? ? ???在電子行業(yè)中，仿真技術(shù)扮演著重要的角色，尤其在攝像頭模組行業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計階段、試產(chǎn)后以及后期發(fā)現(xiàn)問題的時候，均會通過仿真來為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供優(yōu)化方向以及提供可靠性、出現(xiàn)問題后還原問題出現(xiàn)的過程進而優(yōu)化改進。本案例同時還介紹里Abaqus與hypermesh聯(lián)合仿真技術(shù)。

? ? ? ?攝像頭模組通常會進行跌落測試以及溫度沖擊測試，本案例主要敘述跌落仿真的整個流程。攝像頭模組結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，基本上由鏡頭（Lens）、馬達、Holder、藍玻璃、PCB、感應(yīng)器（sensor）、電子元件、金線以及各種粘接膠、泡棉等，所以跌落實驗可靠性尤為重要。

一、前處理

1.1、HyperMeshm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Hypermesh擁有強大的網(wǎng)格處理功能以及與商用有限元軟件的接口，通過Inp的交互可以與Abaqus進行交互。如圖1.1為實際跌落分析用的制具，可以看到制具同時可以放置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)則的零件都會用六面體來擬合，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的時候，我們把圓角特征省略，在幾何上從中間面割開為三個體，先劃分中間體的面網(wǎng)格，然后通過拉伸進行上下拓撲。當(dāng)然再畫2D網(wǎng)格時，在網(wǎng)格擬合時會帶入三角形，這樣會造成3D里邊有少量五面體，Abaqus是接受的。同時在2D網(wǎng)格劃分時，要檢查網(wǎng)格質(zhì)量。

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component里。

1.3、Lens四面體網(wǎng)格劃分

在攝行頭模組中，Lesns結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時在跌落模擬時有時會分析鏡頭和馬達之間的膠粘行為，所以不能過度簡化，綜合考慮將其劃為四面體較為合理。（制具、馬達同樣也劃分四面體網(wǎng)格）。

劃分四面體，首先在結(jié)構(gòu)表面先構(gòu)造2D網(wǎng)格，此時一定要檢查網(wǎng)格質(zhì)量（包括長寬比、雅可比、扭曲比以及最小長度、最大角度等在內(nèi)的幾項）同時利用Edge、face等命令來查看節(jié)點重合情況，以及利用2D工具中automesh 的element選項來提高網(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）。

1.4、接觸的創(chuàng)建

接觸的創(chuàng)建可以在前處理軟件HyperMesh中自動生成，也可以在Abaqus中創(chuàng)建。在HyperMesh中通過調(diào)整零件的間距以及角度，來自動尋找接觸，是基于單元的。

在Abaqus中如果沒有幾何體而只有有限元模型，也可以自動生成接觸，相對在HyperMesh繁瑣（個人經(jīng)驗認知）。大家可以進行嘗試。

同時將制具之間通過coupling聯(lián)合在一起，來模擬螺栓連接。

圖1.7、coupling接觸

圖1.8、綁定接觸

在跌落過程中，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，以及地板和整個制具之間的接觸。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顯示動力學(xué)（Explicit）做前處理時，在進入hypermesh界面時，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接口中不用單獨創(chuàng)建，會自動根據(jù)分析類型進行匹配，也可以進行查看以及更改，如圖2.1所示。

在輸出設(shè)置中，改到如圖2.2界面，輸出類型為顯示動力學(xué)，同時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

1.6、材料屬性的賦予

材料屬性同樣既可以在hypermesh中設(shè)置，也可以在Abaqus中設(shè)置。二者材料庫可以通過inp文件進行傳輸來設(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

二、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，選對重力加速度方向，其單位依據(jù)當(dāng)前分析項目單位而定。案例中是沿著Z軸負方向如圖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，vt是所求的末速度，這里的v0未出速度值為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，對于電腦內(nèi)存消耗造成負擔(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)制多個創(chuàng)建好的model將改為不同側(cè)面的跌落，同時也可以將inp傳遞到hypermesh中進行創(chuàng)建（適工程師對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。

圖2.8、并行設(shè)置

三、后處理

后處理本案例利用hyperview來輸出結(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，呈晃動態(tài)勢。在跌落過程中，通過接觸反力來查看制具與平臺的接觸情況。通常以應(yīng)變?yōu)榕袚?jù)來查看傳感器（sensor）以及藍玻璃的破損情況。如圖3.3可以看到傳感器最大應(yīng)變?yōu)?.02%，圖3.4可以看到藍玻璃最大應(yīng)變?yōu)?.06%。通過文獻以及業(yè)界資料如以0.2%來判定傳感器和藍玻璃的損傷情況，認為Top面跌落時二者是安全的。

圖3.6為電腦配置，一個面跌落用10個線程并行，CPU120S 跑的量級在負8之上，大概2-3小時可以完成分析。

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、藍玻璃應(yīng)變值

圖3.5、電腦配置

四、總結(jié)

案例通過基于Abaqus的電子產(chǎn)品跌落，以攝像頭模組跌落為背景，描述了利用hypermesh為abaqus提供前處理，以及二者數(shù)據(jù)的交互，以及在Abaqus中利用顯示動力學(xué)進行跌落分析的完整過程。

同時利用hyperview做了后處理展示，并且給出了傳感器和藍玻璃破損評判的一個準(zhǔn)則。案例也為其它電子產(chǎn)品亦或是裝配體跌落分析提供了范例。

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