Falltestsimulation elektronischer Geräte
Branche: Konsumgüter/Gebrauchsgüter, Elektrotechnik/ElektronikFachgebiet: StrukturmechanikDer Falltest ist die härteste Prüfung zur strukturellen Integrität der Strukturen von elektronischen Handheld-Geräten. Dabei treten typische Fehler auf, wie der Verlust der Verbindung zwischen den Teilen der Kunststoffabdeckung oder Risse sowie Beschädigung der elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte und das Versagen der Lötstellen zwischen elektronischen Bauteilen und der Leiterplatte.
Zusammenfassung
Aufgabe
Eine Simulation soll schnell und umfassend analysieren, welche Auswirkungen ein Sturz auf ein Mobilgerät hat. Dabei soll sowohl das Verhalten des Gehäuses als auch das der Elektronik untersucht werden.
Lösung
Die Durchführung eines Falltestszenarios mittels Simulation und FEM-Berechnungen ist in der Industrie weithin akzeptiert und etabliert. LS-DYNA und Ansys sind bewährte Softwarepakete für die Simulationen in diesem Bereich.
Kundennutzen
CADFEM kombinierte bei der Simulation die explizite und implizite Berechnungsmethode. Diese Kopplung erlaubt es, die Vorteile der expliziten und impliziten Zeitintegration zu kombinieren, ohne sich um Nichtkonvergenz oder zu kleine Zeitschritte kümmern zu müssen. Kurze Simulationszeiten und sehr detaillierte Ergebnisse zur weiteren Beurteilung der Struktur sind somit möglich.
Der Falltest ist die härteste Prüfung zur strukturellen Integrität der Strukturen von elektronischen Handheld-Geräten. Dabei treten typische Fehler auf, wie:
- der Verlust der Verbindung zwischen den Teilen der Kunststoffabdeckung
- Risse innerhalb der Kunststoffabdeckung
- Beschädigungen der elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte
- Versagen der Lötstellen zwischen elektronischen Bauteilen und der Leiterplatte
Die Durchführung eines Falltestszenarios mittels Simulation und FEM-Berechnungen ist in der Industrie weithin akzeptiert und etabliert. LS-DYNA und Ansys sind bewährte Softwarepakete für Simulationen in diesem Bereich. Typischerweise sind in diesen Codes unterschiedliche mathematische Algorithmen für die instationäre Lösung einer Stoßbelastung implementiert. In der Regel werden hochtransiente Analysen durch explizite Codes wie LS-DYNA effizient gelöst. Aufgrund des Zeitschrittkriteriums und der damit verbundenen Anforderungen an die Netzgröße für explizite Methoden sind jedoch weitere Ansys FEM-Berechnungen als impliziter Code erforderlich, um lokale Spannungsfelder aufzulösen.
CADFEM kombinierte bei der Simulation die explizite und implizite Berechnungsmethode. Diese Kopplung erlaubt es, die Vorteile der expliziten und impliziten Zeitintegration zu kombinieren, ohne sich um Nichtkonvergenz oder zu kleine Zeitschritte kümmern zu müssen. Kurze Simulationszeiten und sehr detaillierte Ergebnisse zur weiteren Beurteilung der Struktur sind somit möglich.
Die bereits erwähnten typischen Versagensarten können in verschiedene Skalen eingeteilt werden:
- die Makro-Skala unter Berücksichtigung globaler Strukturteile und
- die Mikro-Skala mit möglichen Versagensmechanismen innerhalb der elektronischen Teile.
Aufgrund der unterschiedlichen Randbedingungen für die verschiedenen Integrationsmethoden ist es weder sinnvoll, einen rein expliziten noch einen rein impliziten Solver zu verwenden, um die Strukturantwort sowohl für das globale Modell als auch für die sehr detaillierten elektronischen Komponenten zu berechnen. Die Lösung dieses Widerspruchs ist eine Kombination aus der expliziten Methode zur Simulation der Gesamtstruktur mit einer sehr groben Beschreibung der kritischen Teile und der impliziten Methode zur Simulation eines Teilmodells mit den spezifischen Komponenten. In diesem Fall werden die Lastzeitverläufe der globalen Analyse einfach als Randbedingung für das Teilmodell verwendet.