第4章 電連接結構仿真分析基本技術

4.1 構建模型

4.1.1 局部或整體建模、模型對稱性、模型簡化

圖4-1所示為一些典型結構的連接器。

1. 局部建模

（1）西門子L9同軸連接器 圖4-2所示是西門子L9同軸連接器。

分析：接觸性能、插拔力。

分析對象：內導體接觸對（插針、內孔），外導體接觸對（簧片、外孔）。

結構分析：關于軸對稱的中心對稱結構；外導體接觸對簧片為6片，內導體接觸對插孔2或4片；每片簧片獨立與外導體孔內表面構成接觸對，插針與內導體孔各片內表面獨立構成接觸對；簧片與外導體孔的配合、插針與內導體的配合產生簧片、內孔片應變、應力。簧片和內孔根部不發生形變。

分析模型簡化：每個簧片、內孔片都是單獨的懸臂梁結構，僅對一個接觸對建模；不建其他部分模型，單獨將簧片進行約束處理。

同軸連接器簧片的應力應變，如圖4-3所示。

（2）環簧連接器 環簧連接器如圖4-4所示。其環簧結構如圖4-5所示。

結構分析：近似中心對稱。

影響對稱性的因素：環簧圈數、螺旋角β。當環簧的圈數越多、螺旋角β越小時，結構越接近中心對稱。

不同建模分析：局部、半模與全模建模分析結果見表4-1。圖4-6所示為局部建模仿真模型。

由表4-1可知，6圈（局部）與半模的平均最大應力分別與全模相差0.69%和0.52%，6圈與半模的接觸力分別與全模相差3%和0.98%。由此可見，采用局部建模即可。

（3）鴨嘴連接器 結構分析：圖4-7是鴨嘴連接器。進行接觸力分析時，鴨嘴連接器為對稱結構（上下、左右），因此可取一個簧片對鴨嘴連接器分析模型進行簡化。如果進行全模分析則需要大量的網格，求解計算時間也會大大增加。圖4-8、圖4-9為鴨嘴連接器化簡的分析模型及應力、應變云圖。

2. 整體建模

（1）金手指插拔力分析 結構分析：金手指連接器中不僅有信號連接端子，還有電源端子，它們的結構不同，接觸、插拔力都不同。同時連接器的插拔力不僅與端子接觸、分離時的摩擦力有關，還與用于定位配合導柱、導軌間的摩擦力有關，因此要進行整體建模分析，如圖4-10所示。

（2）鴨嘴連接器熱—電分析 結構分析：進行熱—電分析時，雖然鴨嘴連接器為對稱結構，但由于中心接觸對與兩端接觸對的電流密度不同，連接器上下兩面所處的（換熱）環境不同，因此采用1/2模型或全模進行分析。圖4-11是鴨嘴連接器熱電分析模型。

4.1.2 清理幾何體/修復

從CAD/CAE軟件導入ANSYS模型，系統進行數據交換時，不同軟件對點線面的定義不同或者在文件格式轉換時出現問題，會導致模型破損、部分缺失等問題，因此有必要對導入模型進行清理和修復。

1. 清理幾何體/修復

目的是處理不完整、破損或不連續的幾何體，處理CAE分析中不必要的幾何細節，把幾何模型分解為便于網格劃分的幾個部分。

2. 典型的幾何缺陷

包括缺少面、狹長面、短邊、尖角、其他。

例如：橫截面缺失導致模型由桿變成了線，或者部分體或面缺失等，必須對這些幾何缺陷進行修復，從而創建密閉體，避免網格劃分時出現問題。

3. 可修復的類型

修復邊、修復孔、修復表面、修復spikes、修復裂縫、修復尖角、修復狹長面。

4. 修復工具

DM中的幾何工具可用來分析、修復、修改/簡化模型，如圖4-12所示。

5. 實例——魚眼端子模型修復

魚眼端子（見圖4-13）在ug、proe中建模，導入Workbench（見圖4-14a）。模型在Workbench中出現問題，進行修復。

直觀上看，導入模型沒有任何的問題，但在DM中放大模型（見圖4-14b）可以看出，本來在端子頭部與簧片連接處應該是一條線，但在導入Workbench后，變成了一個十分小的面，出現這種情況的可能原因是在ug中未進行布爾運算，導致Workbench中將此處當成了兩個體進行處理，導致原本是線屬性的結構變成了面屬性。

（1）修模前、后的網格 從圖4-15a可知，質量較低網格多位于邊上（由于體的邊界導致網格發生了變形）。圖中，左端框處與右端框處結構形狀相同，但右端框中幾乎沒有畸形網格，網格質量沒有問題，而左端框中的網格有問題。刪除由于導入Workbench后附加的小面，將其重新變為一條線。修復后，該處的網格質量得到改善（見圖4-15b）。

（2）單元質量 圖4-16a、b為修模前、后的網格單元質量。

（3）傾斜度 圖4-17a、b為修模前、后的網格傾斜度。

4.1.3 幾何分割

在幾何建模時，各零部件都作為一個整體建模。但在進行某些分析時，同一零部件各部分由于所處的環境不同，其各部分需要進行的參數設置不同，因此需要將零部件進行分割，以實現對同一部件不同位置的參數分別設置。

下面來看一個快插連接器熱電分析的實例。模型中的導體（見圖4-18），一部分在殼體內部，一部分在殼體外部，由于內外的環境不同，應根據不同的換熱方式、條件施加不同的換熱系數。因此，要對導體進行分割，通過面切割，實現導體在不同位置能分別進行參數設置（見圖4-19）。