端子应力设计caculation
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铝合金胶接对接接头应力分布的数值分析谭宗柒;李灿灿;游敏;叶惠军【摘要】铝合金在采用对接接头胶接时能保证连接强度,但其应力分布不容易分析.通过数值分析方法,在ANSYS软件平台中通过搭建两种不同形式的铝合金对接接头,研究模型弯曲时其应力分布情况.胶层应力在两端部分波动较大,在中间应力分布比较有规则,X、Y与第一主应力与胶结长度几乎成线性分布,而胶层的平均应力关于胶层的中点位置几乎呈现对称的抛物线分布.基于以上规律可以为铝合金在受到载荷时对接头的设计提供一定的方法和建议.%The aluminum alloy is butt-joint as structural adhesive can afford enough bonding strength, but the stress distribution is hard to analysis. This paper uses the finite element method in ANSYS software platform building two different butt-joints models of the aluminum alloy, the stress distribution of the bondline when suffered the flexural moment as flow, the bonding stress unsteadily on the both sides, and regularly on the middle party. X, Y stress and major principal stress linear distribution with the bondline, and the mean stress parabolic distribution about the midpoint of bondline symmetrically. These regulars are useful for design of the butt-join of aluminum alloy.【期刊名称】《三峡大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2011(033)005【总页数】3页(P72-74)【关键词】铝合金;胶接接头;应力分布;有限元【作者】谭宗柒;李灿灿;游敏;叶惠军【作者单位】三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TH123+.4胶接技术作为新兴的连接技术具有比强度高等优点,已被广泛应用于航空航天等领域中.在建筑中使用胶接同样可以保证建材的结构强度,并且外观优美密封性好,利于材料的循环使用.接头形式是对接接头承载能力及形变的重要因素.目前对接接头应用及研究较少,且大多通过实验的方法,但实验法不便于测量接头在负载作用下胶层内部的应力分布.分别讨论在受到沿X轴正方向与负方向产生弯矩下铝合金直端面对接胶接和斜端面对接胶接两种模型中胶层应力分布情况.通过ANSYS分析表明,在受弯矩的情况下与直端面相比斜端面承载性能相对较好.1 仿真方案和参数设计设计模型仿真方案及所受载荷如图1所示.图1(a)中被粘物体为铝合金截面直径为10mm的圆柱体,高为27.5mm.胶厚为0.2mm,长度为10mm.(b)、(c)中被粘物体的粘接面为斜面,其长边为30 mm,短边为25mm.这样胶层为一个斜面,其与轴线的倾斜角度为63°,胶厚为0.2mm,长度约为11.18 mm.材料属性见表1[1].表1 材料属性表材料属性铝合金胶粘剂弹性模量/GPa 71 2.875泊松比 0.32 0.42硬化模量/GPa 240 500屈服强度/GPa 400 902 有限元模型的建立建模选用的有限元单元类型为PLANE183,该单元利用二维单元选项模拟三维变形,并且对四边形单元具有很好的融合性.按照图1仿真方案所示,在软件中对3种模型的底端面均施加全约束.(a)和(b)两种方案中,载荷沿X轴正方向施加在模型左上角的节点上;(c)方案中,载荷沿X轴的负方向同样施加在模型左上角的节点上.载荷的大小均为100N.用直接头网格模型来表示3种方案有限元模型的建立,划分网格、施加约束和载荷,如图3所示.图3 直接头网格模型从图3可看出,F与胶层在同一个方向,并且有一定的偏心距,这样载荷F对胶结层产生一个力矩的作用.本文研究胶层在力矩作用下的应力分布情况.方案(b)与(c)的区别在于模型胶层为斜面,而所受力矩分别为顺时针和逆时针,由于力矩方向的不同在斜面中产生的各个方向应力分量会有不同.在有限元软件ANSYS中建立模型,求解后在后处理中用路径命令流path,选择胶层中间位置两端为路径的起点和终点.