Abaqus有限元软件在优化笔记本硬盘冲击加速度中的应用

 本文通过abaqus的动力显式算法对某款笔记本的冲击测试进行了模拟仿真，对比了不同设计方案对硬盘在冲击过程中的防护情况，从而避免了盲目的制定修改方案，大大提高了效率，节约了成本；同时，也为以后的笔记本设计提供了相关的依据。

 目前，笔记本的设计理念越来趋向于超薄，超轻的设计理念，众多笔记本制造商也正在努力迎合这种新的理念；为此，他们不断在笔记本的结构设计，材料应用上大胆创新。然而创新并不是一蹴而就，需要我们不断地试验，不断地测试，不断地调整，一步一步逼近我们想要达到的目标；在此期间，如果还按以前的做法：设计模型，制作手板，实际测试，然后再修正手板，或者重做手板，那么就需要昂贵的成本和大量的时间；往往一套手板的制作费用很高，而且多次测试的不稳定性也较高，花费时间也较长；笔记本减薄以后，对其性能会造成较大影响，比如硬盘、光驱、主板等器件在冲击、跌落过程中，很可能会失效，这将直接影响笔记本的使用。

 深圳市有限元科技有限公司是Abaqus软件的一级代理商，并代理国外其他多款cae软件，有限元科技是以工程仿真软件开发为核心，集cae咨询、cae培训、cae软件研发与销售为一体的高科技企业。公司秉承以最高质量的产品和最高质量的服务满足客户的各种需求的服务理念，致力于为客户提供一站式cae整体解决方案，目前已为全国超过500家企业提供cae分析服务。如需购买软件或咨询服务等请联系电话：13632683051，QQ：2039363860/4006046636。

 在某款笔记本在设计过程中，硬盘的冲击加速度一直超过其规定值，而通过应用abaqus对多个方案进行了分析对比，最后找到了可行的解决方案。

 CAD模型

 笔记本在开机状态下，冲击底面的安装图如图1所示；

图1

 CAE模型

图2

 加载及边界条件

 在冲击台下表面施加幅值大小为122g，时间为2ms，方向垂直向上的半正弦波加速度A，对整个模型施加大小为1.524m/s，方向垂直向下的初始速度V；如图3所示；

图3

 分析结果

 原始方案

图4

 结果：由于D壳在冲击过程中变形较大，与冲击台发生了直接撞击，导致硬盘加速度过大，超过规定值（275g)；

 新方案一：

 在D壳下增加第五支橡胶垫（如图5)

图5

 结果：由于增加了第五支胶垫，对D壳产生了缓冲作用，大大降低了硬盘加速度；

 新方案二：

 将原方案的四个胶垫的材料更换为PC+ABS

 结果：由于更换材料后，四个胶垫在冲击压缩中变形量降低了，D壳与冲击台的撞击力减少了，所以硬盘加速度也降低了；

 新方案三：

 在原方案的基础上把D壳四支胶垫的相对距离缩小（如图6)

图6

 结果：胶垫相对位置缩小，增加了D壳的刚度，所以变形量减小，减小撞击力，降低硬盘加速度；

 新方案四：

 把原方案的胶垫材料更换为TPU(弹性模量高于橡胶），同时胶垫加厚1.3mm；

 结果：和方案二相似，更换材料后，胶垫变形量降低了，同时胶垫增高后，加高了D壳与冲击台之间的距离，所以D壳与冲击台的撞击力也会减小，硬盘加速度相应也降低了；

 结论

 通过图7的曲线对比，我们可以清楚地看到各方案的优化结果，很明显，新方案的硬盘加速度都低于240g，满足设计要求。

图7

 从而得出以下两点结论：

 在冲击、跌落等动态过程中www.featech.com.cn，D壳的变形量，胶垫的变形量，是我们关心的重要数据；因为通过对它们的掌握，我们才能判断冲击过程中D壳是否会与冲击台发生碰撞，或者D壳受到碰撞力的大小，从而能够判断硬盘的加速度大小；

 当D壳结构材料一定时，合理选取胶垫的厚度、硬度及其间距，都可以调整D壳与冲击台之间的碰撞力大小，从而保证硬盘受到保护；

 给ID设计师提供两条建议：

 在ID/ME的最初布局中就要考虑胶垫的位置、厚度和材料硬度，这些重要的参数对于后期冲击时，HDD是否能够得到很好的防护都有很大的影响；

 在ID/ME阶段，在ME完成3D后，开模前，可以通过仿真分析，提供有效的方案对比和优化建议。

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