一种手机滑轨弹簧的疲劳寿命分析及数值模拟

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滑轨模组作为滑盖手机中连接上下滑盖的桥梁,是一个非常重要的组件。该模组中的滑轨弹簧是驱动手机能够滑动的“引擎”。在100000次的手机开合测试要求中,弹簧不能出现断裂或弹力下降过大的失效现象。但是在实际的项目中,有时并不能完全避免这种现象。工程师不得不根据自己经验修改设计,再次进行测试。本文将数值模拟方法引入到滑轨弹簧的设计之中,通过仿真一个周期中弹簧的运动,可以得知危险点的应力幅值变化,从而可以根据弹簧材料的S-N曲线预估弹簧寿命,并评估当前设计是否满足100000次循环的测试要求。  首先,简述了滑盖手机的基本结构和设计方法。重点介绍了滑轨弹簧模组的基本结构、基本设计参数及其设计方法。通过分析滑轨运动,确定了滑轨弹簧在循环测试中所承受的载荷类型。  其次,通过分析滑轨弹簧的材料类型,确定了适合的屈服准则,并将VonMises材料模型作为仿真中采用的材料模型。同时为了不改变材料的机械性能,通过比较各种加工方法的优缺点,确定了可通过线切割,砂纸打磨和抛光的工艺加工厚度为0.4mm和0.02mm不锈钢试样的方法。接下来通过测试试样,得到材料的σ-ε曲线和r=0时的S-N曲线。  然后,根据3D模型简化并构造了滑轨弹簧的有限元模型。通过比较不同工况下的有限元分析结果,确定出了在满足精度的条件下能够在较短的时间内完成计算的有限元模型参数。根据弹簧在预压缩时的应力水平,运用Gerber方程将脉动循环数据转变为对称循环数据以及弹簧实际循环特征(r=0.68)下的循环数据,并以此数据为依据,拟合出了r=0.68下的材料S-N曲线。基于此S-N曲线和弹簧的应力水平,估算出了弹簧的疲劳寿命。  最后,通过比较弹簧的实际静力测试结果和有限元仿真结果以及弹簧实际测试寿命和预测寿命,结果表明该方法是可行的,分析结果对设计有一定的指导意义。
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