笔记本电脑铰链支架过载断裂CAE仿真

笔记本电脑转轴（也称为铰链/合页），是笔记本主体与屏幕之间的连接件，如下图所示（图片来源于网络）。当我们把屏幕打开到最大角度，继续向外掰，转轴可能会发生断裂。转轴断裂时所能承受的最大扭矩，通常用来评价其承受过载的能力。

转轴仿真模型

转轴简化模型如下，一端固定，另一端绕轴线转动。最大角度位置，限位块接触。假设材料屈服强度1000MPa，抗拉强度1200MPa，断裂伸长率8%.

采用abaqus模拟断裂失效，需要设置材料失效准则。如果不设置材料失效准则，网格变形会一直增大，而不会出现断裂。延展性材料失效准则（Ductile criterion），包括初始损伤（Damage Initiation）和损伤演化（Damage Evolution）。初始损伤，除了指定断裂时的塑性应变之外，还可以设置应力三轴度（stress triaxiality）和应变率（equivalent plastic strain rate）。

其中，应力三轴度η= -p/q，详见abaqus帮助文档。 p代表压力，是静水应力的负值，压力为零时，代表纯剪切状态。关于静水应力，详见本站理论知识“FEM10-位移/压力混合插值单元”。

过载仿真结果

分别做了两个仿真方案：
Sim A——不设置材料失效，implict算法。
Sim B——设置材料失效，explicit算法。
扭矩-转角曲线对比如下：

通过对比，可以发现：
没有设置材料失效的仿真模型，随着转角加大，力矩一直增加，无法准确预测出断裂力值。
设置了材料失效的仿真模型，力矩达到最大值1400Nmm之后急剧下降，反映出断裂力矩是1400Nmm。

两种方案在1400Nmm载荷时，显示的最大塑性应变的位置也不一样。设置材料失效的仿真模型，更接近实际情况。

最后，看一下断裂仿真的动画: