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摘要：液晶面板的故障或损坏大部分来自于振动，尤其是意外跌落等情况下产生的冲击载荷对其损害更加显著。因此，在面板设计师考虑如何预防或减少冲击载荷产生的动态响应，就显得格外重要。本文以简化的二阶振动系统建立了液晶面板在跌落情形下的运动学模型，并分析计算了跌落过程中冲击载荷作用下面板支撑边的位移及加速度随阻尼比及弹簧常数的变化规律，对优化液晶面板的结构设计，提高冲击载荷下液晶面板的可靠性提供了理论依据。
关键词：液晶面板?瞬态响应?跌落模型
中图分类号：F407.63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（c）-0016-03
由于航空领域的电子产品通常使用在振动环境下，因此国内外对电子产品在振动条件下的疲劳破坏进行了广泛的研究。Steinburg[1]对电子元件的振动分析做了概括性的接受，陈述了各种振动源、频率范围，并估测了在各种边界条件下印刷电路板自然频率的分布，并详述了电路板承受振动机冲击的测试方法。Sidharth 和Darker[2]采用有限元法探讨了振动对电路板上电子元件间导线寿命的影响。Markstein[3]分析了电子元件的振动问题，得出焊点可靠度主要与一阶谐振频率响应有关。
液晶面板的振动分析，也常利用模态展开法求解其唯一及加速度。Suhir[4]将便携式电子产品模拟为二阶线性弹簧振动系统，先将面板视为一刚体，再将其视为一弹性薄板；结果显示，在高频与低频的比值小于0.25时，可确保此二阶系统的稳定性。
1 液晶面板的运动学建模
1.1 液晶面板简化模型
如图1所示，液晶面板通常由面板、底座、外框以及相互之间的弹性衬垫构成。当液晶面板意外跌落地面时，冲击能量经由底座衬垫、面板衬垫传递至面板，底座与液晶显示面板之间的弹性衬垫以及底座与外框之间的弹性衬垫，可以用一组线性弹簧和阻尼器来模拟，图2为系统撞击地面的简化模型。
当液晶面板意外跌落时，冲击载荷将直接作用到整个系统的支撑边。为了简化模型，做如下假设：（1）在外框撞击地面之后，整个系统不发生反弹，因此不考虑底座和面板的反弹运动；（2）将底座、面板视为刚体，系统可以简化为二阶自由振动系统，跌落造成的激振力通过弹性衬垫传递至面板支撑边；（3）弹性衬垫为线性粘弹性材料，可用一组线性弹簧和阻尼器来描述。
1.2 液晶面板运动方程
由图2的振动模型，可得系统的运动方程为：
2 数值仿真
假设面板与底座为刚体，振动系统可模拟为二阶振动系统，第一及第二自由度分别为底座及面板支撑边的位移。下面主要分析液晶面板跌落后，面板及底座支撑边的最大位移计加速度，并探讨支撑弹簧常数计阻尼对其的影响。令底座质量为0.0873kg，面板质量为0.0847kg，跌落高度为1.613m。
令弹簧常数k1=4.9×105Nm-1、k2=6.7×106Nm-1，此系统的谐振频
率为f1=1630Hz，f2=11520Hz。因面板衬垫弹簧常数k2远高于底座衬垫弹簧常数k1，故底座支撑边的振动频率与f1相近，面板支撑边的振动频率与f2相近。定义无耦合阻尼比 ，则第一/二无耦合阻尼比为 和 。
图3与图4分别显示不同阻尼比的面板支撑边的位移及加速度。结果显示面板支撑边的位移及加速度随阻尼比增加而减少，且随时间递减至零。
因跌落过程的时间很短暂，且跌落破坏发生在瞬态，因此以下的讨论仅考虑系统在跌落过程中，因剧烈振动产生的最大位移计加速度。图5和图6分别显示面板支撑边的最大位移（ξ2）max及最大加速度（ξ2``）max与阻尼比ξ1的关系，途中分别选取阻尼比ξ1=0.05、0.1及0.2，并改变ξ2值。图3中显示面板支撑边的最大位移随ξ2增加而略增，但阻尼比ξ1大者，最大位移较小。图4中显示面板支撑边最大加速度与ξ2的关系，最大加速度值随ξ2增加而递减至底部再缓慢上升，而ξ1大者，最大加速度较小，图中各区县皆有一个波谷，ξ1=0.05区县的波谷约发生在ξ2=0.3；ξ1=0.1区县的波谷约发生在ξ2=0.25；ξ1=0.2区县的波谷约发生在ξ2=0.2。
参考文献
[1] D.S.Steinberg.Vibration Analysis for Electronic Equipment[M].New York：John Wily & Son，1988.
[2] Sidharth，D.B.Barber.Vibration Induced Fatigue Life Estimation of Corner Leads of Peripheral Leaded Components[J].ASME Journal of Electronic Packaging，1996.118：244-249.
[3] Howard W.Markstein.Dealing with vibration in electronics.Electronic Packaging Vibration，1989：30-34.
