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玻璃脆性材料在平板电脑上的仿真分析研究

元春峰

(联想集团创新设计中心，北京100085)

摘要：本文对平板电脑上普遍采用的强化玻璃进行了仿真分析与应用研究。应用Abaqus软件考虑了

在动态冲击（落球实验）下，平板电脑表面玻璃的强度校核与检验，为产品的设计与开发提供指引。

作者先从玻璃单体出发，通过对玻璃单体的落球实验，寻找到与实验结果相一致的模型参数以及破坏

准则；进而将校准过的玻璃模型参数与判据应用于整机模型，并由此检验设计的合理性与整机的设计

是否能通过严格的落球实验测试，取得了非常好的效果。

关键词：仿真分析，落球，平板电脑，强化玻璃

Tabletcomputer’sBrittleglassmaterialsimulationresearch

YuanChunfeng

(LenovoInnovationDesignCenter,Beijing100085)

Abstract:Thispaperhascarriedoutthestrengthenglass’simulationandresearchwhichusedintablet

computer.ByusingtheAbaqussimulationsolver,consideringthedynamicimpactsuchastheballdropping,

checkedthecoverglassstrength,andfinallygavesuggestionforproductdesigner.Authorhasbuiltamodel

andcrackcriteriasuitforglassbaseonthesingleglassballdroppingtest;thentransferredthisglassmodel

intowholemachinemodel,checkedthewholemachine’ssafetybythesamemethod,andgotagoodresult.

Keywords:SimulationAnalysis,balldrop,tabletcomputer,strengthenglass

作者简介：元春峰(1974-)，男，联想集团高级工程师，硕士，

研究方向为结构CAE、可靠性及失效分析，yuancf@。

0引言

与角落位置的缓冲变形较中间要小相关。玻璃本

体实验考虑到玻璃可在一定程度内缓冲变形，故

平板电脑以及大尺寸手机普遍采用了强化玻采用中空的支撑装置，如图1所示。

璃作为表层材料，并通过在强化玻璃与显示屏之

钢球

间增加可触控的感应层（ITO）来进行人机交互。

强化玻璃

因此这层强化玻璃有四方面主要功能，一是良好

的透光率保证了屏幕（LCD）的显示；二是用以

感应电路层的涂覆加工；三是对整机提供一定的

刚度支持；最后是对屏幕提供保护。因此这层表

支架

层玻璃往往需要通过一定高度的落球实验，用以

验证其强度以及设计合理性。由于大量的实验往

往需要耗费大量的产品样机，且具有一定程度的图1落球实验示意图

随机性，所以可通过模拟仿真来进行分析验证；Figure1balldroppingtestintroduction

而要得到准确的模拟结果，便需要对玻璃本体进实验所采用的实验条件则是越简单越有利，

行实验，并建立玻璃本体的仿真分析模型，最后否则容易出现复杂的实验条件而使得分析模型无

在整机模型中进行验证。法建立，或者由于仿真模型过度的简化，从而影

1玻璃仿真模型

响到分析的数据。

图1即为实验测试的示意图，玻璃下有钢铁

1.1玻璃本体实验材质中空的支架，玻璃与支架间没有任何粘接，

平板电脑的落球实验往往采用5点实验法，自由搭接在支架上，133g的钢球从上方自由落

即在中心点以及四个角部进行。根据经验来看，体，落在玻璃上。

往往角落的落点所能承受的高度往往较低，这是实验采用了Sodalime以及FIT两种玻璃，因

为在OGS(oneglasssolution,即在表层玻璃上加工

0.0,1.E-05

电路感应层ITO)技术上，目前强度最强的如康宁

*BrittleFailure

公司的Gorilla玻璃（常用于GG/GFF）由于加工

1.E-05,

的难度而无法采用，从强度上来讲，FIT要强于在本文所采用的判据与方法中，并没有采用

Sodalime,这也意味着较薄的FIT玻璃可能与上述的本构与破坏分析判据，实际上有很多的判