多維評估，精益求精?| 借仿真提升移動設備設計穩健性

發布時間：

2021-11-29

手機在我們的日常生活中扮演著重要的角色，手機的意外損壞可能會帶來很大的麻煩。我們的移動設備遭遇損壞的方式有很多，跌落、進水、燙損等等。在智能手機用戶中，屏幕碎裂和手機進水是十分常見的損壞方式。因此，制造商正在努力設計更堅固也更防水的智能手機，同時滿足消費者對手機輕薄易攜帶的要求。

SIMULIA消費需求促制造轉型升級

手機在我們的日常生活中扮演著重要的角色，手機的意外損壞可能會帶來很大的麻煩。我們的移動設備遭遇損壞的方式有很多，跌落、進水、燙損等等。在智能手機用戶中，屏幕碎裂和手機進水是十分常見的損壞方式。因此，制造商正在努力設計更堅固也更防水的智能手機，同時滿足消費者對手機輕薄易攜帶的要求。

除了想要輕便耐用又漂亮的智能手機，消費者也越來越關注手機是否具備可持續性。消費者希望設備經久耐用、可回收，同時還能在家維修，而不是頻繁地購買手機。一些市場正在引入“維修權”法規，以評估產品的可維修性和使用壽命。

面面俱到｜虛擬測試助力設計

由于這些日益嚴苛的需求，以及不斷增長的智能手機購買量，制造商可能難以通過物理測試來滿足其KPI的要求。然而，虛擬測試就是另一回事了。仿真允許制造商使用虛擬孿生技術在沒有物理原型的情況下進行測試，這樣工程師能夠更快地在設計流程中評估設計構思。

通過使用實驗設計（DOE），仿真可以自動執行數百甚至數千個虛擬測試。這些DOE可以分析具有不同參數（如玻璃厚度、角半徑和框架厚度）以及材料屬性的虛擬設備。

仿真軟件SIMULIA開發了許多工作流程，這些工作流程使用具有代表性的手機的虛擬孿生來說明虛擬測試。這些工作流程包括：

裝配應力

用于評估制造和裝配流程對設備造成的應力。

跌落測試

測試不同的設計參數，以找到一種既輕薄又能夠承受日常跌落的設計。

三點彎曲

仿真將設備放入口袋或踩到設備時可能發生的破壞性彎曲。

防水性

測量設備在密封件泄漏之前可以承受的水壓。

裝配應力

如果在后續的仿真工作流程中沒有考慮到裝配應力，則會導致早期故障并削弱設備性能。在仿真中，輸入是設備各個部件的3D幾何結構和組件制造流程中的應力，以及將各組件連接在一起的螺栓、夾具和粘合劑的負載。輸出包括變形輪廓、VonMises應力輪廓和塑性應變輪廓。如果應力超過規定的限制，則可以輕松快速地評估和糾正問題。

跌落測試

用戶經常會將手機跌落到地上，因此手機需要能夠承受這些事故而不會造成重大損壞。跌落測試旨在找到一種足夠穩健的設計，能夠經受住日常跌落，同時仍然滿足設計的KPI指標。跌落測試仿真可以使用DOE方法改變設計參數，例如材料成分、屏幕玻璃厚度、后蓋厚度、框架厚度、角半徑和屏幕保護膜襯里的寬度。結果包括變形輪廓、VonMises應力輪廓和塑性應變輪廓，以及變形和開裂的3D可視化。

三點彎曲

除了跌落，智能手機還可能會被不小心踩到，或者更常見的是用戶坐下時壓到褲子口袋里的手機。以這種方式壓到手機可能會影響其內部的電子設備，導致設備變形。可通過三根金屬棒夾置產品的方式測試抗彎曲性能，也可以通過計算輥參考點反作用力的方法進行虛擬測試仿真可以評估設備在變形或內部損壞之前可以承受的彎曲力。

防水性

防水性是衡量設備在其密封件泄漏之前可以承受多少水壓的量度。不僅智能手機可能掉入水中，用戶也經常在游泳時佩戴智能手表和健身追蹤器等其他設備。設備的密封件和夾具可以在仿真軟件中建模并承受給定的壓力。輸出是密封件的變形以及它是否滑動或彎曲。如果檢測到密封失效，可以對其進行重新設計，以提高其性能并滿足要求。

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