随着技术的发展，人们对产品的防护等级要求越来越高，尤其是在电子产品中。如何使用有限元软件进行防水性能的研究，为产品设计提供指导呢？以往我们总是通过接触压力判断是否渗水：如果接触压力大于渗水时的临界压力，则防水性能可靠，否则不可靠。这种方法很容易理解，但是结论通常是不可靠的。Abaqus提供了一种名为压力渗透（Pressurepenetration）的方法，利用该方法可以进行防水性能研究。

 我们通常所说的IP防护等级，IPXX，前一个数值代表防尘等级，后一个数值代表防水等级。下图为防水等级说明。好的手机已经能够做到防水等级7或者更高，放在1米水深30分钟没有水侵入。

图1 防水等级说明

 今天，有限元科技小编通过一个例子讲述如何使用Abaqus有限元仿真分析软件的压力渗透来进行电子产品的防水性能研究，并通过结果说明以往的利用接触压力判断是否渗水为什么不可靠。

模型如图所示，模型中包含两个分析步：

图2分析模型

 Step1：底部刚性平板固定，顶部刚性平板施加向下的位移模拟压缩；

 Step2：左侧表面施加流体压力，并定义压力渗透模拟顶部接触的防水性能。

 由于模型中的接触比较多，可以使用通用接触进行定义，但是压力渗透必须是基于接触对定义的。定义方式如下：首先定义一个接触对，然后在接触中选择Pressurepenetration，www.featech.com.cn在弹出窗口中选择之前定义的接触对。

图3选择Pressurepenetration

图4定义Pressurepenetration

 其中：

 RegiononMaster和RegiononMaster分别为主面和从面暴露在流体下的节点。如果主面为解析面，主面节点为空。如果有多个渗透区域，可以通过+号进行添加多个；

 CriticalContactPressure为临界接触压力，一旦接触压力小于该临界压力，压力渗透就开始发生。该值通常通过试验测试得到，本例设为0；

 FluidPressure为流体压力，和图2中定义的压力一致；

 Penetrationtime：www.featech.com.cn当压力渗透准则满足时，如果立即施加全部的流体流体压力，则接触表面附近的应变过大可能导致收敛困难。对于大应变问题，也可能发生严重的网格畸变。因此，为了获得平滑的解，流体压力在该段时间内从零慢慢地升高全部压力载荷。可以为默认的Ramp，也可以自定义幅值曲线。

 分析结果：

 第一个分析步结束时的顶部接触压力如下，如果按照以往的经验，接触压力大于0说明具有一定的防水能力。

图5顶部接触压力分布（第一个分析步结束时）

 实际上，在流体渗透的作用下，顶部已经完全丧失了密封能力，如图6，第二个分析步结束时的顶部接触压力分布，这时候的接触压力为0，流体已经弯曲渗入了。

图6顶部接触压力分布（第二个分析步结束时）

 为了更为方便的观察流体渗入的情况，可以将结果切换到渗透压力（PPRESS）。从下图可以明显的观察到顶部接触面中流体的渗入情况，在分析步结束时，接触面之间已经充满了流体，也就是说完全丧失了防水能力。

图7流体渗透压力分布（左图分布时间为0.222，右图为分析步结束时）

 结论：

 Abaqus的Pressurepenetration利用接触对可以方便的定义，利用该功能可以很方便的研究结构的密封性能。通过CSTRESS和PPRESS变量输出结果，可以方便的查看流体渗透情况。

电子产品更新越来越快，合理利用有限元分析方法来提升产品核心竞争力将是未来的趋势。

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