机不同部位挤压与不同跌落方式的变形图和应力图，从而为改进设计提供参考，为运输采用的包装措施提供指导。关键字：有限元分析；手机建模；跌落仿真；ANSYS2Analysis of Drop-impact Simulation of Phone Based on ANSYSAbstract: Along with the popularization of the cellphone and electronical products, the structure of the refrigerator is frequently damaged in the process of using and transporting, and most of the damage is brought from the drop and impact. Our designers should take more factors into consideration when they promote their new products,such as, anti-extrusion,anti-impact.A few years ago,we often adopt the thinking about the experiment of practrical material ,which may lead to many problems,for instant, expensive cost of practical experiment and wasting too much time, however the practical experiment sometimes cant show the fail mechanism of the fridge completely.Consequently,it really takes less for our experiments.so its very necessary to utilize the FEA(Finite Element Analysis )software ANSYS to analyze and investigate the drop simulation of the phone.This issue focus on the deformation diagram and stress diagram while the cellphone experience different manners of dropping and extrusion.Through those results of analysis,we can optimal our design and make it more accessible to our customers,on the meanwhile,it also can offer some ideas about package and transportation of products.Keywords: Finite Element Analysis; notebook model; drop simulation;ANSYS31 引 言1.1 课题的研究背景随着现代科技水平的不断进步，对传统制造业工程提出了进一步的发展，要求在短时间对产品性能的可行性和可靠性得出准确的分析。如此随着这些问题应运而生出许多的模拟分析软件，如 ansys,abaqus 等，这些CAE 软件被广泛的运用到了机械，电子，土木等行业中，主要解决一些设计缺陷，强度校核，性能优化设计，选择材料等方面的问题。现在的各行各业中为了减少新产品的生产周期，运用 CADCAE 软件的辅助分析也越来越普及，通过这些软件的分析，对于产品的性能我们有了详细的了解，这样既免去了实物仿真的成本，也节约了大量的时间。本课题就基于这些研究需求上，对实物跌落挤压进行仿真分析，得到应力，应变的分析。通过ANSYS 技术帮助用户在手机产品设计定型或生产之前预测，仿真和提高产品的性能质量，降低设计成本，节约资金，缩短产品投放市场的时间，提高竞争力。1.2 手机跌落挤压的仿真意义 “3C”产品（电视、手机、扫描仪、空调、计算机、电动工具等）在运输、装卸及使用过程中结构可能发生破坏。有接近80的电子机构产品损坏来自于高速撞击，研发人员往往耗费大量的时间与成本针对产品做相关的品质验证，最常见的结构试验就是跌落和冲击试验，在工业发达国家，电子家电等产品传统的跌落试验越来越多地有计算机仿真来完成，这不仅显著地降低了产品开发费用和缩短了产品的开发周期，而且极大提高了企业研发能力和产品的竞争力。传统的跌落试验有以下局限性：1.必须要有原型机才能进行实验2.很难控制跌落冲击的边界条件43.检测装置固定方式的影响4.只能获得有限数据信息5.很难检测到产品内部的冲击特性6.很难观测到整个跌落冲击过程而计算机模拟仿真通过建立产品的一个有限元模型，就可在计算机中很方便地进行各个方向的跌落分析，能在产品设计样机出来之前就得到结构的响应行为，检查产品的力学性能，预测失效，指导设计优化和验证。