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Abaqus在优化笔记本硬盘冲击加速度中的应用

员德强辛志峰甄庆娟

联想集团创新设计中心

摘要：本文通过abaqus的动力显式算法对本公司某款笔记本的冲击测试进行了模拟仿真，对比了不同设计方

案对硬盘在冲击过程中的防护情况，从而避免了盲目的制定修改方案，大大提高了效率，节约了成本；同时，也

为以后的笔记本设计提供了相关的依据。

关键字：硬盘冲击abaqus

概述

目前，笔记本的设计理念越来趋向于超薄，超轻的设计理念，众多笔记本制造商也正在努力迎合这种新的理

念；为此，他们不断在笔记本的结构设计，材料应用上大胆创新。然而创新并不是一蹴而就，需要我们不断地试

验，不断地测试，不断地调整，一步一步逼近我们想要达到的目标；在此期间，如果还按以前的做法：设计模型，

制作手板，实际测试，然后再修正手板，或者重做手板，那么就需要昂贵的成本和大量的时间；往往一套手板的

制作费用很高，而且多次测试的不稳定性也较高，花费时间也较长；笔记本减薄以后，对其性能会造成较大影响，

比如硬盘、光驱、主板等器件在冲击、跌落过程中，很可能会失效，这将直接影响笔记本的使用。

在本公司的某款笔记本在设计过程中，硬盘的冲击加速度一直超过其规定值，而通过应用abaqus对多个方案

进行了分析对比，最后找到了可行的解决方案。

CAD模型

笔记本在开机状态下，冲击底面的安装图如图1所示；

图1

CAE模型

图2

加载及边界条件

在冲击台下表面施加幅值大小为122g，时间为2ms，方向垂直向上的半正弦波加速度A，对整个模型施加大

小为1.524m/s，方向垂直向下的初始速度V；如图3所示；

图3

分析结果

1.原始方案（如图4）

图4

结果：由于D壳在冲击过程中变形较大，与冲击台发生了直接撞击，导致硬盘加速度过大，超过规定值（275g）；

2.新方案一：在D壳下增加第五支橡胶垫（如图5）

图5

结果：由于增加了第五支胶垫，对D壳产生了缓冲作用，大大降低了硬盘加速度；

3.新方案二：将原方案的四个胶垫的材料更换为PC+ABS

结果：由于更换材料后，四个胶垫在冲击压缩中变形量降低了，D壳与冲击台的撞击力减少了，所以硬盘加

速度也降低了；

4.新方案三：在原方案的基础上把D壳四支胶垫的相对距离缩小（如图6）

图6

结果：胶垫相对位置缩小，增加了D壳的刚度，所以变形量减小，减小撞击力，降低硬盘加速度；

5.新方案四：把原方案的胶垫材料更换为TPU（弹性模量高于橡胶），同时胶垫加厚1.3mm；

结果：和方案二相似，更换材料后，胶垫变形量降低了，同时胶垫增高后，加高了D壳与冲击台之间的距离，

所以D壳与冲击台的撞击力也会减小，硬盘加速度相应也降低了；

结论

通过图7的曲线对比，我们可以清楚地看到各方案的优化结果，很明显，新方案的硬盘加速度都低于240g，

满足设计要求。

图7

从而得出以下两点结论：

1.在冲击、跌落等动态过程中，D壳的变形量，胶垫的变形量，是我们关心的重要数据；因为通过对它们的

掌握，我们才能判断冲击过程中D壳是否会与冲击台发生碰撞，或者D壳受到碰撞力的大小，从而能够

判断硬盘的加速度大小；

2.当D壳结构材料一定时，合理选取胶垫的厚度、硬度及其间距，都可以调整D壳与冲击台之间的碰撞力

大小，从而保证硬盘受到保护；

给ID设计师提供两条建议：

1.在ID/ME的最初布局中就要考虑胶垫的位置、厚度和材料硬度，这些重要的参数对于后期冲击时，HDD

是否能够得到很好的防护都有很大的影响；

2.在ID/ME阶段，在ME完成3D后，开模前，可以通过仿真分析，提供有效的方案对比和优化建议；

参考文献：

⑴abaqus6.7help

⑵abaqus非线性有限元分析与实例庄茁张帆岑松