第4章 电连接结构仿真分析基本技术

4.1 构建模型

4.1.1 局部或整体建模、模型对称性、模型简化

图4-1所示为一些典型结构的连接器。

1. 局部建模

（1）西门子L9同轴连接器 图4-2所示是西门子L9同轴连接器。

分析：接触性能、插拔力。

分析对象：内导体接触对（插针、内孔），外导体接触对（簧片、外孔）。

结构分析：关于轴对称的中心对称结构；外导体接触对簧片为6片，内导体接触对插孔2或4片；每片簧片独立与外导体孔内表面构成接触对，插针与内导体孔各片内表面独立构成接触对；簧片与外导体孔的配合、插针与内导体的配合产生簧片、内孔片应变、应力。簧片和内孔根部不发生形变。

分析模型简化：每个簧片、内孔片都是单独的悬臂梁结构，仅对一个接触对建模；不建其他部分模型，单独将簧片进行约束处理。

同轴连接器簧片的应力应变，如图4-3所示。

（2）环簧连接器 环簧连接器如图4-4所示。其环簧结构如图4-5所示。

结构分析：近似中心对称。

影响对称性的因素：环簧圈数、螺旋角β。当环簧的圈数越多、螺旋角β越小时，结构越接近中心对称。

不同建模分析：局部、半模与全模建模分析结果见表4-1。图4-6所示为局部建模仿真模型。

由表4-1可知，6圈（局部）与半模的平均最大应力分别与全模相差0.69%和0.52%，6圈与半模的接触力分别与全模相差3%和0.98%。由此可见，采用局部建模即可。

（3）鸭嘴连接器 结构分析：图4-7是鸭嘴连接器。进行接触力分析时，鸭嘴连接器为对称结构（上下、左右），因此可取一个簧片对鸭嘴连接器分析模型进行简化。如果进行全模分析则需要大量的网格，求解计算时间也会大大增加。图4-8、图4-9为鸭嘴连接器化简的分析模型及应力、应变云图。

2. 整体建模

（1）金手指插拔力分析 结构分析：金手指连接器中不仅有信号连接端子，还有电源端子，它们的结构不同，接触、插拔力都不同。同时连接器的插拔力不仅与端子接触、分离时的摩擦力有关，还与用于定位配合导柱、导轨间的摩擦力有关，因此要进行整体建模分析，如图4-10所示。

（2）鸭嘴连接器热—电分析 结构分析：进行热—电分析时，虽然鸭嘴连接器为对称结构，但由于中心接触对与两端接触对的电流密度不同，连接器上下两面所处的（换热）环境不同，因此采用1/2模型或全模进行分析。图4-11是鸭嘴连接器热电分析模型。

4.1.2 清理几何体/修复

从CAD/CAE软件导入ANSYS模型，系统进行数据交换时，不同软件对点线面的定义不同或者在文件格式转换时出现问题，会导致模型破损、部分缺失等问题，因此有必要对导入模型进行清理和修复。

1. 清理几何体/修复

目的是处理不完整、破损或不连续的几何体，处理CAE分析中不必要的几何细节，把几何模型分解为便于网格划分的几个部分。

2. 典型的几何缺陷

包括缺少面、狭长面、短边、尖角、其他。

例如：横截面缺失导致模型由杆变成了线，或者部分体或面缺失等，必须对这些几何缺陷进行修复，从而创建密闭体，避免网格划分时出现问题。

3. 可修复的类型

修复边、修复孔、修复表面、修复spikes、修复裂缝、修复尖角、修复狭长面。

4. 修复工具

DM中的几何工具可用来分析、修复、修改/简化模型，如图4-12所示。

5. 实例——鱼眼端子模型修复

鱼眼端子（见图4-13）在ug、proe中建模，导入Workbench（见图4-14a）。模型在Workbench中出现问题，进行修复。

直观上看，导入模型没有任何的问题，但在DM中放大模型（见图4-14b）可以看出，本来在端子头部与簧片连接处应该是一条线，但在导入Workbench后，变成了一个十分小的面，出现这种情况的可能原因是在ug中未进行布尔运算，导致Workbench中将此处当成了两个体进行处理，导致原本是线属性的结构变成了面属性。

（1）修模前、后的网格 从图4-15a可知，质量较低网格多位于边上（由于体的边界导致网格发生了变形）。图中，左端框处与右端框处结构形状相同，但右端框中几乎没有畸形网格，网格质量没有问题，而左端框中的网格有问题。删除由于导入Workbench后附加的小面，将其重新变为一条线。修复后，该处的网格质量得到改善（见图4-15b）。

（2）单元质量 图4-16a、b为修模前、后的网格单元质量。

（3）倾斜度 图4-17a、b为修模前、后的网格倾斜度。

4.1.3 几何分割

在几何建模时，各零部件都作为一个整体建模。但在进行某些分析时，同一零部件各部分由于所处的环境不同，其各部分需要进行的参数设置不同，因此需要将零部件进行分割，以实现对同一部件不同位置的参数分别设置。

下面来看一个快插连接器热电分析的实例。模型中的导体（见图4-18），一部分在壳体内部，一部分在壳体外部，由于内外的环境不同，应根据不同的换热方式、条件施加不同的换热系数。因此，要对导体进行分割，通过面切割，实现导体在不同位置能分别进行参数设置（见图4-19）。