基于ANSYS/LS-DYNA的曲面手机玻璃抛光仿真分析

有限元学科作为一种新兴的专业软件分析技术，分析数学，材料力学，特别是数字信息技术的快速发展极大地推动了产业和学科进步，本文基于ANSYS有限元显式动力分析软件，模拟抛光时的运动状态，改变聚氨酯材料抛光丝的弹性模量进行多次仿真计算，分析不同弹性模量的聚氨酯抛光丝对抛光时玻璃表面应力和波动率的影响大小。

模拟仿真时应该注意对时步和对沙漏的控制，应尽量避免出现沙漏模态，以确保模拟的准确性和计算效率；网格划分一般分为四面体和六面体网格，系统一般会优先选择四面体网格；材料模型的选择上，本次仿真模拟抛光过程所用的材料是通过选择LS-DYNA的本构模型的基础上修改其中所需参数来进行分析计算的主要参数见表1。

表1　材料参数

本文主要从对比不同弹性模量的聚氨酯与玻璃抛光摩擦时玻璃受到的力学变化分析，并且根据分析后的变化进一步分析单元的等效应力应变云图。下图为4个运动应力变化分别在2 ms、10 ms和20 ms和40 ms的情况下的云图。

图1　不同时刻的应力云图

抛光丝的波动率变化，抛光丝在Z轴方向的位移量会导致表面应力发生大的变化，工件表面的压力不稳定会进一步影响整个工件表面的平整度，在高速转动的情况下会使工件产生脆性断裂，因为聚氨酯抛光丝是一种弹性体，这就要求在选择材料的时候不一定弹性模量越高越好，同时还要考虑其波动率。

图2　10 MPa下Z轴速度变化

图3　20 MPa下Z轴速度变化

图4　30 MPa下Z轴速度变化

图5　40 MPa下Z轴速度变化

由折线图可以较为明显地看出弹性模量在10 MPa和40 MPa情况下波动要大于弹性模量20 MPa和30 MPa。

通过设置不同弹性模量的聚氨酯抛光丝，共进行4组有限元仿真，得出以下几个结论：

1）玻璃等效应力和聚氨酯抛光丝弹性模量成正比，随着聚氨酯抛光丝弹性模量的增加，等效应力也相应增加，而应力增加也对应在抛光时摩擦力增加，相对的材料去除率也就增加；

2）等效应力波动率并非和弹性模量成正比，波动率在10 MPa的时候最小，为36.3%；

3）随着聚氨酯抛光丝的弹性模量的增大，聚氨酯沿Z方向的最大速度逐渐下降，且波动率情况在在20 MPa和30 MPa的时候要小于10 MPa和40 MPa的时候。

综合分析，在弹性模量为30 MPa的情况下，不仅波动率较小，并且还能产生较高的应力，是4组弹性模量中最适合的。

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