金属弹片仿真方法和装置与流程

本发明涉及仿真领域，特别涉及金属弹片仿真方法和装置。

背景技术：

移动终端需要在一定空间内，装配尽肯能多的元器件。因此移动终端的结构紧凑、内部空间有限。通常天线馈点、金属件接地以及I/O传输连接等等采用金属弹片的连接方式。但是，一旦弹片失效，就会给整机功能带来影响。因此，用于移动终端的金属弹片必须要耐用和稳定。

但是，设计人员在验证和优化金属弹片的过程中，仿真的效果较差效率低，并不能高效模拟金属弹片的实际使用场景。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种金属弹片仿真方法和装置，旨在提高模拟金属弹片的实际使用场景的效率。

为实现上述目的，本发明提出的一种金属弹片仿真方法，用于移动终端的金属弹片仿真，所述金属弹片仿真方法包括如下步骤：

接收用户导入的模型数据，所述模型数据包括金属弹片的形状、金属弹片的材料、金属弹片的受压顶点和金属弹片的固定底面；

对所述受压顶点设置装配关系为接触的刚性压块；

对所述金属弹片进行用于有限元计算的网格划分；

对所述固定底面设置约束关系为固定；

对所述刚性压块设置朝向所述固定底面的第一位移，以及设置恢复原位的第二位移；

在所述刚性压块进行第一位移和第二位移的仿真时，通过有限元计算获得所述金属弹片的状态变化过程。

优选的，还包括如下步骤：

在获得所述金属弹片的状态变化过程时，将所述状态变化过程中的应力结果、变形结果和反应力结果通过图案展示。

优选的，所述“对所述金属弹片进行用于有限元计算的网格划分”的步骤之后还包括步骤：

对所述金属弹片的受压顶点和弯曲处进行网格细化；

接受用户检查网格和修复网格。

优选的，所述“对所述刚性压块设置朝向所述固定底面的第一位移，以及设置恢复原位的第二位移”进一步包括：

对所述刚性压块设置朝向所述固定底面的第一位移，过程时间为1s；

对所述刚性压块设置恢复原位的第二位移，过程时间为1s。

优选的，所述第一位移的行程为0.6mm～0.7mm。

本发明提供的一种金属弹片仿真装置，用于移动终端的金属弹片仿真，所述金属弹片仿真装置包括：

接收模块，用于接收用户导入的模型数据，所述模型数据包括金属弹片的形状、金属弹片的材料、金属弹片的受压顶点和金属弹片的固定底面；

压块模块，用于对所述受压顶点设置装配关系为接触的刚性压块；

网格模块，用于对所述金属弹片进行用于有限元计算的网格划分；

约束模块，用于对所述固定底面设置约束关系为固定；

位移模块，用于对所述刚性压块设置朝向所述固定底面的第一位移，以及设置恢复原位的第二位移；

计算模块，用于在所述刚性压块进行第一位移和第二位移的仿真时，通过有限元计算获得所述金属弹片的状态变化过程。

优选的，金属弹片仿真装置还包括：

图形模块，用于在获得所述金属弹片的状态变化过程时，将所述状态变化过程中的应力结果、变形结果和反应力结果通过图案展示。

优选的，金属弹片仿真装置还包括：

网格细化模块，用于在所述网格模块对所述金属弹片进行用于有限元计算的网格划分的步骤之后，对所述金属弹片的受压顶点和弯曲处进行网格细化；

检查网格模块，用于接受用户检查网格和修复网格。

优选的，所述位移模块进一步包括：

第一位移单元，用于对所述刚性压块设置朝向所述固定底面的第一位移，过程时间为1s；

第二位移单元，用于对所述刚性压块设置恢复原位的第二位移，过程时间为1s。

优选的，所述第一位移的行程为0.6mm～0.7mm。

本发明所提供的金属弹片仿真方法和装置，通过对金属弹片的固定底面进行约束，并在其受压顶点施加刚性压力，并且调入金属弹片的材料属性，通过有限元方法计算金属弹片在受压和回弹的过程，从而获得金属弹片的相关性能，进而达到高效模拟金属弹片的工作状态的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明金属弹片仿真方法第一实施例的流程图；

图2为本发明金属弹片仿真方法第二实施例的流程图；

图3为本发明金属弹片仿真方法第三实施例的流程图；

图4为本发明金属弹片仿真方法第四实施例的流程图；

图5为本发明金属弹片仿真装置一实施例的流程图；

图6为图5所示的位移模块的模块示意图；

图7为金属弹片仿真一实施的金属弹片最大行程时的等效应力图；

图8为金属弹片仿真一实施的金属弹片回弹后的Z轴变形图；

图9为金属弹片仿真一实施的金属弹片回弹后的塑性变形图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参看图1，本发明金属弹片仿真方法第一实施例，用于移动终端的金属弹片仿真，所述金属弹片仿真方法包括如下步骤：

