詳解ANSYS的數(shù)碼相機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模擬技術(shù)

? ? ? ?非線性分析一直以來廣受關(guān)注，在這方面的研究也頗為不少，但是，如何最大限度提高求解的精度、提高求解時的效率，仍然需要進一步的探索?，F(xiàn)代復(fù)合材料自本世紀(jì)40年代出現(xiàn)以來，已經(jīng)得到了飛速的發(fā)展，應(yīng)用極為廣泛。因此，對復(fù)合材料力學(xué)性能的研究也日趨深入。本文筆者基于ANSYS程序?qū)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/1221/" target="_blank">數(shù)碼相機內(nèi)部鏡頭托架結(jié)構(gòu)進行了模擬分析，以此論證托架結(jié)構(gòu)的剛強度。

　 ANSYS 的靜力非線性分析

　　ANSYS的靜力分析包括線性和非線性分析，而非線性分析涉及塑性，應(yīng)力鋼化，大變形，大應(yīng)變，超彈性，接觸面和蠕變。論文檢測。引起結(jié)構(gòu)非線性的原因很多，一般可分為三種主要類型：狀態(tài)變化（包括接觸）；幾何非線性；材料非線性。非線性問題需要一系列帶校正的線性近似來求解，ANSYS程序通過牛頓—拉普森 （NR ） 平衡迭代法，在某個容限范圍內(nèi)迫使在每一個載荷增量的末端解達到平衡收斂。

??? 復(fù)合材料的塑性理論

　　屈服準(zhǔn)則：ANSYS采用Von-Miss屈服準(zhǔn)則來計算結(jié)構(gòu)的塑性變形，該準(zhǔn)則是一種除了土壤和脆性材料外典型使用的屈服準(zhǔn)則。表示如下：

　　強化準(zhǔn)則： 等向強化和隨動強化。對Von-Mises屈服準(zhǔn)則，等向強化表現(xiàn)為屈服面在所有方向均勻擴張。而隨動強化表現(xiàn)為對應(yīng)的兩個屈服應(yīng)力之間總存在一個的差值。

　　 數(shù)碼相機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模擬分析

　　筆者結(jié)合數(shù)碼相機使用性能要求，對數(shù)碼相機內(nèi)部的零部件結(jié)構(gòu)剛強度進行模擬計算。

　　數(shù)碼相機以其性能優(yōu)越，攜帶方便而深受消費者的喜愛。因此，設(shè)計時在保證上述優(yōu)點的情況下，應(yīng)保證其內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，避免干涉，各部件之間搭配協(xié)調(diào)。

　　3.1 鏡頭托架的模擬分析

　　鏡頭是數(shù)碼相機的“心臟”， 設(shè)計時必須根據(jù)鏡頭形狀尺寸來布置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此，鏡頭托架的結(jié)構(gòu)設(shè)計很重要。論文檢測。

　　圖1是某款數(shù)碼相機鏡頭托架與鏡頭的裝配關(guān)系圖， 精度要求很高。此處，該結(jié)構(gòu)的分析是基于配合精度相對較低的假設(shè)之上的。

　　從圖1不難看出， 鏡頭托架在數(shù)碼相機內(nèi)部受力復(fù)雜，分析比較困難。因此，我們摒棄常規(guī)的算法，采用極限載荷法。即忽略那些對分析結(jié)果影響不大的約束，即可以把所有載荷看作是直接加載在托架的某一特定需要分析的部位。這樣處理后的模型無論是精度和求解效率上都有所提高。

　　如圖2，分析時采用Solid185單元， 智能自由網(wǎng)格劃分， 網(wǎng)格精度定為五級。為了提高分析的精度和加快求解的效率，建模時我們經(jīng)過初步判斷，對遠離分析區(qū)的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，也即盡量減少遠離承載區(qū)的棱角及不規(guī)則體的數(shù)目，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)單元。論文檢測。

　　材料常數(shù)

　　托架材料：

　　PC+玻纖（玻纖含量25％） ，

　　拉伸強度為，彎曲強度為，

　　壓縮強度為，彎曲彈性模量為

　　3.2 材料特性的相關(guān)設(shè)定

　　由于托架材料是纖維增強型的，對于此類材料，纖維的取向非常重要，一般分析時是根據(jù)纖維的方向，纖維的長度來設(shè)定分析的依據(jù)。

　　一種材料，可以視為均質(zhì)的，也可以視為非均質(zhì)的，這主要取決于分析時觀察問題的尺度。對于復(fù)合材料，由于存在可以從界面區(qū)分的相和疊層，一般認(rèn)為是非均質(zhì)的。但是，分析的尺度繼續(xù)擴大以后，它又可以用等效的均質(zhì)體來代替。此時，顆粒復(fù)合材料和方向隨機分布的短纖維復(fù)合材料可認(rèn)為是各向同性的，而纖維規(guī)則排列的復(fù)合材料，通常是各向異性的。因此，我們假定托架材料是短纖維增強型的的，纖維增強方向是隨機分布的，也即托架材料特性是各向同性的。

　　4.3 數(shù)碼相機正常放置情況下的強度、剛度的分析

　　這里筆者分析了一下數(shù)碼相機正常放置狀態(tài)下托架結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。

　　圖3是托架結(jié)構(gòu)的受力云變圖， 它表示托架結(jié)構(gòu)在承載時所受的平均應(yīng)力，圖形下方是各顏色所代表的應(yīng)力區(qū)間。

　　SMX

　　， 表示托架結(jié)構(gòu)承載時的最大應(yīng)變量

　　，表示托架結(jié)構(gòu)承載時的最大應(yīng)力

　　圖3清晰的反映了鏡頭托架在相機中的承載應(yīng)力圖，從圖中我們不難看出最大應(yīng)力發(fā)生在托架一側(cè)腰間的小孔附近。從圖中的應(yīng)力云變圖可以看出，托架承載情況基本達到預(yù)期的效果，也基本反映了托架在相機中的受力情況。對于數(shù)碼相機之類輕便型的電子產(chǎn)品，由于結(jié)構(gòu)本身承載負(fù)荷小，采用的復(fù)合材料性能優(yōu)越，因此，設(shè)計時一般僅關(guān)心結(jié)構(gòu)所受的最大應(yīng)力應(yīng)變。設(shè)計人員根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合模具設(shè)計的要求，再做相應(yīng)的調(diào)整，就可以設(shè)計出頗為滿意的結(jié)構(gòu)。從結(jié)果我們不難看出其最大應(yīng)力小于材料的應(yīng)力極限，考慮到注塑模具的成型性能的要求，對于此托架結(jié)構(gòu)我們不再作結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，其設(shè)計形式完全符合設(shè)計要求。

　　結(jié)束語

　　本文著重對數(shù)碼相機鏡頭托架進行了非線性分析，闡述了復(fù)合材料尤其是纖維增強型復(fù)合材料的分析方法。當(dāng)然，本文的材料特性是基于各向同性基礎(chǔ)上的，對于各向異性的纖維增強型材料的分析，還有待進一步探索。