直接头的路径与X轴平行,斜接头的路径与X轴有一定的夹角,角度为63°.3 结果与讨论通过在ANSYS后处理中设置的路径,3种方案中胶层的X、Y、XY方向的应力及第一主应力S1和平均应力Seqv.其应力分布如图4~8所示.图4 X方向应力分布图4为胶层在X方向的应力分布情况.由曲线分布可以看出胶层在负载的作用下产生了正负双向的应力.直端面在正方向上的最大应力为60MPa,负方向上的最大应力也为60MPa;起点处的应力与终点的应力在X方向均为20MPa.斜端面在正方向上的最大应力为37MPa,负方向上的最大应力约为41 MPa;起点处的应力与终点处在X方向的应力均为10MPa,但方向相反.在这两种方案中,胶层X方向的应力分布情况一致,在胶层两端应力的变化较大,在同一起始端位置处上升到极值,中间过程几乎为分段线性变化.从图中可看出斜端面的应力普遍比直端面的应力要小.图5 Y方向应力分布图5为胶层在Y方向应力分布情况.胶层在负载的作用下产生了同样正负双向的载荷.直端面在正方向上的最大应力为135MPa,负方向上的最大应力也为135MPa;起点处的应力与终点的应力在Y方向均为125MPa.斜端面在正方向上的最大应力为122 MPa,负方向上的最大应力约为111MPa;起点处在Y方向的应力约为112MPa,终点处的应力约为102 MPa,方向相反.在这两种方案中,胶层Y方向的应力分布情况一致,两种情况起始端的同一位置处上升到应力最大值,中间段几乎为分段线性变化.从图中曲线可以看出斜端面的应力普遍比直端面的应力要低.图6 XY方向应力分布图6为胶层在XY方向应力分布情况.直端面产生的应力都在正方向区间,起始两端应力较小,最大应力分布在3~7mm区间.应力分布几乎关于x=5mm对称,但在终点处应力下降较快.最大应力约为13.5MPa;最小应力约为2MPa.而斜端面胶层在0~2mm区间产生了负方向的应力,最大应力约为6MPa,正方向最大应力出现在9mm处,约为12 MPa.起点处在XY合力方向的应力约为4MPa,方向是负方向;终点处为正方向的应力约为5MPa,在胶层两端应力波动较大.在1~7.5mm区间中,斜端面的应力明显低于直端面的应力.图7 第一主应力分布图7为胶层第一主应力分布情况.直端面与斜端面产生的应力均在正方向区间.直端面起始端应力为125MPa,最大应力在0.4mm 处,为135MPa.在0.4~5.6mm应力几乎为分段线性变化,5.6mm 之后应力为0.当斜端面胶接受到正方向载荷时,其应力分布与直端面相似,起始点应力为113MPa,最大应力在0.4mm处,为122MPa.而斜端面胶接受到负方向载荷时,0~4mm区间应力值为0,从4mm开始应力几乎为分段线性变化,在10.7mm处有最大应力约为113MPa,终点处应力约为103MPa.图8 胶层平均应力分布图8为胶层平均应力分布情况.直端面与斜端面产生的应力同样均在正方向区间.直端面起始端应力为116.6MPa,最大应力在0.4mm 处,为118MPa,0.4~3mm 区间应力成线性变化,3~7mm区间应力成抛物线规律变化,开口向上.曲线几乎关于x=5 mm对称.最小应力为23.5MPa.在始终两端,应力的波动较大,表明由于胶层受到塑性变形使得应力分布情况较复杂.斜端面胶层平均应力分布情况与直端面胶层相似.起始端应力为109MPa,最大应力在0.4mm处,为110MPa,0.4~3mm区间应力成线性变化,3~9 mm区间应力成抛物线规律变化,开口向上.后面几乎为线性变化.最小应力为19.8MPa.在3~5mm区间斜端面应力高于直端面,其他区间应力均低于直端面.4 结论(1)通过以上仿真结果的分析,胶层在受到力矩作用下,两端部分受到弹性与塑性变形的综合作用下应力大小有一定的波动;中间段应力分布有一定的规律.由第一主应力和平均应力来看,斜端面的峰值应力比直端面略小20MPa和10MPa. (2)由图4~8可以看出,胶结接头的形式只对XY应力分布规律产生了影响,对其他各个方向上的应力分布规律没有产生作用.而在斜端面接头中,力矩的作用只对第一主应力分布产生了影响,原因是第一主应力为胶层的劈裂力,端面被拉部分产生劈裂作用,表现出来第一主应力,而被压部分则不产生第一主应力.参考文献:[1]游敏,罗威.基于ANSYS/PDS的铝合金同轴胶接接头可靠性分析[J].中国胶粘剂,2009,18(12):1-4.。
第5期2023年10月机电元件ELECTROMECHANICALCOMPONENTSVol 43No 5Oct 2023收稿日期:2023-5-18一种CRE连接器的设计与仿真宋 涛,张猷锐(东莞立讯技术有限公司,广东东莞,523808) 摘要:目前,高速连接器市场百花齐放,新的接口界面层出不穷。
市场也越来越趋向定制化产品的发展,相信市场最终能选出几款统一的优质产品。
本文通过对自研CRE高速连接器设计要点做基本介绍,为同类产品后续开展类似设计提供参考。