步骤S100，接收用户导入的模型数据，所述模型数据包括金属弹片的形状、金属弹片的材料、金属弹片的受压顶点和金属弹片的固定底面。用于制作金属弹片的材料经常会使用，可以储存自定义材料，方便用户直接调用该自定义材料属性。

步骤S200，对所述受压顶点设置装配关系为接触的刚性压块；其中，接触的装配关系，代表两者可以相互摩擦移动。

步骤S300，对所述金属弹片进行用于有限元计算的网格划分；网格的划分能够用于供有限元方法进行计算，通常网格划分为三角形或四边形。

步骤S400，对所述固定底面设置约束关系为固定；固定，则代表固定底面为无法移动的理想条件。

步骤S500，对所述刚性压块设置朝向所述固定底面的第一位移，以及设置恢复原位的第二位移；本实施例通过设置两个位移，则可以一次性获得金属弹片在最大行程和回弹后两种工况下的相关性能。第一位移和第二位移，可以通过设置刚性压块的三个位置来实现，如后文中通过ansys软件的例子所述。

步骤S600，在所述刚性压块进行第一位移和第二位移的仿真时，通过有限元计算获得所述金属弹片的状态变化过程。

本实施例，通过对金属弹片的固定底面进行约束，并在其受压顶点施加刚性压力，并且调入金属弹片的材料属性，通过有限元方法计算金属弹片在受压和回弹的过程，从而获得金属弹片的相关性能，进而达到高效模拟金属弹片的工作状态的效果。

请参看图2，本发明金属弹片仿真方法第二实施例，在第一实施例的基础上，还包括如下步骤：

在步骤S600获得所述金属弹片的状态变化过程时；

步骤S700，将所述状态变化过程中的应力结果、变形结果和反应力结果通过图案展示。具体请参看图7、图8和图9，依次为金属弹片最大行程时的等效应力图，金属弹片回弹后的Z轴(顶底方向)变形图，金属弹片回弹后的塑性变形图。通过这三种分析，基本可以确定金属弹片的性能是否合格。

请参看图3，本发明金属弹片仿真方法第三实施例，在第二实施例的基础上，在所述步骤S300“对所述金属弹片进行用于有限元计算的网格划分”的步骤之后还包括步骤：

步骤S310，对所述金属弹片的受压顶点和弯曲处进行网格细化。由于金属弹片的主要结构处为受压顶点(触点)和弯曲处最为关键，因此对这些地方的网格进行细化，能够获得更精确的仿真效果。

步骤S320，接受用户检查网格和修复网格。在网格细化后，再经过用户的检查，对自动划分的网格进行查看和必要的修正，从而达到更精确的效果。

本实施例，通过对网格进行细化，并且提供用户检查的步骤，从而能够达到进一步提高仿真的精确度的效果。

请参看图4，本发明金属弹片仿真方法第四实施例，在第三实施例的基础上，对步骤S500进行进一步限定。

所述步骤S500“对所述刚性压块设置朝向所述固定底面的第一位移，以及设置恢复原位的第二位移”进一步包括：

对所述刚性压块设置朝向所述固定底面的第一位移，过程时间为1s。

对所述刚性压块设置恢复原位的第二位移，过程时间为1s。

本实施例，通过进一步限定上述位移时间皆为1s，能够达到较好的测试效果。由于实际使用场景中，金属弹片受压的过程时间和恢复原状的过程时间都小于1s，而本实施例采用1s作为测试时间则具有测试条件更严苛的效果。

优选的，所述第一位移的行程为0.6mm～0.7mm。优选的采用0.65mm。

本实施例中，通过设置第一位移为0.6mm，能够获得严苛使用条件的测试数据，从而能够确保在正常使用时的安全余量，进而达到金属弹片的耐用性更好的效果。

本实施例，进一步以现有的一款现有的有限元分析软件为例，来说明本发明的方案。需要说明的是，本实施例中涉及大量人工操作，但这并非限定需要为人工操作，而是基于现有软件条件下的说明。

软件采用WORKBENCH。该模块属于应用ANSYS，具有成熟、操作方便、仿真准确性高的效果。

首先，需要用户准备金属弹片的模型数据，例如通过ProE建模而成，并保存为stp文件。

通过WORKBENCH软件，点击TOOLBOX中的STATIC STRUCTURAL仿真类型，从而启动仿真模块，并将金属弹片的stp文件放入该程序。

通过Engineering Data模块，编辑金属弹片材料属性。添加自定义材料，该自定义材料应当能清楚描述金属弹片的性能。例如添加密度、弹性模量、泊松比、抗拉强度等属性。

