基于有限元模拟柔性织物键盘开关的疲劳寿命

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sansyl
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柔性织物键盘开关作为智能纺织品的一种,由金属丝和绝缘纱线共同织造而成。它既保留了传统纺织品柔软、透气的特征,又具备电子器件控制电路通断的功能。可以将其织入服饰或家用装饰材料,用来拨打电话、控制照明和其他电子设备。因此柔性织物键盘开关会在可穿戴纺织品领域发挥举足轻重的作用,其具有十分广阔的发展前景。伴随柔性织物键盘开关研究的逐渐成熟,且使用范围越来越广泛,随之而来的是对柔性织物键盘开关的性能要求越来越高,在提高其稳定性与服用性外,其疲劳寿命也是衡量柔性织物键盘开关的一个重要因素。近年来,不少学者从各个方面对纺织材料结构的疲劳性能进行了研究,这对材料结构使用寿命及材料疲劳性能的改进等提供了重要的理论依据。然而对柔性织物键盘开关疲劳寿命的研究较少。本课题主要研究柔性织物键盘开关的疲劳寿命性能。本课题使用万能强力测试仪测试出涤纶纱线的弹性模量及断裂强度,在50%、60%、65%、70%、75%、80%及85%应力水平下对涤纶纱线进行拉伸回弹测试,得到涤纶纱线的疲劳寿命曲线。应用复合材料精密寿命测试仪对柔性织物键盘开关进行寿命测试,得到其在按压30000左右次数下寿命最好。其次,采用有限元分析软件ANSYS Workbench分析及假设柔性织物键盘开关组织结构,建立三维柔性织物键盘开关几何模型,根据疲劳实验情况对几何模型进行材料属性设置、网格划分、边界条件设置及疲劳模块设置,以"SN-None"平均应力水平理论计算得到柔性织物键盘开关的应力分布、疲劳损伤形态。最后,对比实验与有限元分析结果,有限元计算寿命为45000左右,大于实验结果,因为测试涤纶纱线回弹次数大于柔性织物键盘开关中纱线的按压次数,主要是由于忽略了柔性织物键盘开关中纱线间的相互作用力。有限元分析表明柔性织物键盘开关的按压中心区域以及孔洞部分与支撑部分连接处的承受载荷较大,其他区域相对较小。有限元分析结果中,模型疲劳损伤大部分出现在孔洞部分中心区域,说明该区域是应力集中处,受力后先发生疲劳破坏。疲劳实验结果中纱线的主要破坏模式是纱线蠕变,大部分出现在孔洞部分的中心区域,这对分析柔性织物键盘开关提供了重要的依据,证明了有限元分析的准确性。
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