1．前處理

1.1、Hypermesh 網(wǎng)格劃分

Hypermesh作為專業(yè)的前處理軟件，一直備受仿真工程師的青睞。同時(shí)Hypermesh擁有強(qiáng)大的網(wǎng)格處理功能以及與商用有限元軟件的接口，通過(guò)Inp的交互可以與Abaqus進(jìn)行交互。圖1.1為實(shí)際跌落分析用的治具，可以看到制具同時(shí)可以放置4顆模組。（圖1.2為本次案例分析的攝像頭模組的裝配圖）

 

 

圖 1.1. 模組制具結(jié)構(gòu)圖

 

 

圖 1.2. 攝像頭模組裝配體

 

1.2、PCB 六面體劃分

在攝像頭模組網(wǎng)格劃分中，泡棉、Sensor、PCB、電子元件等規(guī)則的零件都會(huì)用六面體來(lái)擬合，案例中以PCB板為例介紹六面體網(wǎng)格劃分的一種方法。劃分PCB的時(shí)候，我們把圓角特征省略，在幾何上從中間面割開(kāi)為三個(gè)體，先劃分中間體的面網(wǎng)格，然后通過(guò)拉伸進(jìn)行上下拓?fù)?。?dāng)然在畫2D網(wǎng)格時(shí)，在網(wǎng)格擬合時(shí)會(huì)帶入三角形，這樣會(huì)造成3D里邊有少量五面體，Abaqus是接受的。同時(shí)在2D網(wǎng)格劃分時(shí)，要檢查網(wǎng)格質(zhì)量。

 

 

圖 1.3. PCB 幾何模型

 

 

圖 1.4. PCB 有限元模型

 

 

值得注意的是PCB有軟板和硬板之分，為了方便材料屬性的賦予，將其分別放在兩個(gè)component里。

 

1.3、Lens 四面體網(wǎng)格劃分

在攝像頭模組中，Lesns結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且在跌落模擬時(shí)，有時(shí)會(huì)分析鏡頭和馬達(dá)之間的膠粘行為，所以不能過(guò)度簡(jiǎn)化。綜合考慮將其劃為四面體較為合理。（治具、馬達(dá)同樣也劃分四面體網(wǎng)格）。

 

劃分四面體，首先在結(jié)構(gòu)表面構(gòu)造2D網(wǎng)格，此時(shí)一定要檢查網(wǎng)格質(zhì)量（包括長(zhǎng)寬比、雅可比、扭曲比以及最小長(zhǎng)度、最大角度等在內(nèi)的幾項(xiàng)）同時(shí)利用Edge、face等命令來(lái)查看節(jié)點(diǎn)重合情況，以及利用2D工具中automesh的element選項(xiàng)來(lái)提高網(wǎng)格質(zhì)量。如圖1.5為lens幾何模型，1.6為lens有限元模型（此處僅為了展示，幾何模型和有限元模型不匹配）。

 

 

圖 1.5. Lens 幾何模型圖

 

 

圖 1.6. Lens 有限元模型

 

1.4、接觸的創(chuàng)建

接觸的創(chuàng)建部分，可以在前處理軟件HyperMesh中自動(dòng)生成，也可以在Abaqus中創(chuàng)建。在HyperMesh中通過(guò)調(diào)整零件的間距以及角度，來(lái)自動(dòng)尋找接觸，是基于單元的。在Abaqus中如果沒(méi)有幾何體而只有有限元模型，也可以自動(dòng)生成接觸，相對(duì)在HyperMesh繁瑣（個(gè)人經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知）。大家可以進(jìn)行嘗試。同時(shí)將制具之間通過(guò)coupling聯(lián)合在一起，來(lái)模擬螺栓連接。

 

 

圖 1.7. coupling 接觸

 

 

圖 1.8. 綁定接觸

 

在跌落過(guò)程中，考慮到零件之間的互相碰撞，所以需要建立通用接觸。其意義就是為了防止可能碰到的零件之間未建立接觸，以及地板和整個(gè)治具之間的接觸。在通用接觸屬性中接觸行為設(shè)定切向摩擦系數(shù)，法向默認(rèn)硬接觸。

 

 

圖 1.9. Abaqus 通用接觸設(shè)定

 

1.5、Hypermesh 中 Abaqus 接口

當(dāng)我們用HyperMesh為Abaqus顯示動(dòng)力學(xué)（Explicit）做前處理時(shí)，在進(jìn)入Hypermesh界面時(shí)，做如圖2.0界面設(shè)置改為Abaqus接口。Abaqus中單元名稱以及含義與Ansys不同，在abaqus接口中不用單獨(dú)創(chuàng)建，會(huì)自動(dòng)根據(jù)分析類型進(jìn)行匹配，也可以進(jìn)行查看以及更改，如圖2.1所示。在輸出設(shè)置中，改到如圖2.2界面，輸出類型為顯示動(dòng)力學(xué)，同時(shí)輸出處可以選擇所有和當(dāng)前顯示，選擇當(dāng)前顯示可以將單獨(dú)零件以inp形式輸出，方便網(wǎng)格亦或是結(jié)構(gòu)修改后網(wǎng)格的復(fù)用。