手机等电子产品的抗挤压、抗跌落、抗冲击性能是设计人员必须考虑的设计因素，在企业中这些性能主要是通过实体的挤压与跌落实验进行分析。但是这类实验存在作用时间短、不易控制、实验费用较高等弊端，更重要的是实体实验必须在产品制造出来以后才能进行，对于设计指导意义不大。实物产品的跌落实验方法已经很难满足产品快速开发的要求，而计算机仿真却能够很好地解决这类问题。对手机一些核心部件的模拟分析，例如：LCD 触摸屏，主板，电池，通过跌落和挤压的动态过程，我们可以设计出性能极佳的手机，增强了手机的可靠性与实用性。1.3 课题的研究现状ANSYS 在家电，电子产品的性能的运用中还是极其广泛的，电子产品和家电产品通常更新周期都是十分短暂的，如何更好，更准确的提出一系列可行性的设计方案，对于我们设计人员来说是十分的重要的。ANSYS 在手机的仿真中发挥着巨大的作用，许多大型公司如 NOKIA，SONY，LG，都是采用了 CAD 建模，CAE 分析这样的思想来推出迎合市场的新产品，现在对手机的研究分析主要在手机的跌落和挤压突变时，各部件的强度校核，优化的结构设计，和恢复情况。因为手机的部件十分的复杂，如何简化结构，减少处理难度也是研究人员的重要工作，本课题符合当今市场发展潮流，是未来设计的一种主流趋势。现在 ANSYS 跌落实验和仿真研究中所注意的问题1结构的冲击强度设计的结构是否满足冲击强度设计要求，如 LCD 模组破裂、壳体开裂、电池盖脱落、各种联结失效等。52关键部件的性能对于关键的部件，它的使用功能在冲击力的作用下是否失效，例如部件所受到的应力是否超出部件材料的屈服极限。3包装材料是否能满足性能要求对于包装吸能材料的设计是否达到了设计的要求，例如是否能够保证产品在运输过程中的冲击和跌落不会损伤包装里面的产品。4导致失效的真实原因有时进行了各种改进的设计，但是还是不能满足设计要求，这时通过仿真分析和过程的显示可以发现产品失效的真实原因。5跌落过程的展现完整展现整个跌落过程，显示接触和碰撞的机理。在本文手机产品的跌落模拟仿真分析中，会对手机壳体结构在设计上是否满足电子产品的强度冲击要求进行确认，对关键部件的性能是否达到了强度冲击要求进行模拟验证，如不符合怎样进行修改再验证等等分析过程，最终还会展现完整跌落过程。下图为 lenove 公司利用 ANSYS 进行显卡的仿真，如下图：图 1.1 显卡示意图6图 1.2 显卡网格图1.4 论文的研究内容随着手机产品应用的越来越普遍，现在手机市场的竞争越来越激烈，手机的性能也越来越受到人们的关注，除了手机硬件的关注外，也已开始关注其抗震、抗冲击特性。因为，在今天工作的人们，手机已经充当了我们生活中的便捷银行，交往社区， ，那么稳定的手机性能是必不可少的，为此我们对手机进行了仿真跌落分析。现在，为了分析手机的跌落性能，改善它的易破裂性，我们需要模拟其性质，研究其跌落过程中的受力、变形情况，设计出一种具有良好的抗冲击、不易破裂的结构，通过分析所得实验结果,可以采取不同的防范措施来达到最大程度地降低产品破损率的目的。我们可以用一个流程图来表示一下我们的工作：（这里我们主要是运用 PROE 软件进行建模，在建模过程中，尽可能的简化模型，初步拟为 手机的四个部件，电池，前壳，LCD 屏幕，后盖）（这里选择比较通用的 ANSYS 软件）图 1.3 工作流程图新产品预想模型选择 CAE 软件进行仿真分析得出结论，并加以改进，完善新产品CAD 软件模型的建立72 手机模型的三维建立 2.1 三维造型软件 PROE 的介绍 Pro/Engineer 操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的 CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。我们选择 PROE 建模基于软件自身的几个个重要特征：1 参数化设计：相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。 2 基于特征模型 ：Pro/E 是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 3 单一数据库：Pro/Engineer 是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的 CAD/CAM 系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC 数控工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维造型上。这种独特的数据造型与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。82.2 手机的结构及其造型2.2.1 手机的组成及其简化我们这次分析的手机采用的是 LG 公司的 LCD 触屏手机，型号是 GD510,时下触屏手机在市场上越来越受欢迎，这就要求我们设计人员要及时进行产品设计的改变，这里是手机的结构图：图 2.1 手机模型图9图 2.2 手机前壳图图 2.3 手机后盖图在建模过程中我们尽可能的简化模型，减少运算的时间，对此我们将手机中若干的连接件省略，但是在后期的