1．前处理

1.1、Hypermesh 网格划分

Hypermesh作为专业的前处理软件，一直备受仿真工程师的青睐。同时Hypermesh拥有强大的网格处理功能以及与商用有限元软件的接口，通过Inp的交互可以与Abaqus进行交互。图1.1为实际跌落分析用的治具，可以看到制具同时可以放置4颗模组。（图1.2为本次案例分析的摄像头模组的装配图）

 

 

图 1.1. 模组制具结构图

 

 

图 1.2. 摄像头模组装配体

 

1.2、PCB 六面体划分

在摄像头模组网格划分中，泡棉、Sensor、PCB、电子元件等规则的零件都会用六面体来拟合，案例中以PCB板为例介绍六面体网格划分的一种方法。划分PCB的时候，我们把圆角特征省略，在几何上从中间面割开为三个体，先划分中间体的面网格，然后通过拉伸进行上下拓扑。当然在画2D网格时，在网格拟合时会带入三角形，这样会造成3D里边有少量五面体，Abaqus是接受的。同时在2D网格划分时，要检查网格质量。

 

 

图 1.3. PCB 几何模型

 

 

图 1.4. PCB 有限元模型

 

 

值得注意的是PCB有软板和硬板之分，为了方便材料属性的赋予，将其分别放在两个component里。

 

1.3、Lens 四面体网格划分

在摄像头模组中，Lesns结构较为复杂，并且在跌落模拟时，有时会分析镜头和马达之间的胶粘行为，所以不能过度简化。综合考虑将其划为四面体较为合理。（治具、马达同样也划分四面体网格）。

 

划分四面体，首先在结构表面构造2D网格，此时一定要检查网格质量（包括长宽比、雅可比、扭曲比以及最小长度、最大角度等在内的几项）同时利用Edge、face等命令来查看节点重合情况，以及利用2D工具中automesh的element选项来提高网格质量。如图1.5为lens几何模型，1.6为lens有限元模型（此处仅为了展示，几何模型和有限元模型不匹配）。

 

 

图 1.5. Lens 几何模型图

 

 

图 1.6. Lens 有限元模型

 

1.4、接触的创建

接触的创建部分，可以在前处理软件HyperMesh中自动生成，也可以在Abaqus中创建。在HyperMesh中通过调整零件的间距以及角度，来自动寻找接触，是基于单元的。在Abaqus中如果没有几何体而只有有限元模型，也可以自动生成接触，相对在HyperMesh繁琐（个人经验认知）。大家可以进行尝试。同时将制具之间通过coupling联合在一起，来模拟螺栓连接。

 

 

图 1.7. coupling 接触

 

 

图 1.8. 绑定接触

 

在跌落过程中，考虑到零件之间的互相碰撞，所以需要建立通用接触。其意义就是为了防止可能碰到的零件之间未建立接触，以及地板和整个治具之间的接触。在通用接触属性中接触行为设定切向摩擦系数，法向默认硬接触。

 

 

图 1.9. Abaqus 通用接触设定

 

1.5、Hypermesh 中 Abaqus 接口

当我们用HyperMesh为Abaqus显示动力学（Explicit）做前处理时，在进入Hypermesh界面时，做如图2.0界面设置改为Abaqus接口。Abaqus中单元名称以及含义与Ansys不同，在abaqus接口中不用单独创建，会自动根据分析类型进行匹配，也可以进行查看以及更改，如图2.1所示。在输出设置中，改到如图2.2界面，输出类型为显示动力学，同时输出处可以选择所有和当前显示，选择当前显示可以将单独零件以inp形式输出，方便网格亦或是结构修改后网格的复用。

 

 

图 2.0. Abaqus 输入接口

 

 

图 2.1. Abaqus 单元查看

 

 

图 2.2. Abaqus 输出接口

 

材料属性同样既可以在Hypermesh中设置，也可以在Abaqus中设置。二者材料库可以通过inp文件进行传输来设置。Abaqus提供了多种材料本构以及各种损伤准则，便于后续胶粘设置以及金线塑性的设定。案例材料设置如图2.3所示。

 

 

图 2.3、Abaqus 中材料属性赋予

 

2、工况设定

2.1、重力加速度设定

重力加速度在load中设置，选对重力加速度方向，其单位依据当前分析项目单位而定。案例中是沿着Z轴负方向如图2.4。

 

 

图 2.4. 重力加速度设定

 

2.2、速度设定

这里的速度设定，设置的是末速度，具体数值根据公式（1）：

vt ? v0 = 2g?

vt是所求的末速度，这里的v0值为0，高度根据分析而定。案例中分析的是1.5m高的跌落，所以末速度为5422mm/s如图2.5。

 

 

图 2.5. 速度设定

 

2.3、约束设定

约束的位置上是地板的下表面，地板的材质是按照规范里的花岗岩。地板的建立推荐和分析整体在同一个软件里创建。如图2.6为在Abaqus为地板设置约束。

 

 

图 2.6、约束设定

 

2.4、输出设定

跌落分析输出输出信息量巨大，合理调整输出频率以及输出区域。间隔步太大容易丢失想要观察（撞击）瞬间的数据，设置太小造成数据冗杂，对于电脑内存消耗造成负担。输出设定如图2.7所示。

 

 

图 2.7. 输出设定

 

2.5、创建工作

当设定全部结束，便可以在Job中创建工作，当然可以在Abqus中复制多个创建好的model将改为不同侧面的跌落，同时也可以将inp传递到hypermesh中进行创建（适工程师对软件的熟悉程度而定）。并行设置根据电脑配置合理设置，如图2.8所示。

 

 

图 2.8. 并行设置

 

3、后处理

本案例的后处理利用Hyperview来输出结果，如图3.1为总体位移图，从图中可以看到最大位移在PCB末端，呈晃动态势。在跌落过程中，通过接触反力来查看制具与平台的接触情况。通常以应变为判据来查看传感器（sensor）以及蓝玻璃的破损情况。如图3.3可以看到传感器最大应变为0.02%，图3.4可以看到蓝玻璃最大应变为0.06%。通过文献以及业界资料如以0.2%来判定传感器和蓝玻璃的损伤情况，认为Top面跌落时二者是安全的。图3.6为电脑配置，一个面跌落用10个线程并行，CPU120S跑的量级在负8之上，大概2-3小时可以完成分析。

 

 

图 3.1. 总体位移图

 

 

图 3.2. 接触反力图

 

 

图 3.3. sensor 应变值

 

 

图 3.4. 蓝玻璃应变值

 

 

图 3.5. 电脑配置

 

 

资料来源：达索官方