大多數(shù)電子設(shè)備必須必須承受沖擊和保持對(duì)工作的外殼。您的機(jī)箱在三架飛機(jī)中能承受重?fù)魡?？它?huì)變形而在極端的溫度？是電子設(shè)備的內(nèi)部冷卻系統(tǒng)經(jīng)過深思熟慮？有兩種方法來回答這些問題。首先：在現(xiàn)實(shí)生活中測(cè)試完成的設(shè)備（原型），并根據(jù)結(jié)果將其發(fā)送以進(jìn)行修訂。第二：模擬物理過程并糾正開發(fā)過程中的問題。這樣可以更快，更高效，因此您可以在第一次迭代時(shí)就已經(jīng)擁有可以工作的原型。機(jī)械設(shè)計(jì)工程師Promwad不得不嘗試這兩個(gè)選項(xiàng)。檢查機(jī)箱的安全性讓我們先從內(nèi)置到汽車內(nèi)部的設(shè)備發(fā)送緊急信號(hào)（圖1）。根據(jù)職權(quán)范圍，必須使用彈簧鎖將其固定。禁止使用螺絲。

圖1.汽車內(nèi)部（前側(cè)）的緊急信號(hào)裝置必須僅用塑料卡扣固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

我們決定以模擬車輛與障礙物碰撞。我們的目標(biāo)是保持設(shè)備工作在意外發(fā)生后，保護(hù)乘客（他們不想受傷，因?yàn)樵O(shè)備的安裝跌出）。圖2 顯示了如何在汽車的儀表盤內(nèi)部的設(shè)備外觀。

圖2.緊急傳輸設(shè)備的模擬外殼使用夾子將其固定在儀表板上。

碰撞會(huì)發(fā)生什么？我們知道我們需要一個(gè)相當(dāng)強(qiáng)大的坐騎。仿真幫助我們計(jì)算了強(qiáng)度，并讓我們測(cè)試了設(shè)計(jì)。我們計(jì)算的夾緊力兩個(gè)條件的鎖存器：插入設(shè)備到汽車的內(nèi)飾面板和碰撞圖3和圖4 使用動(dòng)畫顯示在不同角度捕捉過程。實(shí)際上，捕捉過程會(huì)有所不同，但是在建模過程中，希望在合理的范圍內(nèi)盡可能簡(jiǎn)化任務(wù)。最主要的是，以占鎖預(yù)加載。

圖3.捕捉過程的模擬，以獲得外殼到位。

從圖3中的動(dòng)畫中，您可以看到閂鎖首先穿過零件。這一招可以和簡(jiǎn)化任務(wù)的時(shí)候應(yīng)該做的。在我們的計(jì)算中，稍后將包括接觸部分。圖4 示出了夾具的模擬側(cè)面圖。

圖4.捕捉過程的模擬顯示了從側(cè)面看時(shí)夾子的彎曲。

發(fā)生事故時(shí)變送器會(huì)發(fā)生什么情況？下一步是汽車與障礙物碰撞過程的模擬，占鎖存器的預(yù)載荷，即我們的第一個(gè)計(jì)算轉(zhuǎn)移到第二計(jì)算。在圖5中 的動(dòng)畫可以讓你看到設(shè)備在模擬碰撞。

圖5.模擬的碰撞顯示了設(shè)備與儀表板的偏離。

模擬諸如這些可以讓你看一個(gè)產(chǎn)品在一個(gè)完全不同的方式。注意到如何在結(jié)構(gòu)上形成的杠桿。在這個(gè)項(xiàng)目上，一切準(zhǔn)備就緒，可以生產(chǎn)原型。最后期限收緊。誰(shuí)也沒有料到這樣的結(jié)果。根據(jù)仿真結(jié)果，我們按時(shí)暫停了原型的生產(chǎn)。它減少了一次迭代，為客戶節(jié)省了資金。我們提出的設(shè)計(jì)變更，從而減少?gòu)膬x表盤上的新組件的選擇造成的設(shè)備的離開。我們還調(diào)整了裝置的下部的安裝。

在這個(gè)項(xiàng)目上建模另一個(gè)例子是用于在塑料鑄件（注射成型）的缺陷的計(jì)算。這樣的計(jì)算使我們選擇了最好的材料，并使細(xì)節(jié)在技術(shù)上更加先進(jìn)。其結(jié)果是，我們的產(chǎn)品在批量生產(chǎn)開始后收到的可能水槽插件的報(bào)告。計(jì)算也被用于殘余應(yīng)力鑄造補(bǔ)償期間進(jìn)行。此類缺陷通常是由于鑄件冷卻不均勻而產(chǎn)生的，并取決于產(chǎn)品的材料。隨著時(shí)間的流逝，它們會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋和外殼完全損壞。如果您看著塑料產(chǎn)品開始破裂，則可能會(huì)遇到這種現(xiàn)象。鑄造缺陷現(xiàn)在，讓我們到下一個(gè)項(xiàng)目的舉動(dòng)。圖6

