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某型笔记本电脑转轴强度与疲劳寿命研究

某型笔记本电脑转轴强度与疲劳寿命研究

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作者：李相光苏州大学

学位级别：硕士

笔记本电脑转轴是连接笔记本显示屏和主机箱体的重要部件,对转轴设计好与坏的评价有两个重要的技术指标:结构强度和疲劳寿命。结构强度高的转轴不仅可以承受更重的显示屏,而且可以提高非正常使用下抵抗外力的能力。鉴于以上两个技术指标... 详细信息

笔记本电脑转轴是连接笔记本显示屏和主机箱体的重要部件,对转轴设计好与坏的评价有两个重要的技术指标:结构强度和疲劳寿命。结构强度高的转轴不仅可以承受更重的显示屏,而且可以提高非正常使用下抵抗外力的能力。鉴于以上两个技术指标,量产前转轴需要满足2个必要的测试:(1)推力破坏测试:用于检验转轴结构强度,测试要求转轴各部件在5倍最大扭力的推力作用下,零件不能发生塑性变形或断裂;(2)摇摆寿命测试:通过模拟用户打开/关闭动作以检验转轴使用寿,测试要求转轴经过6万次摇摆以后,转轴扭力衰减不能超过15%,且转轴各零件不能发生塑性变形或断裂。本课题充分利用NX Nastran仿真软件对笔记本转轴的结构强度和疲劳寿命进行分析并提出改善方案,最终提高了转轴各部件的结构强度,延长了的转轴的使用寿命。本论文的主要研究内容包括以下四个方面:1)对笔记本电脑转轴和结构概况进行说明,包括常见的转轴结构,转轴扭力产生原理等,另外对转轴相关测试进行介绍,明确测试标准。2)通过NX Nastran高级仿真功能,对初始设计模型进行静力学分析,得到结构最大应力值和最大应力位置;根据企业测试标准,对转轴各部件进行破坏实验,实验结果与仿真结果一致,证明利用有限元仿真分析代替实际实验的可操作性,同时也提出了初始设计模型强度不足的问题。3)在静力学分析的基础上,结合疲劳累积损伤理论,对初始模型进行疲劳寿命分析,分析结果与摇摆测试结果一致且失效位置吻合,证明了利用有限元进行转轴疲劳寿命分析的可行性。4)基于前面分析获得的薄弱点提出三个改善方向:(a)不同材质的对比;(b)不同尺寸的对比;(c)差异化结构的对比,根据分析结果拟定最佳改善方案并制作改善模型,分别对其进行推力破坏测试和摇摆寿命测试,转轴寿命由初始的3.5万次提升至8万次以上(按照平均每天开关15次计算,使用寿命由6年左右提高到14年以上),满足了企业的测试要求,解决了实际工程问题。本研究的意义在于应用CAE分析技术,对转轴的不同方案进行仿真分析并得出最佳方案,减少了试验验证次数,提高了设计效率。

关键词：笔记本转轴 NX Nastran 结构强度疲劳寿命疲劳累计损伤理论

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