CAE仿真在手机等电子科技行业的应用

手机行业是一个技术门槛高、竞争激烈的行业。随着移动互联网的发展，人们对手机的功能需求越来越多，现代手机内部结构越来越复杂，其更轻更薄的发展趋势，需对手机的内部空间进一步压缩，这带来了更多的设计问题。CAE技术的发展，使其在各行各业得到了广泛的使用，CAE技术与工程经验相结合，可以有效地解决一些技术上的难点和问题，降低开发成本，缩短开发周期从而提升产品的市场竞争力。

CAE仿真技术在手机产品设计、制造中的应用大体如下图所示：

以下是CAE仿真技术在手机设计、制造中的一些典型的应用场景：

1）跌落分析

手机跌落现象很容易导致手机外壳擦伤、屏幕摔碎以及主板上的零件松动，影响手机的正常使用，这无疑对手机的结构设计提出了更高的要求。

手机跌落分析主要关注结构的冲击强度、关键结构件的强度、连接可靠性和失效分析，通过仿真模拟可以计算出整机不同角度跌落过程中LCD、LCM模组、PCB板上芯片应力和应变，以此评估出零部件的失效风险。

CAE技术不仅可以优化手机结构，提高产品质量；还可以大幅度减少试验次数、降低测试成本。

2）钢球冲击分析

如今，触屏技术已经成为手机市场的主流，继iphone之后，各具特色的触屏手机层出不穷，在这激烈的竞争中，触摸屏技术的获胜者必将是触控潮流的引领者。触屏手机的使用者必须用手指或者其他物体来触摸安装在显示器前端的触摸屏。因此，使得有必要评估一下手机的抗击能力。

通过CAE技术来模拟钢球撞击触摸屏，分析触摸屏的受力大小，可以评估出触屏的强度是否满足设计要求。

3）静压分析

手机是由上百个零配件组成，使用CAE技术可以快速地模拟不同工况下屏幕及外壳的承载能力，检查复杂手机模型的结构，评估主要承载部件：IC、TP、前壳、外壳等是否有损坏风险。对部件变形及材料失效处，进行原因分析，提出并实施优化方案。

仿真分析可以有效的避免许多物理试验，并节省数月开发时间，最终成功地将产品推向市场。

4）模流分析

CAE软件不仅可以对最佳浇口位置、流动分析、缩短成型周期、翘曲分析，这四个方面进行有限元分析，以此实现精准预测实际生产的产品的短射位置。还可以解决因热固性塑料的反应过程较热塑性塑料复杂而导致的外壳模型成型困难的问题，最终调成出最佳的设计及成型参数。

5）热仿真

随着智能手机的发展，多核手机的出现，手机的性能越来越高，随之而来手机发热成为智能手机普遍的问题。这样不仅影响舒适感，也影响了手机的性能以及使用寿命。手机的主要热来源是芯片，芯片过热导致其提前失效，而芯片的失效又将引起整个设备鼓掌。芯片温度越高，将越早失效且更易出故障。所以手机的散热性能被认为是制约其发展的关键因素之一。

通过对手机表面温度、各元器件温度、手机散热，进行热仿真分析，可以改善智能手机温升和散热难题。

6）振动仿真

手机振动仿真测试就是模拟手机在运输、安装及使用环境下所遭遇到的各种振动环境影响，用来确定手机是否能承受各种环境振动的能力。

7）疲劳仿真

手机的按钮及屏幕是常用部件，手速比较高的朋友每天可以按Home键上百次，一年就是上万次，对于Home按钮这样的部件肯定是要做疲劳分析的，来确定所选用的材料与设计是否达到疲劳寿命的要求，比如百万次大力按击，或者直接达到无限疲劳寿命需求。

手机上的各种卡扣、插口等在使用过程中会经历频繁插拔等过程，其设计中同样需要进行静力和疲劳分析。

8) 电磁干扰分析

电磁干扰实验是非常昂贵的，单单建造一个电磁干扰实验室可能就要好几个亿，每次使用时候的费用也是贵的惊人。电磁干扰仿真就能很准确地预测手机各元器件在使用过程中可能会产生干扰的频率与影响，将电磁共振与耗散的发生几率降到最低。

9) 电源设备仿真分析

电源设备的仿真分析同样属于电磁场分析，如从直流电源到交流电源的各种转换，电源的质量好坏都可以在设计阶段就分析出来。手机里面的各种电路也很多，模拟的，数字的，混合的，都可以在通过仿真来验证其性能与功能指标。手机里面内置的各种传感器也会在仿真框架下进行分析验证。

10) 声学仿真

手机最常用的还是打电话，放音乐，视频音频功能，那么对手机扬声器设备的仿真分析就必不可少了，在什么样的功率下能得到最好的音质与音量，这些结果都可以从声学仿真中得到。

11) 光学仿真

光学仿真可以对光学摄像头接收电磁波的不同频率部分进行分析处理，达到最优的拍照或视频效果。在黑夜效果中，光电磁场功率很低的情况下，图像采集硬件如何更好地获取质量最好的图片，都可以通过光学仿真分析得到。

随着电子产业的迅速发展，电子厂商正面临着越来越多的挑战。电子产品更新迭代周期短，为了快速适应技术发展和新技术推广的时间优势，需要加快产品的设计速度。随着电子产品功能不断完善和增加，产品的复杂程度越来越高。传统的物理实验不仅耗费大、周期长，且对于复杂问题无法较好进行模拟。为了适应复杂产品设计需要，降低产品成本，提高产品设计和生成效率，缩短产品周期，CAE仿真技术在电子行业的应用越来越广泛。电子行业属于高科技行业，随着全球科技战争越演越烈，很多国内厂家被欧美列入贸易清单，给国产CAE仿真软件的发展提出了挑战，同时也带来了新的发展机遇。相信借助这几年国内自主CAE行业的快速发展，未来，电子行业必将大规模应用国产软件进行仿真设计，解决更多行业高难度和复杂问题。

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