這次我們來淺析一下壓接仿真，主要對壓接仿真設(shè)計(jì)/仿真搭建/結(jié)果分析做一些分析，以優(yōu)化端子開發(fā)及輔助壓接設(shè)備選型與設(shè)計(jì)，文章深度較淺&模型為Demo，以作拋磚引玉。

壓接設(shè)計(jì)

端子壓接區(qū)設(shè)計(jì)和性能影響因素就不贅述了，本文我們側(cè)重壓接仿真流程以推導(dǎo)思路，且選擇端子M型壓接及屏蔽壓接環(huán)漸開設(shè)計(jì)的壓接進(jìn)行分享。

屏蔽壓接Demo

端子壓接Demo

因壓接仿真與端子&設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)相關(guān)，推薦此仿真需對壓接工程有一定了解后再進(jìn)行。

接上端子壓接區(qū)根據(jù)關(guān)聯(lián)區(qū)域設(shè)計(jì)(適配線材/端子材料/防水/壓接寬度等)完成后，傳遞至壓接設(shè)備設(shè)計(jì)與選型，這里以壓接部位為仿真重點(diǎn)，初步仿真主要識別：壓接設(shè)備噸位選擇，刀具設(shè)計(jì)風(fēng)險，壓接后風(fēng)險等，本案例忽略刀具強(qiáng)度等因素(主要為簡化模型，但實(shí)際中不可忽略刀具缺陷如崩刀等，將會是另外的設(shè)計(jì)與仿真方向)。

因篇幅限制目前先行考慮以上提及的兩個參數(shù)設(shè)計(jì)。其中，壓接設(shè)備噸位選擇將在后文進(jìn)行簡單敘述。

刀具設(shè)計(jì)上，確定線材SCA，一般端子根據(jù)端子設(shè)計(jì)壓接后寬度，查STC表后可得初步壓接刀具參數(shù)，刀具設(shè)計(jì)壓接輔助導(dǎo)向角及支撐角，留足公差間隙后，即可輸出第一版刀具模型。

端子壓接刀具Demo

被壓接部分設(shè)計(jì)上，主要解決被壓接區(qū)域材料以及模型簡化問題。

材料推薦小伙伴們?nèi)〔膶?shí)際使用材料(根據(jù)物性表及指定原材料廠商)，并盡可能多的測試對應(yīng)的力學(xué)數(shù)據(jù)，金屬建議標(biāo)準(zhǔn)樣塊與設(shè)計(jì)實(shí)物分別進(jìn)行測試后做出測試數(shù)據(jù)后擬合J-C曲線，橡膠材料建議標(biāo)準(zhǔn)樣塊與設(shè)計(jì)實(shí)物分別進(jìn)行測試后做出測試數(shù)據(jù)擬合M-R曲線或Ogden曲線，當(dāng)然實(shí)物壓接后反推上述擬合曲線對數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正也是必須的。

J-C匹配示意

因設(shè)備計(jì)算算力與工程適配性需要(畢竟工程設(shè)計(jì)中一個仿真一直在兜圈子且輸出結(jié)果不是工程所需，占用太多開發(fā)時間往往得不償失)，推薦對模型進(jìn)行一定簡化。但需特別注意如被簡化對象會受壓接產(chǎn)生形變等影響(例如非壓接區(qū)的觸點(diǎn)/掛扣等)，建議不簡化，簡化邊界依賴于仿真設(shè)計(jì)工程師在壓接仿真過程中，壓力對仿真對象產(chǎn)生的影響有足夠的預(yù)判與實(shí)際刀具的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

如使用Ansys這里推薦小伙伴們對刀具做片體簡化，Abaqus可抽殼處理觀感更佳，線纜中屏蔽層推薦按照一定寬度簡化成規(guī)則形狀(此處需根據(jù)線材實(shí)際進(jìn)行仿真擬合)。但同上需考慮實(shí)際壓接過程對屏蔽帶來的影響(如壓接后屏蔽斷絲/超出既定位置等風(fēng)險)。

另外如是端子壓接，實(shí)體仿真中線材太多芯線會影響運(yùn)算效率，推薦大平方線根據(jù)芯線絞合后股數(shù)進(jìn)行簡化(此處需根據(jù)線材實(shí)際進(jìn)行仿真擬合)。

仿真搭建

這部分其實(shí)每個組織與個人的習(xí)慣都不相同。基本要求仿真前具備一定壓接工程經(jīng)驗(yàn)，仿真環(huán)境搭建滿足壓接實(shí)際。

特別的，如使用Ansys，可通過對上刀模增加質(zhì)量以初步確定壓接所需噸位；Abaqus需小伙伴們自行摸索:P

屏蔽壓接為例，設(shè)計(jì)芯線/絕緣層/屏蔽層(含鋁箔)/護(hù)套接觸方式，壓接內(nèi)外套管接觸方式，刀具接觸方式后即可，摩擦系數(shù)根據(jù)實(shí)際給定，前期可適當(dāng)放大值以求證極值狀態(tài)。