关键词:连接器;小型化;扩展性Doi:10.3969/j.issn.1000-6133.2023.05.003中图分类号:TP391 9 文献标识码:A 文章编号:1000-6133(2023)05-0010-041 引言万物互联的时代,数据的交换传输信息容量激增,连接器传输速率不断提高,详见以下表1的PCIe标准迭代。
标准的要求不断更新,但对高速连接器而言基本上遵循以下几个方面:1)传输接口的标准化应用技术迭代,每一代设备的更新会推出新的连接器,如果各个设备制造商各自定义接口界面,这会导致连接器接口一致性及相互兼容性差、设备应用维护资源的浪费。
因此,现有高速连接器的通用标准都有专业的标准协会定期更新。
2)不断提升传输性能目前,线缆公头多采用PCBPAD的连接方式,而PCB受工艺制约损耗上进一步提升需采用更好的材料,此时端子注塑焊接方式成为了更好的选择,其降低了连接器成本并进一步提升连接器的空间优异性。
3)小型化不断提升的速率,带来了更高的功耗。
系统级的散热问题在不外加液冷等主动散热元件时会十分严峻,此时减小连接器高度,释放更多散热空间显得尤为重要。
较低的连接器配高更适合贴进芯片放置,减少PCB的走线长度,并带来损耗的减小。
较低的配高又使产品能在散热器底下放置而不需牺牲散热器的面积,这样小型化设计使连接器更具优越性。
图1 裸线损耗图图2 CRE配高图表1 PCIe标准演进PCIe1.0PCIe2.0PCIe3.0PCIe4.0PCIe5.0PCIe6.0带宽8Gb/s16Gb/s32Gb/s64Gb/s128Gb/s256Gb/s速率2.5GHz5.0GHz8.5GHz16GHz32GHz64GHz2 设计需求分析2.1 市场现有同类产品对比友商产品的外形结构尺寸及各自性能规格,同时结合服务器内部有限的PCB空间,可以得出CRE产品在结构设计上可以突破的几点:1)产品外形尺寸需要进一步减少,以节省服务器内部及PCB板的器件布板空间。
电子连接器设计仿真实战教程之端子应力分析本文阐述了应力分析在电子连接器设计中的重要性,并以实例演示了有限元分析软件Ansys Wokbench 仿真分析端子工作内应力的详细步骤,对连接器设计或有限元分析初学者有一定的参考意义端子是电子连接器中极其重要的主要了零件,它一旦失效也就意味着整个连接器失效报废,如果不能从主板上拆下更换,就会导致主板部分功能丧失,甚至报废。
在材料确定的情况下,端子工作时的内应力决定端子的疲劳寿命。
我们在设计电子连接器时,必须重点关注端子工作时的内应力是否在设计许可范围内。
对于形状简单的端子,我们可以用材料力学公式进行计算校核;复杂端子的工作内应力就需要利用有限元分析软件,进行仿真分析才能获得其大小,作为设计合理性依据。
下面就业电池连接器(Battery Connector)为例讲解如何用Ansys Workbench软件分析端子工作时的内应力。
下面是作为实例分析的电池连接器的图片:图中金色的零件即为端子,在电子系统中电池PAD与端子触点接触即可实现充电及供电。
要保证接触的可靠性,端子触点必须被电池PAD下压一些距离,这个距离,我们称之为端子触点的下压行程。
端子的工作应力与端子触点的下压行程相关,下压行程越大端子工作时的内应力就越大。
端子与电池的位置关系如下图示:端子触点端子的触点的最大压缩行程即为端子触点超出连接器Housing面的距离(设计值为1.45mm),实际使用应该比这个值小。
下面就用Ansys Workbench来分析端子工作时的内应力。
这里是用UG NX12打开的3D档,Ansys安装后可在UG菜单中嵌入其启动菜单,可很方便地在UG 中启动Ansys Workbench,如下图示:现在就从嵌入菜单启动Ansys Workbench。
点击菜单Ansys 2019R3,再点击Workbench,如下:进入Workbench后的界面如下图:这次的端子应力分析,需要用到静态结构分析模块(Static Structural)。
电连接器鱼眼端子插拔力及可靠性研究夏远志(深圳市长盈精密技术股份有限公司,广东 深圳 518103)[摘 要]为了探索鱼眼端子插合过程中的插拔力和可靠性,首先对鱼眼端子的结构尺寸进行验证,通过ANSYS Workbench 软件进行仿真计算并与实测值对比,得出其插拔力和材料应力均满足设计要求。
然后通过改变鱼眼端子四周圆角,对鱼眼端子插合过程中的插拔力和接触状态进行仿真模拟并进行试验验证,得出圆角大小对鱼眼端子插合过程中的插拔力和可靠性的影响,其原因在于鱼眼端子圆角大小影响其插入印制板孔的接触面积。
研究结果为鱼眼端子设计提供理论支持。
