基于Abaqus二次开发的手机跌落仿真结果自动提取文献综述

文 献 综 述

在电子产品迅猛发展的今天，产品的碰撞问题是在经济建设和实际生产生活中经常遇到的。凡是有形的物质产品，如当今盛行的手机、笔记本电脑、平板电脑和一些其他的电子器件等等。从投产开始，直到产品完全报废，总是在不经意时与外界的物品发生碰撞，这是不可避免的。企业为了能使自己的产品符合国家关于环境试验的标准规定，一般情况下都要对产品实物进行自由跌落试验，实物试验的缺点是验后结论，即只有在试验完成后才知道设计是否有缺陷，不仅耗费时间精力，而且造成产品成本上升、不能按时投放市场的问题。因此，在电子产品开发阶段利用计算机仿真方法进行结构耐撞性的分析可以有效地提高产品的可靠性，降低开发成本，提高产品的市场竞争能力。

针对上述问题，本课题基于有限元软件ABAQUS及其二次开发技术，以某型号手机为依托，编制手机跌落仿真的参数化建模、模态分析和动力学分析插件，实现模型的快速参数化建模、模态验证和动力学仿真分析。有限元仿真模型的建立，有利于全面性地分析手机的跌落情况，并且可以较早地了解手机的结构响应情况，以设计出更合理的产品。有限元仿真模型还可以对其力学性能进行检测，便于优化设计并且作进一步验证，在此过程中找到设计上的不足，从而做出较为合理的样机，能够加速产品研发，缩短产品投放市场的时间，获得利润。

ABAQUS 作为国际上公认的大型通用有限元分析软件之一，具有强大的工程问题分析能力，拥有丰富的模型材料库和单元库，能模拟复杂的非线性问题。同时，ABAQUS 软件具备很强的通用性和扩展性，允许用户通过自行编程实现对软件前、后处理的二次开发。Python 语言作为 ABAQUS 软件的标准设计语言，为用户自行编程，实现对 ABAQUS 的操控提供了便利。通过基于 Python 语言的ABAQUS 脚本接口，可以直接调用软件丰富的库函数，并绕过用户界面直接操纵内核，实现工程建模、材料属性定义、模型网格划分、边界条件设置、结果数据查看和分析等功能，还可对用户界面进行修改和二次开发。

Python 是一种面向对象的编程语言，其代码简洁，易于阅读，相对 C、C 和 Java 等而言，Python的开发效率高，可极大地缩短程序开发者编写、调试和维护的时间。Python语言功能强大，采用Python 语言进行ABAQUS 有限元建模二次开发，能够将所有操作步骤都集成在Python 脚本文件中，形成的脚本文件以 py 作为后缀名。本课题采用 Python 语言编写 ABAQUS 各个模块的内核脚本，并开发 GUI 界面，形成 ABAQUS 插件。本课题所开发的插件能直观地输入建模所需参数，调用ABAQUS 的各个模块，在很短的时间内形成有限元模型并提交分析。

论文工作分如下几个方面开展：（1）学习内核语言以及二次开发实现的途径和方法，为后续参数化建模及仿真分析奠定基础。（2）建立手机模型的参数化建模和模态提取插件，通过参数输入实现模型的快速建模和模态提取。（3）以所建的手机模型为基础，建立手机跌落的动力学仿真分析参数化插件。（4）在手机跌落模型基础上，讨论不同高度、角度情况下，手机各部分所受应力以及变形情况。本课题的研究工作和方法可以有效的降低设计人员的劳动强度，提高效率，分析结果对手机的设计及研发工作具有一定的积极作用。

文献[1] 基于ＡＢＡＱＵＳ平台，针对航空头盔的特殊性进行二次开发，得到了一款能够进行防碰撞仿真的系统。应用该系统，仿真了３种不同规格的头盔，３种不同装配误差的泡沫硬衬垫共计６种模型的碰撞结果。仿真结果对头盔的设计有一定的指导价值。

文献[2] 基于ABAQUS用户子程序VUMAT编写了适用于模拟软质防弹衣材料力学性能的本构模型，建立了球形破片侵彻软质防弹衣的有限元模型，数值模拟结果与实验吻合较好。

文献[3] 利用 Python 语言对ABAQUS软件进行二次开发，建立岩石力学试验过程的参数化数值模拟仿真系统。将考虑剪切效应的Drucker－Prager破坏准则编入vusdfld 子程序中，引入失效单元删除算法研究荷载作用下岩石试块变形破坏过程，实现了岩石力学试验过程的数值仿真。以花岗岩试块三轴压缩试验为例，验证了仿真系统的有效性。该系统可根据用户需要与实验室加载平台进行数据匹配，极大提高了建模和分析效率，同时丰富了力学试验内容。

文献[4] 使用Py-thon语言和ABAQUS GUI建立了PDC单齿破岩仿真插件。该插件实现了PDC单齿结构参数、切削深度、前倾角和侧倾角的参数化建模; 自动完成网格划分、边界条件定义、材料定义; 后处理中结果输出及数据储存的功能。最后对仿真结果的合理性进行分析与对比，验证了使用该插件建立PDC单齿切削模型的正确性，为研究PDC单齿破岩性能提供了一个便携高效的分析平台，并为ABAQUS二次开发在其他领域的应用提供了借鉴。

