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以案例出发探索压接设计仿真

来源：线束世界•作者：线束世界-Jimmy•2024-01-24 10:38

这次我们来浅析一下压接仿真，主要对压接仿真设计/仿真搭建/结果分析做一些分析，以优化端子开发及辅助压接设备选型与设计，文章深度较浅&模型为Demo，以作抛砖引玉。

下文分析及图片含文本不代表下述提及技术的最终量产状态，也不代表下述提及技术的普遍或偶然的任何情况，仅做简单的分析和讨论。

压接设计

端子压接区设计和性能影响因素就不赘述了，本文我们侧重压接仿真流程以推导思路，且选择端子M型压接及屏蔽压接环渐开设计的压接进行分享。

屏蔽压接Demo

端子压接Demo

因压接仿真与端子&设备结构设计强相关，推荐此仿真需对压接工程有一定了解后再进行。

压接设备--Schleuniger

接上端子压接区根据关联区域设计(适配线材/端子材料/防水/压接宽度等)完成后，传递至压接设备设计与选型，这里以压接部位为仿真重点，初步仿真主要识别：压接设备吨位选择，刀具设计风险，压接后风险等，本案例忽略刀具强度等因素(主要为简化模型，但实际中不可忽略刀具缺陷如崩刀等，将会是另外的设计与仿真方向)。

因篇幅限制目前先行考虑以上提及的两个参数设计。其中，压接设备吨位选择将在后文进行简单叙述。

刀具设计上，确定线材SCA，一般端子根据端子设计压接后宽度，查STC表后可得初步压接刀具参数，刀具设计压接辅助导向角及支撑角，留足公差间隙后，即可输出第一版刀具模型。

端子压接刀具Demo

被压接部分设计上，主要解决被压接区域材料以及模型简化问题。

材料推荐小伙伴们取材实际使用材料(根据物性表及指定原材料厂商)，并尽可能多的测试对应的力学数据，金属建议标准样块与设计实物分别进行测试后做出测试数据后拟合J-C曲线，橡胶材料建议标准样块与设计实物分别进行测试后做出测试数据拟合M-R曲线或Ogden曲线，当然实物压接后反推上述拟合曲线对数据进行矫正也是必须的。

J-C匹配示意

因设备计算算力与工程适配性需要(毕竟工程设计中一个仿真一直在兜圈子且输出结果不是工程所需，占用太多开发时间往往得不偿失)，推荐对模型进行一定简化。但需特别注意如被简化对象会受压接产生形变等影响(例如非压接区的触点/挂扣等)，建议不简化，简化边界依赖于仿真设计工程师在压接仿真过程中，压力对仿真对象产生的影响有足够的预判与实际刀具的设计经验。

如使用Ansys这里推荐小伙伴们对刀具做片体简化，Abaqus可抽壳处理观感更佳，线缆中屏蔽层推荐按照一定宽度简化成规则形状(此处需根据线材实际进行仿真拟合)。但同上需考虑实际压接过程对屏蔽带来的影响(如压接后屏蔽断丝/超出既定位置等风险)。

另外如是端子压接，实体仿真中线材太多芯线会影响运算效率，推荐大平方线根据芯线绞合后股数进行简化(此处需根据线材实际进行仿真拟合)。

仿真搭建

这部分其实每个组织与个人的习惯都不相同。基本要求仿真前具备一定压接工程经验，仿真环境搭建满足压接实际。

特别的，如使用Ansys，可通过对上刀模增加质量以初步确定压接所需吨位；Abaqus需小伙伴们自行摸索:P

屏蔽压接为例，设计芯线/绝缘层/屏蔽层(含铝箔)/护套接触方式，压接内外套管接触方式，刀具接触方式后即可，摩擦系数根据实际给定，前期可适当放大值以求证极值状态。

设置示意

因前期仿真多建模为理想模型，即对称与忽略小变形，同上仿真前需具备一定压接工程经验，以判断实际工况的与仿真差异，以对模型进行调整仿真不同情况(芯线非对称/刀具非对称/实际工程公差等)。

端子压接中一种极限情况

网格根据小伙伴们设备匹配，推荐前期大网格跑通后再加密，但大网格中网格质量检查不可忽略。

至于求解选择，显式与静态求解均可(与材料数据强相关)，此也可在Ansys培训中印证，本文优先显式方法。

适用范围

结果分析

经过不断的调(试)试(错)后，都会得到一个运算完成结果，小伙伴们切莫不可半场开香槟，往往一个有效的结果才是解决问题的开始~

首先，求解过程中可能会遇到包括但不限于以下情况：

● 刀具下压错误，刀具出现偏摆，错位等；

● 压接后线缆护套损坏；

● 压接无法压接到位；

● 求解器无提示停止求解；

● 等效应力瞬时很大。

下压力不足

解决以上问题的思路：

● 检查材料参数，特别涉及到曲线拟合部分；

● 检查前述提到的压接吨位，即上刀模质量；

● 检查约束情况。

当所有程序问题解决后，我们来针对仿真结果逐层分析，以前述屏蔽压接Demo为例(内套管使用压接整形后模型导入)。

外套管情况：

● 部分区域被压缩；

● 扣合部分区域无法扣合；

● 扣合位置厚度会变薄；

● 上下刀模结合部有堆料倾向。

外套管状态一

外套管状态二

护套情况：

● 部分区域被压缩；

● 存在伸长情况；

● 有向后滑移趋势。

护套状态

屏蔽层情况：

● 部分区域被压缩；

● 部分屏蔽存在前倾情况；

● 复合材料下部分屏蔽存在断裂可能(适配未来纺织屏蔽需求，传统材料此风险较低)；

● 部分屏蔽有脱出外套管的可能；

屏蔽状态--复合材料

屏蔽状态--传统材料

屏蔽位置状态

内套管情况：

● 被进一步压缩，部分面存在干涉；

● 靠近线缆护套方向面存在上翘可能；

● 存在一定位移。

内套管状态

绝缘层情况：

● 整体被压缩；

● 靠近端子尾部一侧存在伸长情况。

绝缘层状态

后续结构设计可依此为基准进行相关设计优化与调整，完成后再次带入进行运算。

同时，仿真结果可同步读取保持力等力学信息。

实际压接图暂不体现，压接结果通过对比分析，仿真数值误差低于控制值(下同)。

端子压接&碎碎念

相对屏蔽压接，端子压接存在更大的变形与非线性，但接触设置相对简单，同前述为得到较为精准的仿真结果，正确的材料/合理的接触/合适的求解缺一不可。

针对单线密封仿真，密封件的材料参数会直接影响仿真收敛性亦或仿真正确性。

端子压接相对于屏蔽压接，整体理论设计逻辑与计算资源更加丰富，仿真可细化规避缺陷的方向，例如：过压/欠压/支撑脚问题/端子断裂等失效问题。

Mecal压接指南

压接不可接受案例

那么下面这个仿真结果如果真实，仿真结果反应了此端子压接的哪些信息呢？需要对结果进行设计改进吗？期待小伙伴们的私信一起讨论~

压接Demo--经过实物验证

端子与关联部件配合(对插/硬连接/软连接)俺认为是连接本质之一，需要打下牢固的基础以实现可靠电连接目标。

后面有时间的话再和小伙伴们再分享电磁压接/超声波焊接仿真的相关内容~

- THE END -

1.Ansys Explicit Dynamics

2.Schleuniger Publicity

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