設(shè)置示意

因前期仿真多建模為理想模型，即對稱與忽略小變形，同上仿真前需具備一定壓接工程經(jīng)驗(yàn)，以判斷實(shí)際工況的與仿真差異，以對模型進(jìn)行調(diào)整仿真不同情況(芯線非對稱/刀具非對稱/實(shí)際工程公差等)。

網(wǎng)格根據(jù)小伙伴們設(shè)備匹配，推薦前期大網(wǎng)格跑通后再加密，但大網(wǎng)格中網(wǎng)格質(zhì)量檢查不可忽略。

至于求解選擇，顯式與靜態(tài)求解均可(與材料數(shù)據(jù)強(qiáng)相關(guān))，此也可在Ansys培訓(xùn)中印證，本文優(yōu)先顯式方法。

適用范圍

結(jié)果分析

經(jīng)過不斷的調(diào)(試)試(錯)后，都會得到一個運(yùn)算完成結(jié)果，小伙伴們切莫不可半場開香檳，往往一個有效的結(jié)果才是解決問題的開始~

首先，求解過程中可能會遇到包括但不限于以下情況：

●?刀具下壓錯誤，刀具出現(xiàn)偏擺，錯位等；

●?壓接后線纜護(hù)套損壞；

●?壓接無法壓接到位；

●?求解器無提示停止求解；

●?等效應(yīng)力瞬時很大。

下壓力不足

解決以上問題的思路：

●?檢查材料參數(shù)，特別涉及到曲線擬合部分；

●?檢查前述提到的壓接噸位，即上刀模質(zhì)量；

●?檢查約束情況。

當(dāng)所有程序問題解決后，我們來針對仿真結(jié)果逐層分析，以前述屏蔽壓接Demo為例(內(nèi)套管使用壓接整形后模型導(dǎo)入)。

外套管情況：

●?部分區(qū)域被壓縮；

●?扣合部分區(qū)域無法扣合；

●?扣合位置厚度會變薄；

●?上下刀模結(jié)合部有堆料傾向。

外套管狀態(tài)一

外套管狀態(tài)二

護(hù)套情況：

●?部分區(qū)域被壓縮；

●?存在伸長情況；

●?有向后滑移趨勢。

護(hù)套狀態(tài)

屏蔽層情況：

●?部分區(qū)域被壓縮；

●?部分屏蔽存在前傾情況；

●?復(fù)合材料下部分屏蔽存在斷裂可能(適配未來紡織屏蔽需求，傳統(tǒng)材料此風(fēng)險較低)；

●?部分屏蔽有脫出外套管的可能；

屏蔽狀態(tài)--復(fù)合材料

屏蔽狀態(tài)--傳統(tǒng)材料

屏蔽位置狀態(tài)

內(nèi)套管情況：

●?被進(jìn)一步壓縮，部分面存在干涉；

●?靠近線纜護(hù)套方向面存在上翹可能；

●?存在一定位移。

內(nèi)套管狀態(tài)

絕緣層情況：

●?整體被壓縮；

●?靠近端子尾部一側(cè)存在伸長情況。

絕緣層狀態(tài)

后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可依此為基準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)優(yōu)化與調(diào)整，完成后再次帶入進(jìn)行運(yùn)算。

同時，仿真結(jié)果可同步讀取保持力等力學(xué)信息。

實(shí)際壓接圖暫不體現(xiàn)，壓接結(jié)果通過對比分析，仿真數(shù)值誤差低于控制值(下同)。

端子壓接&碎碎念

相對屏蔽壓接，端子壓接存在更大的變形與非線性，但接觸設(shè)置相對簡單，同前述為得到較為精準(zhǔn)的仿真結(jié)果，正確的材料/合理的接觸/合適的求解缺一不可。

針對單線密封仿真，密封件的材料參數(shù)會直接影響仿真收斂性亦或仿真正確性。

端子壓接相對于屏蔽壓接，整體理論設(shè)計(jì)邏輯與計(jì)算資源更加豐富，仿真可細(xì)化規(guī)避缺陷的方向，例如：過壓/欠壓/支撐腳問題/端子斷裂等失效問題。

Mecal壓接指南

壓接不可接受案例

那么下面這個仿真結(jié)果如果真實(shí)，仿真結(jié)果反應(yīng)了此端子壓接的哪些信息呢？需要對結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)嗎？期待小伙伴們的私信一起討論~

壓接Demo--經(jīng)過實(shí)物驗(yàn)證

端子與關(guān)聯(lián)部件配合(對插/硬連接/軟連接)俺認(rèn)為是連接本質(zhì)之一，需要打下牢固的基礎(chǔ)以實(shí)現(xiàn)可靠電連接目標(biāo)。

審核編輯：黃飛

?