顯示了一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)的塑料外殼元件。

圖6.在這一部分，模擬揭示了塑料內(nèi)產(chǎn)生缺陷。

圖7 示出了建模從鑄件中不從產(chǎn)品的前側(cè)看到的問題的結(jié)果。

圖7.模擬顯示了塑料內(nèi)部發(fā)生的問題。

盡管缺陷發(fā)生在塑料內(nèi)部，但客戶仍必須意識(shí)到這些缺陷。你可能已經(jīng)注意到，知名品牌不允許在自己的產(chǎn)品這樣的問題。正如你所看到的，仿真結(jié)果不相符的100％的現(xiàn)實(shí)，但整體情況仍然相似。在批量生產(chǎn)中，一個(gè)鑄件可能與另一個(gè)鑄件不同，這是正?，F(xiàn)象。

某些產(chǎn)品可能由于制造商的故障而有缺陷。借助計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）系統(tǒng)，您可以向制造商傳達(dá)建議，并減少零件的迭代次數(shù)。這正是我們?cè)谠擁?xiàng)目中所做的。結(jié)果，在短時(shí)間內(nèi)解決了該問題。然后，該產(chǎn)品開始批量生產(chǎn)，沒有明顯的缺陷，不僅從外部而且從內(nèi)部也沒有。圖8 中的動(dòng)畫顯示了另一種產(chǎn)品的填充。該計(jì)算考慮了澆口系統(tǒng)，模具的冷卻系統(tǒng)以及模具本身。

圖8.動(dòng)畫顯示了成型零件中塑料的流動(dòng)。

圖9中的紅色 突出顯示了鑄造缺陷。

圖9.仿真中的紅色區(qū)域表示模具中的缺陷。

該缺陷在圖10中清晰可見。

圖10.您可以在這張照片中看到缺陷。

碰撞測(cè)試

強(qiáng)度測(cè)試是平板電腦和智能手機(jī)評(píng)論中的熱門話題。通常，論壇參與者會(huì)討論設(shè)備在意外跌落后是否會(huì)運(yùn)行。在Promwad，我們還在消費(fèi)類電子產(chǎn)品的開發(fā)中進(jìn)行了此類測(cè)試。以藍(lán)牙智能網(wǎng)關(guān)為例（圖11）。

圖11.藍(lán)牙智能網(wǎng)關(guān)的外殼上有用于USB和LAN的開口。

當(dāng)從1.2 m的高度掉落時(shí)，設(shè)備必須保持其原始狀態(tài)，這是客戶的要求之一。在技術(shù)任務(wù)中，指出了設(shè)備可能損壞的可能問題點(diǎn)。我們進(jìn)行了七次計(jì)算，并收到了積極的結(jié)果。圖12 顯示了其中一個(gè)計(jì)算結(jié)果：

圖12.此動(dòng)畫顯示了外殼如何響應(yīng)1.2米的跌落。

進(jìn)行原型制作后，我們測(cè)試了該設(shè)備在現(xiàn)實(shí)生活中的跌落情況。結(jié)果再次是積極的。請(qǐng)記住，通過物理特性銑削的原型與通過鑄造方法生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)情況略有不同。銑削時(shí)，產(chǎn)品中會(huì)殘留殘余應(yīng)力。但是，在這種情況下，最好在進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換之前進(jìn)行測(cè)試。在對(duì)獲得的原型進(jìn)行分析之后，我們決定通過在設(shè)計(jì)中添加肋來稍微加強(qiáng)外殼（圖13）。對(duì)將手指按在外殼上的效果進(jìn)行建模后，設(shè)備的剛度應(yīng)該增加了約30％。

圖13.在機(jī)柜的設(shè)計(jì)中增加了肋條，從而增強(qiáng)了它的強(qiáng)度。

然后，我們訂購(gòu)了新的原型。在測(cè)試了抗跌落能力之后，該器件仍然開始崩潰，沒有人期望到這一點(diǎn)（圖14）。

圖14.在測(cè)試期間，原型中出現(xiàn)了意外裂紋。

我們決定重新模擬并將結(jié)果與實(shí)際進(jìn)行比較。實(shí)際上，該程序顯示了這個(gè)新問題（圖15）。

圖15.模型顯示了模具中的薄弱點(diǎn)。

我們?nèi)コ藛蝹€(gè)肋骨。在下一次模擬之后，我們獲得了積極的結(jié)果。

對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行任何更改，都必須對(duì)物理過程進(jìn)行重復(fù)的計(jì)算和計(jì)算機(jī)建模，這將節(jié)省開發(fā)電子產(chǎn)品外殼的時(shí)間和金錢。最好在工程分析系統(tǒng)中而不是在現(xiàn)實(shí)生活中檢查外殼的強(qiáng)度。

Maxim Kendys是Promwad Electronic Design Company的機(jī)械設(shè)計(jì)工程師。
編輯：hfy