[关键词]电连接器; 鱼眼端子; 有限元分析; 可靠性[中图分类号] TJ630 [文献标志码] A doi :10.3969/j.issn.1673-6214.2019.05.001[文章编号] 1673-6214(2019)05-0289-05Plugging Force and Reliability of Fish-eye-holeCompliant Pin of Electrical ConnectorXIA Yuan-zhi(Shenzhen Everwin Precision Technology Co., Ltd., Guangdong Shenzhen 518103, China )Abstract: In order to explore the plugging force and reliability of fish-eye-hole compliant pins in the process of plugging, this paper first verified the structure size of a fish-eye-hole compliant pin. Through the simulation calculation based on ANSYS Workbench software and comparison with the measured values, it is concluded that the plugging force and material stress meet the design requirements. Finally, by changing the round corners of the fish-eye-hole compliant pin, the simulation of the plugging force and contact state during the plugging process was carried out, and the experimental verification was carried out. As a result, the influence of round corners on the plugging force and reliability during the plugging process was obtained. The reason is that the size of the round corners of the fish-eye-hole compliant pin affects the contact area when it was plugged into PCB holes. This paper provides theoretical support for the design of fish-eye-hole compliant pins.Key words: electric connector; fish-eye-hole compliant pin; finite element analysis; reliability0 引言电连接器作为一种关键的电子元件,主要用来连接2个相互独立的电子或电器设备,从而实现信号的传输。
五金模具设计之端子模具设计要点说明一.端子模具设计注意事项端子模具的成熟产品,一般有两个特点:产量大,更新期快。
基于产品的特点,在设计端子模具时应就这两个方面对模具结构和思路作整合,把个人的感想说一下:1、端子模具在设计排样的时候,尽可能节省材料,一般的情况下,料条的Pitch 产品或客户已确定,不能改变,所以在材料宽度上考虑,可以单料双排,双料双插以提高材料的利用率。
2、模具设计时尽可能在同一工步作多个工序,尽量的减短模具长度,消除加工精度产生的累积误差。
3、对于折曲角度/尺寸要求严的,尽可能有调整工步,调整时只需要在冲床上调整而不用拆卸模具。
总的来说,就是要提高冲压速度和尺寸稳定性,降低单个产品的成本,端子产品的单个产品的利润比较低,是靠高产量来提高整体利润。
二.端子模具的系带变形调整在设计和组立及修模端子模具时,系带变形是一个很重要的内容。
系带变形包括:系带弯刀、系带扭曲、及系带蛇形三种。
其实系带蛇形就是弯刀和扭曲的综合。
英文是(Cabriole,TwistandSnake).弯刀(Cabriole)的调整有三种,一种是不让它出现,在它出现的地方强压。
二是在出现后马上反向强压,三是在料条快出模具时强压调整,让它变形抵消弯刀。
1.是否是由于排样是单载体所致,如是的话,可在偏向的那侧加一挡料块,也可先用加强压料板之压力来一试。
2.检查和调整一下送料机。
3.检查一下弯曲部分公母模的R角是否大小一样,两边受力是否均衡(如果是U型弯曲的话)。
4.总之造成此现象的原因主要是"力"的问题在端子模中,尤其是汽车方面端子模中,多次折弯也是引发系带变形的主要原因.局部强压、调整机构、合理的折弯工步及结构都是不可少的。
三.IC端子模具IC导线架是半导体及信息产品之关键性金属组件,随着半导体及信息产业之蓬勃发展,其市场需求甚巨且呈快速成长。
IC导线架冲压模具是精度水淮最高的模具代表,不仅要有高级的模具设计技术,而且应具备高精密的加工设备(光学投影磨床及线割放电加工机是不可缺少的工具)。