数事执术与变用
应用研究
基于有限元仿真的大屏幕超薄手机抗跌落研究
吴剑
(同济大学机械工程学院上海200092)
摘要：在手机结构设计中针对大屏靠超薄手机抗跌落冲击能力差的弱点，对其结构进行优化。运用Ansys/Ls-Dyna软件对其进行模拟跌落仿真，得到手机融模屏和LCD在不同工况跌落时的应力情况，通过对比分析优化设计的可行性，并与实际的手机跌落试验进行比较，验证了仿真分析的准确性
关键词：手机跌落仿真跌落优化设计Ansys/Ls-Dyna
中图分类号：0347.3
文献标识码：A
大屏靠超等手机
文章编号：1007-9416(2012)11-0089-02
近年来由于显示技术与触模控制技术的大力发展，使得大屏幕触摸屏超薄智能手机逐渐变成市场主流。这类手机在结构上所具有的特征有：(1)大尺寸LCD，尺寸都达到3.5英寸以上，厚度却逐渐下降到2mm以下。(2)大尺寸电容式触摸屏，随着苹果公司2007年首先量产配备电容式触摸屏的手机，这种以玻璃为表面材料的触摸屏逐渐成为主流。基本的结构是钢化玻璃+ITO玻璃双层叠加，总厚度在 1.2mm以下。(3)整机厚度薄。由于屏幕尺寸变大，综合外观设计和方便携带的考患，目前主流的厚度已经或至10mm以下。(4)重量重。由于智能机功能丰富，所以CPU耗电较大，为保持待机时闻，必须使
图1跌落试验失效样机
能类塑胺不锈钢片
不锈调片
图2模内注塑结构
用大容量的电池。而且由于产品使用的触模屏和LCD模组都以密度较大的玻璃为主要材料整机的重量一般都在130g以上
以上几点，使得这类大屏幕超薄手机在受到冲击后失效比例要远远大于普通机型，据SquareTrade公司公布的20l1年内返修数据中指出，苹果四代手机2011年返修记录中有82%是触摸屏和LCD的碎裂。为了有效地减少产品开发时间和开发成本，将CAE仿真技术运用于手机结构设计的过程中，能在设计的初期阶段预测整个产品和各个零部件的设计是否符合国家对电工电子产品的环境试验的标准规定，有效减少产品开发周期，为企业节约了成本。
本文使用Ansys/Ls-Dyna的有限元分析软件针对几种设计优化方法进行验证得出金属模内注塑方式对于减少LCD和单摸屏
破损是最优优化方案，并通过实验进行验证"。 1、手机结构以及抗跌落优化方法
1.1手机结构介绍
本课题使用机型尺寸为120x65mm，厚度为11.5mm，重量为 150g，和目前主流的尺寸接近，结构也使用较常规的结构，有比较强的代表性。本机型使用的是4.3英寸的电容式触摸屏，厚度1.2mm，结构是表层钢化玻璃+电容感应片玻璃，触摸屏使用0.17mm厚度
2.415e+0 2.773e00 198 eer 1.460-02 20e0 s801 7246e-01 48201 241601 e0e+00
图3模拟跌落
表1手机主要零件的材料属性协调单位：mm-Ton-s-N-MPa
部件名称前后壳组件触模屏电池主板 LCD
不锈钢框架仿真对象
优化前壁厚0.9mm 优化整厚至1.1mm 优化整厚至1.3mm
使用模内注塑0.5mm销片
密度kg/mm3 1.2E09 2.50E09 6.10E09 3.30E09 3.30E09 7.80E09
弹性模量 23500 55000 70000 25000 10500 206000
泊松比 0.35 0.2 0.29 0.3 0.3 0.3
表2有限元分析结果
触摸屏所受量大应力(Mpa)
350 320 297 241
康应力
62 N/A N/A 196 N/A N/A
切线模量
5000 N/A N/A 4000 N/A N/A
LCD所受量大应力(Mpa)
133 127 115 118
作者简介：吴剑（1980一），男，上海人，职称：工程师，学历：工程颈士研究生，主要研究方向：电予产品机械结构设计。
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