基于有限元法的印刷电路板组件跌落仿真

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跌落冲击问题因其很强的非线性而难于求解。而跌落冲击现象却普遍存在,有限元法是解决该类问题的有效方法。 本文通过有限元软件ANSYS和LS-DYNA来分析印刷电路板组件在跌落过程中的动态响应。实物试验有着很多局限性,比如很难在关键部位布置传感器,从而无法得到诸如电子元器件的焊点和引脚等在跌落过程中的动态应力。有限元分析则可以弥补实物跌落试验的这些缺陷,达到快捷方便地评价印刷电路板组件抗跌落性能的目的。 本文首先介绍了有限元软件ANSYS和LS-DYNA。重点以ANSYS为前处理器,以LS-DYNA为求解器,以ANSYS和LS-PRE/POST为后处理器,利用ANSYS的前处理功能建立有限元模型,利用LS-DYNA求解跌落冲击问题的能力进行求解,进行跌落试验的有限元仿真。为了验证LS-DYNA求解跌落碰撞问题的有效性,本文首先做了一个简单的平板跌落试验,并将跌落试验测得的冲击波形与跌落仿真得到的冲击波形进行比较,试验结果与仿真结果基本吻合,初步验证了LS-DYNA求解跌落问题的可信性。由于ANSYS/LS-DYNA中跌落模块功能上的局限性,本文绕开该跌落模块综合运用ANSYS和LS-DYNA来建模,分析了跌落高度、试验台和波形发生器对冲击波形的影响,实现了冲击波形模拟的仿真,使得对标准冲击波形的模拟更加方便。以冲击波形模拟的仿真方法来代替冲击试验中的冲击波形模拟试验方法,可以更加方便地评价印刷电路板组件或者电子产品的抗跌落性能。 论文运用冲击波形模拟的仿真方法,以两种形式的印刷电路板组件为分析对象,进行了跌落仿真有限元分析,分析了印刷电路板的边界条件、电路板的弯曲程度、电子元器件在电路板上的布置方式和布置位置、焊点钎料等因素对电路板组件动态响应的影响。通过对仿真结果的总结,提出了一些有助于设计工程师在设计过程中就提高印刷电路板组件的抗跌落性能的建议,也为设计工程师如何快速地评价印刷电路板组件的抗跌落性能提供了一种分析思路作为参考。
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