通过Geometry(DM)模块，建模获得刚性压块，并摆放至金属弹片的受压顶点。

通过Model模块，设置运动关系和划分网格，其中，修改金属弹片为柔性体，材料选择之前添加的自定义材料；修改刚性压块为刚性体。本仿真中刚体压块和金属弹片属于接触关系Contacts，设置其类型为Rough即可。进一步，通过mesh对金属弹片划分网格；并且通过mesh的子菜单face sizing对受压顶点和弯曲处进行网格细化；然后通过Generate mesh供用户检查和修正网格。

通过Static Structural模块，设置动作、添加约束和载荷。其中，通过Analysis Settings设置步骤为一步，总时间为2s；通过Remote Displacement设置刚性压块的三个位置，分别为第一位置xyz(0,0,0)；第二位置xyz(0,0,-065mm)；第三位置xyz(0,0,0)；通过fixed support设置金属弹片的固定底面为固定约束。

通过Stress-Equivalent(von-mises)获得应力结果，通过Deformation-Directional获得变形结果，通过Probe-Force Reaction获得反应力结果，依次展示结果如图7、图8和图9。

请参看图5，本发明金属弹片仿真装置一实施例，用于移动终端的金属弹片仿真，所述金属弹片仿真装置包括：

接收模块100，用于接收用户导入的模型数据，所述模型数据包括金属弹片的形状、金属弹片的材料、金属弹片的受压顶点和金属弹片的固定底面；用于制作金属弹片的材料经常会使用，可以储存自定义材料，方便用户直接调用该自定义材料属性。

压块模块200，用于对所述受压顶点设置装配关系为接触的刚性压块；其中，接触的装配关系，代表两者可以相互摩擦移动。

网格模块300，用于对所述金属弹片进行用于有限元计算的网格划分；网格的划分能够用于供有限元方法进行计算，通常网格划分为三角形或四边形。

约束模块400，用于对所述固定底面设置约束关系为固定；固定，则代表固定底面为无法移动的理想条件。

位移模块500，用于对所述刚性压块设置朝向所述固定底面的第一位移，以及设置恢复原位的第二位移；本实施例通过设置两个位移，则可以一次性获得金属弹片在最大行程和回弹后两种工况下的相关性能。第一位移和第二位移，可以通过设置刚性压块的三个位置来实现，如前文中通过ansys软件的例子所述。

计算模块600，用于在所述刚性压块进行第一位移和第二位移的仿真时，通过有限元计算获得所述金属弹片的状态变化过程。

本实施例，通过对金属弹片的固定底面进行约束，并在其受压顶点施加刚性压力，并且调入金属弹片的材料属性，通过有限元方法计算金属弹片在受压和回弹的过程，从而获得金属弹片的相关性能，进而达到高效模拟金属弹片的工作状态的效果。

优选的，金属弹片仿真装置还包括：

图形模块700，用于在获得所述金属弹片的状态变化过程时，将所述状态变化过程中的应力结果、变形结果和反应力结果通过图案展示。具体请参看图7、图8和图9，依次为金属弹片最大行程时的等效应力图，金属弹片回弹后的Z轴(顶底方向)变形图，金属弹片回弹后的塑性变形图。通过这三种分析，基本可以确定金属弹片的性能是否合格。

优选的，金属弹片仿真装置还包括：

网格细化模块800，用于在所述网格模块300对所述金属弹片进行用于有限元计算的网格划分的步骤之后，对所述金属弹片的受压顶点和弯曲处进行网格细化；由于金属弹片的主要结构处为受压顶点(触点)和弯曲处最为关键，因此对这些地方的网格进行细化，能够获得更精确的仿真效果。

检查网格模块900，用于接受用户检查网格和修复网格。在网格细化后，再经过用户的检查，对自动划分的网格进行查看和必要的修正，从而达到更精确的效果。

本实施例，通过对网格进行细化，并且提供用户检查的步骤，从而能够达到进一步提高仿真的精确度的效果。

优选的，所述位移模块500进一步包括：

第一位移单元510，用于对所述刚性压块设置朝向所述固定底面的第一位移，过程时间为1s；第二位移单元520，用于对所述刚性压块设置恢复原位的第二位移，过程时间为1s。

本实施例，通过进一步限定上述位移时间皆为1s，能够达到较好的测试效果。由于实际使用场景中，金属弹片受压的过程时间和恢复原状的过程时间都小于1s，而本实施例采用1s作为测试时间则具有测试条件更严苛的效果。

优选的，所述第一位移的行程为0.6mm～0.7mm。优选的采用0.65mm。

本实施例中，通过设置第一位移为0.6mm，能够获得严苛使用条件的测试数据，从而能够确保在正常使用时的安全余量，进而达到金属弹片的耐用性更好的效果。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是移动终端，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。