 

 

圖 2.0. Abaqus 輸入接口

 

 

圖 2.1. Abaqus 單元查看

 

 

圖 2.2. Abaqus 輸出接口

 

材料屬性同樣既可以在Hypermesh中設(shè)置，也可以在Abaqus中設(shè)置。二者材料庫(kù)可以通過(guò)inp文件進(jìn)行傳輸來(lái)設(shè)置。Abaqus提供了多種材料本構(gòu)以及各種損傷準(zhǔn)則，便于后續(xù)膠粘設(shè)置以及金線塑性的設(shè)定。案例材料設(shè)置如圖2.3所示。

 

 

圖 2.3、Abaqus 中材料屬性賦予

 

2、工況設(shè)定

2.1、重力加速度設(shè)定

重力加速度在load中設(shè)置，選對(duì)重力加速度方向，其單位依據(jù)當(dāng)前分析項(xiàng)目單位而定。案例中是沿著Z軸負(fù)方向如圖2.4。

 

 

圖 2.4. 重力加速度設(shè)定

 

2.2、速度設(shè)定

這里的速度設(shè)定，設(shè)置的是末速度，具體數(shù)值根據(jù)公式（1）：

vt ? v0 = 2g?

vt是所求的末速度，這里的v0值為0，高度根據(jù)分析而定。案例中分析的是1.5m高的跌落，所以末速度為5422mm/s如圖2.5。

 

 

圖 2.5. 速度設(shè)定

 

2.3、約束設(shè)定

約束的位置上是地板的下表面，地板的材質(zhì)是按照規(guī)范里的花崗巖。地板的建立推薦和分析整體在同一個(gè)軟件里創(chuàng)建。如圖2.6為在Abaqus為地板設(shè)置約束。

 

 

圖 2.6、約束設(shè)定

 

2.4、輸出設(shè)定

跌落分析輸出輸出信息量巨大，合理調(diào)整輸出頻率以及輸出區(qū)域。間隔步太大容易丟失想要觀察（撞擊）瞬間的數(shù)據(jù)，設(shè)置太小造成數(shù)據(jù)冗雜，對(duì)于電腦內(nèi)存消耗造成負(fù)擔(dān)。輸出設(shè)定如圖2.7所示。

 

 

圖 2.7. 輸出設(shè)定

 

2.5、創(chuàng)建工作

當(dāng)設(shè)定全部結(jié)束，便可以在Job中創(chuàng)建工作，當(dāng)然可以在Abqus中復(fù)制多個(gè)創(chuàng)建好的model將改為不同側(cè)面的跌落，同時(shí)也可以將inp傳遞到hypermesh中進(jìn)行創(chuàng)建（適工程師對(duì)軟件的熟悉程度而定）。并行設(shè)置根據(jù)電腦配置合理設(shè)置，如圖2.8所示。

 

 

圖 2.8. 并行設(shè)置

 

3、后處理

本案例的后處理利用Hyperview來(lái)輸出結(jié)果，如圖3.1為總體位移圖，從圖中可以看到最大位移在PCB末端，呈晃動(dòng)態(tài)勢(shì)。在跌落過(guò)程中，通過(guò)接觸反力來(lái)查看制具與平臺(tái)的接觸情況。通常以應(yīng)變?yōu)榕袚?jù)來(lái)查看傳感器（sensor）以及藍(lán)玻璃的破損情況。如圖3.3可以看到傳感器最大應(yīng)變?yōu)?.02%，圖3.4可以看到藍(lán)玻璃最大應(yīng)變?yōu)?.06%。通過(guò)文獻(xiàn)以及業(yè)界資料如以0.2%來(lái)判定傳感器和藍(lán)玻璃的損傷情況，認(rèn)為Top面跌落時(shí)二者是安全的。圖3.6為電腦配置，一個(gè)面跌落用10個(gè)線程并行，CPU120S跑的量級(jí)在負(fù)8之上，大概2-3小時(shí)可以完成分析。

 

 

圖 3.1. 總體位移圖

 

 

圖 3.2. 接觸反力圖

 

 

圖 3.3. sensor 應(yīng)變值

 

 

圖 3.4. 藍(lán)玻璃應(yīng)變值

 

 

圖 3.5. 電腦配置

 

 

資料來(lái)源：達(dá)索官方