基于HyperWorks与Abaqus摄像头模组跌落可靠性联合仿真攻略

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：曾几何时，仿真秀平台乘风老师分享的《Hypermesh二次开发能力，以电子产品跌落分析为例》给我们讲解如何借助于hypermesh的流程自动化技术，快速开发出无缝集成的自动化系统，可在几个小时内完成原来需要一周或者两周时间才能完成的工作，加快了产品的开发流程，引发了工程师朋友对电子产品跌落仿真分析的高度关注。

今天我们邀请仿真秀专栏作者北鲲老师，给大家带来基于摄像头（电子产品）模组跌落可靠性仿真分析。它主要涵盖基于模组跌落可靠性分析仿真流程和跌落仿真分析过程**别注意事项。

一、基于模组跌落可靠性分析仿真流程

首先我们来明确下做（模组）跌落仿真的目的，也就是为啥要做：

（1）能够清晰的将跌落过程复现，以便我们来研究一些机理。
（2）不同客户要用的零部件不同，要快速给客户评判组合是否合理。通过仿真得出，结构设计带来的一些缺陷，提前预估、评判，加以改进。
（3）当我们采用新的胶水以及新的材料时，验证可行性，譬如粘结力是否足够，会不会开胶。
（4）通过实际跌落实验数据，不断完善仿真参数以及结构。能够快速的通过仿真模拟来评判结果。
（5）缩短新产品开发周期，为企业带来实际效益

1、模组跌落分析对象

如果说手机拉近了人与人的距离，缩短了地球的距离。作为采集数据对外交流的摄行头（模组）的低位显得举足轻重。

图一模组结构爆炸图

模组结构从上到下依次为：镜头保护膜、镜头、马达、蓝玻璃、Holder、传感器、以及板子（FPC、PCB）、连接器和相互连接的胶水。由于涉及到材料非线性、接触非线性、几何非线性，同时考虑到时间成本我们采用ABAQUS显示动力学来分析跌落问题。

2、模组跌落仿真流程

（1）简化模型

一颗模组外表虽小，但其内部十分复杂，在仿真前我们需要将螺栓相关部件删除掉，用节点耦合的方式来提替代。马达部分也会将簧片等和马达本体考虑为一体，涉及到的小的沟槽、孔洞一般都会简化或者移除。

图二模组详细结构图

（2）网格划分

模组零件简化后，在20个左右。总体原则我们能划分六面体就不去划分四面体，像镜头，支架结构复杂的就得考虑四面体。网格数量、质量，尤其是最小单元尺寸直接影响求解时间的数量级。

图三模组网格划分图

（3）材料设定以及属性赋予

1）普通线弹性材料
2）合金塑性材料
3）胶粘材料

材料设定分以上三类，在HyperMesh、ABAQUS设置均可。但是HyperMesh材料设定基于卡片形式，不容易找到，Abaqus材料属性、损伤准则以及失效判据可以清晰快速找到并设定。设置胶粘材料同时对单元属性、划分层数、以及输出均有极高的要求。

通常我们要做六面体、一层单元、设定单元删除，后处理设定标准刚度退化。截面属性可以设定胶粘厚度。必须基于胶和相邻部件的绑定接触设置。

图四、材料设定

图五截面属性设定

（4）接触设定

1）通用接触
2）绑定接触
3）胶粘接触

图六接触属性设定

（5）边界条件设定

1）末速度
2）重力加速度
3）地板约束

图七边界条件设定

（6）载荷步设定

图七载荷步设定

（7）输出设定

图七、输出场/历史输出场设定

（8）后处理

后处理我们用HyperView调取Abaqus的odb结果文档，输出相应的目标变量。如：

1）BG、sensor的应变
2）金线的塑性
3）整个跌落动画
4）撞击过程玻璃与holder的距离
5）金线与holder的距离
6）金线有没有相互撞击的动画以及距离

图八、HyperView后处理

综上，为模组跌落的整个分析过程，其中还有诸多注意事项，例如：

（1）简化后模组的质量如何和实际相符；
（2）中途网格畸变通过Job Diagnostics来检查；
（3）金线的塑性如何输入到Abaqus中；
（4）如何设定材料的损伤失效；
（5）胶粘单元和胶粘接触的区别。
（6）单元间如何设定胶粘属性

注意此流程以及逻辑可以搬用到任何跌落冲击、胶粘失效、金属拉升断裂仿真。推荐大家关注我4月27日（周二）免费公开课《基于Abaqus电子产品跌落可靠性分析公开课（摄像头案例）》

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接下来，给大家分享一些我在电子产品跌落仿真经验和注意事项。

二、电子产品跌落仿真的注意事项

1、模型是否精确

在完善的公司里，三维设计和仿真时分开的。所以我们拿到的三维模从设计工程师、客户手中拿过来的。

这个时候多数情况下，我们是没有办法直接拿来做仿真模拟的。我们采取的办法有两种:

方法一：返给交付的人员让他们重新修改，当然我们仿真工程师要对具体结构阐明需要修改的理由，比如有间隙、有重叠。
方法二：我们自己用三维建模软件来修改，比如UG、preo、spaceclaim。当然我喜欢直接放到HyperMesh进行修改。我们采用删除实体、查看自由边、填补破面、压缩不想要的边线等方式来简化改进模型。

2、网格质量是否合理

一颗模组零件多而且小，涉及到金线的时候只有几个um，造成我们网格尺度比较小。我们的原则就是能画六面体的一定要六面体，比如PCB板、元器件、各种胶水。

当然像Lens、MTM(镜头、马达）这类复杂的几何造型，我们就是用四面体来模拟。六面体一般不会有网格质量问题，长宽比、坍塌比、最小变、翘曲等等都会对仿真结构有影响。

为了防止出现计算中途网格畸变造成计算失败，我还是愿意稍微多花一点功夫来划分网格以及检查网格质量。

3、本构方程的精确、参数设定的准确

材料的确是个重要的问题，同时也是个麻烦的问题，这些参数去哪里找？百度吗？太天真了，如果百度就能得来参数，那准确度你敢相信么？

材料参数，来源有两个，一是和厂商要，二是自己上相关材料网站找。这里预置一个彩蛋，课程中我会送给大家一个软件，用来从准确定义本构的图片中获取准确的数值。

有了准确的本构数值还是不够的，你要清楚ABAQUS里边相关的力学行为设定、线性、塑性、损伤、失效以及输出。这块建立不准确或者说用的不准确，结果也是一样的不准确。那么这些参数具体含义是什么？又该怎么设置呢？欢迎大家关注我的精品课《行业实战进阶·基于HyperWorks与Abaqus电子产品摄像头模组跌落可靠性仿真分析》

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