基于ABAQUS的手机摄像头跌落分析

基于基于 ABAQUSABAQUS 的的手机手机摄像头跌落分析摄像头跌落分析 王娜 张继光 邵柯强 牟会清 海信多媒体研发中心 青岛 266000 摘要摘要 手机的跌落分析结果显示手机的内部结构的尺寸会对摄像头产生严重冲击 最终导致摄像 头的失效 本文采用Abaqus对整个跌落过程进行仿真 仿真结果显示 在跌落过程中由于电池 盖和前壳塑胶部分对天线支架进行挤压 致使天线支架对摄像头Housing进行冲击 最终导致了 摄像头的失效 根据仿真结果 本文提出了针对性的优化方案 而且优化后手机的跌落实验结果 证明了该优化方案的有效性 关键词 关键词 Abaqus仿真 跌落分析 手机摄像头 天线支架 The drop simulation of the cellphone camera based on ABAQUS Wang Na Zhang Jiguang Shao Keqiang Mu Huiqing Hisense Multimedia R Drop analysis Cellphone camera Antenna bracket 1 引言引言 随着智能手机功能的增加 外形轻薄化 导致手机内部结构空间紧张 壁厚降低 这对手机 整机结构及部品的可靠性提出了更高的要求 而摄像头就是其中重要的一部分 在当前市场上主 流手机中 主摄像头的位置主要有两种方案 分别为手机中上部布置和角部布置 为了增加手机 外观的简约性 摄像头放置于角部时相对于中部放置而言更接近机壳顶面 因此在跌落时 机壳 变形极易对摄像头产生冲击 从而导致摄像头失效 在手机快速发展的今天 手机更新速度越来越快 致使手机的研发周期越来越短 而有限元 仿真的介入可以帮助设计师快速的找到优化方向 进而缩短研发周期 降低研发成本 在该背景 下 本文着重介绍在手机研发阶段 利用 Abaqus 对整机跌落过程中角部摄像头的受力及形变进 行仿真分析 加以实验验证分析的有效性 为整机结构设计 研发提供技术支持 2 跌落实验跌落实验 手机跌落实验是手机生产厂家验证手机结构性能与质量的标准实验 为验证未经优化的手机 内部结构在跌落时对摄像头的冲击影响 本文进行了如下实验 选用 10 部试制样机进行整机 1 0mm 面跌落实验 10 部样机跌落后出现了一部样机相机预览黑屏 点击切换按钮无响应 拆 机后发现摄像头 Housing 出现凹坑 变形情况如图 1 所示 图 1 实验失效摄像头 3 有限元有限元分析分析 为了分析手机内部结构在跌落时对摄像头的冲击影响 本文采用 Abaqus 对跌落过程整机 结构变形进行了仿真 3 3 1 1 有限元模型建立有限元模型建立 简化后整机模型主要包括关键部品 电池 PCB SUB TP LCD 模组 前壳 电池盖 支 架及重要模切件 整机质量约 140g 主要结构的材料如表 1 所示 表表 1 1 主要结构材料主要结构材料 主要结构 材料 TP 康宁 3 代玻璃 前壳塑胶 PC 10 GF 前壳合金 镁合金 Housing spcc 天线支架 增韧 PC 电池盖塑胶 PC 电池盖合金 不锈钢 SUS304 建模时 首先在 Hypermesh 中完成各部分网格模型 再导入 Abaqus 中建立整机有限元分析 模型 如图 2 图 3 显示了摄像头组件的具体结构与堆叠层次 在本文的分析中 TP 玻璃 电 池及电池盖合金部分采用线性减缩六面体单元 C3D8R 摄像头 Housing 采用四节点壳单元 S4R 其余结构 如前壳塑胶及合金 天线支架等采用二次修正四面体单元 C3D10M 摄像头组件 天线支架 电池盖塑胶 地面 电池盖合金 摄像头镜片 TP 前壳合金 前壳塑胶 图 2 整机各部分组件名称与有限元模型图 Housing Base FPC 图 3 摄像头组件 3 23 2 工况工况设定设定 该分析工况与跌落试验一致 主要模拟手机从 1 0 米高度面跌落 跌落角度为 TP 面与地面 垂直 整机上表面与地面平行 由于实验时手机跌落角度可能存在误差 本文设定手机与地面接 触时 上表面与地面夹角为 3 如图 4 所示 为了提高分析速度 将手机与地面接触的瞬间设定 为初始状态 如图 4 所示 根据动能定理 该接触瞬间手机的速度为 4429mm s 图 4 手机与地面接触示意图 图 5 跌落初始状态局部图 3 33 3 结果结果分析分析 由图 6 整机跌落变形图可知 跌落后 电池盖及前壳塑胶部分变形很大 导致电池盖和前壳 塑胶部分对天线支架进行挤压 当天线支架变形到一定程度后 又对摄像头 Housing 进行冲击 最终导致 Housing 产生凹坑 如图 7 摄像头应变图所示 前壳 天线支架 电池盖 图 6 跌落后电池盖及前壳塑胶部分变形图 图 7 摄像头应变图 分析结果显示摄像头 Housing 产生永久变形 如图 8 所示 图 8 中节点 1 与节点 2 在垂直于 两点变形前所在面方向距离约 0 23mm 即 Housing 最大凹陷深度约为 0 23mm 节点1 节点2 图 8 摄像头 Y 向位移图 3 4 3 4 优化方案优化方案 为改善跌落过程中摄像头出现的失效现象 根据跌落仿真结果中摄像头出现的凹陷情况提出 如下建议 1 提高摄像头所处位置处前壳的强度 2 天线支架应在图 9 标注位置局部减胶 以增加支架与电池盖间隙 减小跌落时电池盖变形对支架的影响 图 9 天线支架减胶部位示意图 4 结束语结束语 本文利用 Abaqus 对手机进行了整机跌落分析 仿真结果显示 在整机跌落过程中 由于前 壳局部强度不足以及内部结构尺寸问题 导致摄像头受到很大冲击而失效 该仿真结果与样机的 跌落实验结果具有较好的一致性 在此基础上 依据仿真结果对该型号手机的整机设计提出了局 部优化方案 优化后的手机跌落实验显示该优化方案使样机满足了设计要求 证明了优化方案的 有效性 也证明了有限元仿真在手机开发过程中的重要性 5 参考文献参考文献 1 1 韩克明 孙志刚 林墨洲 手机触摸屏抗跌落仿真分析 计算机辅助工程 2013 10 2 祖景平 薛澄岐 手机跌落破坏仿真分析研究 中国制造业信息化 2006 6 3 薛澄岐 祖景平 有限元技术在手机概念设计中的应用 计算机辅助工程 20