[4] E.Suhir，R.Burke.Dynamic Response of a Rectangular Plate to a Shock Load，With Application to Portable Electronic Products[J].IEEE Transactions on Components，Packaging，and Manufacturing Technology Part B：Advanced Packaging，1994，17（3）：449-460.
关键词：液晶面板?瞬态响应?跌落模型
中图分类号：F407.63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（c）-0016-03
由于航空领域的电子产品通常使用在振动环境下，因此国内外对电子产品在振动条件下的疲劳破坏进行了广泛的研究。Steinburg[1]对电子元件的振动分析做了概括性的接受，陈述了各种振动源、频率范围，并估测了在各种边界条件下印刷电路板自然频率的分布，并详述了电路板承受振动机冲击的测试方法。Sidharth 和Darker[2]采用有限元法探讨了振动对电路板上电子元件间导线寿命的影响。Markstein[3]分析了电子元件的振动问题，得出焊点可靠度主要与一阶谐振频率响应有关。
液晶面板的振动分析，也常利用模态展开法求解其唯一及加速度。Suhir[4]将便携式电子产品模拟为二阶线性弹簧振动系统，先将面板视为一刚体，再将其视为一弹性薄板；结果显示，在高频与低频的比值小于0.25时，可确保此二阶系统的稳定性。
1 液晶面板的运动学建模
1.1 液晶面板简化模型
如图1所示，液晶面板通常由面板、底座、外框以及相互之间的弹性衬垫构成。当液晶面板意外跌落地面时，冲击能量经由底座衬垫、面板衬垫传递至面板，底座与液晶显示面板之间的弹性衬垫以及底座与外框之间的弹性衬垫，可以用一组线性弹簧和阻尼器来模拟，图2为系统撞击地面的简化模型。
当液晶面板意外跌落时，冲击载荷将直接作用到整个系统的支撑边。为了简化模型，做如下假设：（1）在外框撞击地面之后，整个系统不发生反弹，因此不考虑底座和面板的反弹运动；（2）将底座、面板视为刚体，系统可以简化为二阶自由振动系统，跌落造成的激振力通过弹性衬垫传递至面板支撑边；（3）弹性衬垫为线性粘弹性材料，可用一组线性弹簧和阻尼器来描述。
1.2 液晶面板运动方程
由图2的振动模型，可得系统的运动方程为：
2 数值仿真
假设面板与底座为刚体，振动系统可模拟为二阶振动系统，第一及第二自由度分别为底座及面板支撑边的位移。下面主要分析液晶面板跌落后，面板及底座支撑边的最大位移计加速度，并探讨支撑弹簧常数计阻尼对其的影响。令底座质量为0.0873kg，面板质量为0.0847kg，跌落高度为1.613m。
令弹簧常数k1=4.9×105Nm-1、k2=6.7×106Nm-1，此系统的谐振频
率为f1=1630Hz，f2=11520Hz。因面板衬垫弹簧常数k2远高于底座衬垫弹簧常数k1，故底座支撑边的振动频率与f1相近，面板支撑边的振动频率与f2相近。定义无耦合阻尼比 ，则第一/二无耦合阻尼比为 和 。
图3与图4分别显示不同阻尼比的面板支撑边的位移及加速度。结果显示面板支撑边的位移及加速度随阻尼比增加而减少，且随时间递减至零。
因跌落过程的时间很短暂，且跌落破坏发生在瞬态，因此以下的讨论仅考虑系统在跌落过程中，因剧烈振动产生的最大位移计加速度。图5和图6分别显示面板支撑边的最大位移（ξ2）max及最大加速度（ξ2``）max与阻尼比ξ1的关系，途中分别选取阻尼比ξ1=0.05、0.1及0.2，并改变ξ2值。图3中显示面板支撑边的最大位移随ξ2增加而略增，但阻尼比ξ1大者，最大位移较小。图4中显示面板支撑边最大加速度与ξ2的关系，最大加速度值随ξ2增加而递减至底部再缓慢上升，而ξ1大者，最大加速度较小，图中各区县皆有一个波谷，ξ1=0.05区县的波谷约发生在ξ2=0.3；ξ1=0.1区县的波谷约发生在ξ2=0.25；ξ1=0.2区县的波谷约发生在ξ2=0.2。
参考文献
[1] D.S.Steinberg.Vibration Analysis for Electronic Equipment[M].New York：John Wily & Son，1988.
[2] Sidharth，D.B.Barber.Vibration Induced Fatigue Life Estimation of Corner Leads of Peripheral Leaded Components[J].ASME Journal of Electronic Packaging，1996.118：244-249.
[3] Howard W.Markstein.Dealing with vibration in electronics.Electronic Packaging Vibration，1989：30-34.
[4] E.Suhir，R.Burke.Dynamic Response of a Rectangular Plate to a Shock Load，With Application to Portable Electronic Products[J].IEEE Transactions on Components，Packaging，and Manufacturing Technology Part B：Advanced Packaging，1994，17（3）：449-460.