电子行业简介

电子行业是有限元分析应用的一个重要领域。随着全球电子工业的飞速发展，电子产品的设计愈来愈精细、复杂；市场竞争要求电子产品在性能指标大幅度提高的同时，还要日趋小型化。电子产品跌落、新型电子材料的研发和制造、音频设备声场特性的设计和评估、电子产品的热力仿真、芯片封装的热分析等的力学仿真是电子领域中很深入、复杂并极具挑战性的课题，需要多门学科的理论和方法的综合应用。

针对电子领域关注的各种线性、非线性、热力耦合，湿热耦合，跌落、开裂等力学问题，仿真分析软件有针对性的提供了相应的有限元分析解决方案。Abaqus的有限元分析能力已经被全球各大电子生产和设计单位所检验并得到了广泛的认可。

Abaqus等软件被应用于电子行业的各个方面，微观到芯片级组装，失效以及微观级别焊接等问题，宏观诸如个人电子用品的抗震，跌落，模态，热流动等分析。并且被各大电子设计厂商采用进行新产品的研发和设计。

目前，电子电器行业高端厂商对产品的可靠性要求非常高，生命周期长，且开发成本高昂，开发和失效分析过程对cae有较强需求。目前国内的行业cae能力不高。 电子电器产品属民用日常消耗品，生命周期短，产品量大，设计空间小，优化精度和难度大。从软体到双屏到穿戴等，技术点和新材料应用升级快，评估点多，挑战多。散热和强度问题严重。 
    电器产品例如大小家电，冰箱彩电洗衣机等，目前业界cae能力并不高。主要需求集中在包装跌落，运输风险等。医疗电子，需求方向则比较分散且复杂。

电脑及其周边设备中仿真分析

1.台式电脑上盖承受静载以及模态分析

运用有限元分析的方法计算电脑上盖承受静载时的受力和变形状况,模拟显示器长时间放在机箱上的状况,考察上盖的强度以及设计和成本的优化。

对台式电脑的整机进行模态分析,主要考察前十阶和主要部件工作频率附近的频段，考察整机刚度，分析本身的结构是否会与硬盘等主要部件发生共振，减少机器工作时的振动和噪声。

某台式产品，机箱由于硬盘动平衡较大而引起的共振噪音超标，通过模拟找到了结构共振的根源，通过在共振点增加合适的缓冲材料来改变产品的整体刚性，使得产品的动平衡值和噪音值控制到一定范围内。

2.仿真分析在笔记本产品设计中的应用

笔记本的产品设计中同样有针对性地进行了静强度分析、模态分析、冲击分析和跌落分析等，以下是针对笔记本产品所最关心地LCD的冲击强度分析和笔记本的跌落分析。

 

                   LCD冲击强度分析                                笔记本跌落分析

   

                                          跌落分析中可能出现破坏的位置以及应力分布

3. 无线鼠标下落测试的模拟分析

个人电子产品受到机械撞击载荷是很寻常的，特别是从手中或者桌上掉下来产生的撞击。能否经受这种载荷对于设计一个成功的产品很关键。

要评估一个电子产品受到撞击载荷时的响应，需要结合实验测试和分析模拟。与物理实验相比，模拟有着明显的优势：提供重复结果和模型上任意点的信息（应力、应变、加速度等等），成本低，在设计过程中，任意阶段都可以进行模拟。

下图分析的是一个无线光电鼠标从 1 米高的地方跌落的模拟。该分析主要研究电子构件在跌落过程中可能出现的故障。

如果部件有相对运动，力或者力矩变得太大，典型的紧固件可能被损坏成碎片。在 Abaqus/Explicit 中，可以对可能会出现损坏的部件进行定义，或者对所有部件进行定义。同时也可以部件相对运动产生破坏的准则进行选择。 跌落模拟已经成为设计个人电子产品必不可少的工具。Abaqus/Explicit 的先进性使得这种加载情况很容易运用到设计过程中去。

4. 机箱光驱弹片压力分析

台式机机箱设计中，光驱是重要的部件之一。光驱在机箱上的固定形式主要有螺栓紧固及免工具拆卸装卡设计，我们从人性化设计角度考虑，免工具拆卸设计。

本分析中，光驱通过上下弹片的过盈设计来保证光驱的上下装配定位。以及弹片的尺寸过盈量的设定是影响光驱表面的受力的主要因素。作为标准件，光驱内部仓门弹出装置集中于上部，如果上表面压力过大，会妨碍光驱的正常弹出。因此，机箱前面板上光驱弹片的设计必须经过严格的计算和测试以保证光驱的正常工作。

合适的弹片设计对于光驱的正常使用以及节省成本有重要的意义。本分析就弹片的两种设计形式进行仿真分析，对设计方案提出建议。

 

利用Abaqus软件对两种不同材料、不同设计方案的硬盘支架在整机冲击条件下的强度进行了有限元分析，以判断其结构可靠性，并通过试验验证分析结果的准确性。

结果表明，利用Abaqus软件对机箱产品在设计阶段进行冲击仿真分析，能为设计提供改进方向，减小改进过程中的风险，从而有效提高产品的开发效率和降低开发成本。

6. 硬盘机构分析

Abaqus提供了广义刚体功能，模型中的任何一部分允许是变形体，也允许是刚体，甚至是显示体（仅显示出模型的形状不参与有限元计算），这就为大规模模型的动力学计算提供了方便的途径，用户可以仅把最关心的模型部位作为变形体，而其他部位作为刚体，当初步的分析完成后，可以再一步一步把刚体转化成变形体，最终获得符合实际的结果，该功能使得用户对分析过程的控制非常方便。

 

7. 主板SJR冲击分析

随着微电子技术的高速发展，主板主要元器件变得更小，速度越快，精密度更高，同时无铅焊接技术的全面引入给主板的焊点可靠性（Solder Joint Reliability）带来更大的挑战。 联想集团是最早进行SJR研究的国际大厂之一，通过仿真与测试技术的结合，在产品在研发阶段进行SJR预测，在开发阶段进行严格的SJR测试管控，以提升产品的质量和可靠性。

主板SJR的仿真分析在设计阶段能够较准确的预测在冲击条件下的应变场分布， 提供可靠的仿真分析结果进行设计风险评估。

   

8. 台式机箱的冲击仿真

台式机箱的设计要满足运输过程中的各种环境。冲击作为台式机试验的一个重要试验项目，其属于实物试验，多在产品开发后期进行。要评估台式机箱受到冲击载荷时的响应，需要结合实验测试和分析模拟。与物理实验相比，模拟有着明显的优势：提供重复结果和模型上任意点的信息（应力、应变、加速度等等），成本低，在设计过程中，任意阶段都可以进行模拟。可在模型设计初始、实物样机制造出来之前进行冲击响应分析，能够有效地发现设计缺陷。

下图为显卡挡片塑性应变示意图，可见在显卡挡片位置，出现轻微的塑性应变，但对结构影响不大，可忽略。