文献[5] 基于ABAQUS脚本语言Python开发了含开孔复合材料层压板剩余强度分析快速建模程序，通过人机交互实现参数化自动建模。给出了详细的ABAQUS前处理内核脚本开发过程以及插件GUI开发方法。采用Python语言进行ABAQUS前处理二次开发能够减少建模时间、提高建模效率并减少人为误差。

文献[6] 利用Python脚本语言对ABAQUS软件的前处理模块进行了二次开发,通过开发的切削力动态加载Python脚本程序,解决了大尺寸曲面薄壁件加工变形的预测问题。实例模拟计算表明,仿真结果符合实际规律,证明利用有限元二次开发技术可以较好地预测大型曲面薄壁件的加工变形,为其在其他领域的应用提供了参考。

文献[7] 为了简化复合材料层合板冲击建模过程,节省模型处理时间,利用python语言进行ABAQUS二次开发。通过编写主控文本程序Damagemodel.py,图形界面编辑程序DamagemodelDB.py和衔接程序Damagemodelplugin.py,实现系统建模界面定制,复合材料层合板和弹头的快速建模参数化,以及分析步和接触属性定义自动化。在快速建模完成的基础上,对冲击过程进行模拟。模拟结果与试验结果较为接近,表明快速建模可以为冲击模拟提供有效的支持。

文献[8] 针对在飞机弓形结构件喷丸工艺中喷丸应力产生多余变形,需要频繁调整零件不同区域喷丸参数的问题,使用Python语言对Abaqus软件的前、后处理模块进行二次开发。所开发的插件可以自动快速实现Abaqus的前处理操作,包括几何建模、网格划分和初始应力施加等。该插件可在Abaqus后处理中自动输出弓形结构件沿半径方向的最大位移,该位移可视作喷丸强化引起的变形。采用试验方法验证所开发插件的有效性,为快速预测不同喷丸参数下弓形件喷丸强化的变形提供参考。

文献[9] 以ABAQUS软件为平台,二次开发为途径,使用Python脚本编写程序,实现四面体、五面体、六面体网格的变形几何体重构,从而开发出一种新的建模方法,为多载荷加载过程中的建模奠定基础。

文献[10] 为提高有限元软件Abaqus分析弹性轴承性能的效率,采用Python脚本语言对Abaqus进行二次开发。通过开发新的GUI界面、编写建模所用的内核脚本,为弹性轴承提供了一种参数化的有限元建模方法,结果表明,所开发的程序界面友好,操作简单,有效缩减了建模时间。

文献[11] 基于ABAQUS脚本语言Python开发了含开孔复合材料层压板剩余强度分析快速建模程序,通过人机交互实现参数化自动建模。给出了详细的ABAQUS前处理内核脚本开发过程以及插件GUI开发方法。采用Python语言进行ABAQUS前处理二次开发能够减少建模时间、提高建模效率并减少人为误差。

文献[12] 某公司小型塔机下支座采用传统经验建模,设计过于保守。为节省材料,减轻重量,使用有限元技术进行静态分析,对上盖板、圆桶和筋板厚度等参数优化。为提高有限元建模效率和降低建模难度,提出一种二次开发方法。该方法基于Abaqus二次开发的原理,通过Abaqus有限元软件内嵌的Python语言对该型号下支座模型进行二次开发,开发出参数化设计插件程序。在参数化建模的基础上进行参数学习,得出了各零件厚度与最大应力之间的关系,再进行优化。

文献[13] 基于ABAQUS二次开发,探究周期函数曲线纤维路径变角度复合材料层合板的屈曲特性。首先,以正弦曲线为基本参考路径为例,得到纤维角度的变化规律;然后,利用Python编写变角度复合材料层合板的有限元分析前处理程序,开发出ABAQUS交互式界面;最后,利用本文开发的GUI插件,对经典定角度和变角度层合板进行屈曲分析。结果表明,变角度层合板的屈曲载荷有很大提高,并且随着幅值参数A和周期参数T逐渐增大,一阶线性屈曲均是呈先增大后减小的趋势,因此基于铺层稳定性,参数应控制在相应的范围。采用Python对ABAQUS进行二次开发,从而实现变角度层合板的自动建模和计算分析,为实际工程研究提供了研究思路和流程,有一定的实践意义。

文献[14] 基于ABAQUS二次开发,利用Python语言编写了钢筋混凝土（以下简称RC）框架结构有限元分析前、后处理模块的脚本程序,实现了RC框架结构实体模型的参数化建模及分析。

文献[15] 根据航空整体结构件加工变形预测要求,依据影响铝合金航空整体结构件加工变形的主要因素,基于ABAQUS二次开发技术开发航空整体结构件加工变形预测系统。以复杂航空整体长梁结构件为例,针对特定毛坯工件和加工工艺,完成工件的加工变形预测。结果表明:零件在Y方向弯曲变形是该零件的主要变形形式,沿Z方向的弯曲和垂直X方向的扭转变形也不容忽视。案例分析表明,系统能通过参数化和自动化建模完成航空整体结构件加工变形的快速预测,能为工艺人员根据变形量选择航空整体结构件最适合的毛坯材料和加工工艺参数提供依据。

文献[16] 基于有限元软件及其二次开发技术，以某多管火箭炮为依托，编制弹管耦合发射模型和整炮系统发射模型的参数化建模、模态分析和动力学分析插件，实现两种模型的快速参数化建模、模态验证和动力学仿真分析。

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