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研究生: 林冠旭
Kuan-Hsu Lin
論文名稱: LCD Monitor的落下試驗與模擬分析
LCD Monitor Drop Test and Simulation Analysis
指導教授: 黃佑民
You-Min Huang
許覺良
Chaug-liang Hsu
口試委員: 林榮慶
Zone-Ching Lin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 88
中文關鍵詞: LCD Monitor落下試驗模擬分析
外文關鍵詞: LCD Monitor, Drop Test, Simulation
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現今電子產品趨於精緻化、小型化,業者所關注的話題是如何節省資源與控制成本。因此除了電子產品本體以外,如何設計出一個包裝精簡,亦能有良好產品保護性能的儲運包裝方式,已是業界討論的重要課題。要讓產品完整的運送到使用者手中,必須借助足夠的緩衝包裝設計來保護產品,以避免在運送途中因碰撞造成產品的毀損。目前市面上最常用的包裝緩衝材料,是以EPS俗稱保麗龍的材料為首,因為其價格也是最便宜的。
驗證產品包裝所設計的緩衝效果是足夠,以往的做法是先以手工打樣,裁剪出想要的包裝物大小、尺寸與形狀,進而實施實際產品的落下試驗,以得到相關的測試數據,來判定產品包裝的緩衝設計是否足以保護產品的安全。本研究是則透過電腦輔助工程的分析,對包裝材料先做模擬分析,再針對實際產品進行落下試驗,了解緩衝材料的變形與受力狀況,最後將落下試驗結果與電腦模擬分析作比較,期能發展出一套試驗與模擬並重的產品包裝設計模式。


With the short life cycle on 3C products, customers now focus more on resources and costs saving than before. Besides cost concerns on product itself, how to design a compact package with a good protection on product becomes an important issue now as well. We need to develop a good design with sufficient protection to make sure product will not be damaged while in transportation and can be delivered to end user with good conditions. Currently the most popular package protection material is EPS, which can provide enough protection with lowest costs than other materials.

The old fashion way to verify whether package protection design is strong enough or not is to make a hand-made sample with desired size and shape; physically to do the drop test to get related testing data; and to verify the design is good enough to protect product itself or not. And this Thesis is using another idea. First of all, using CAE software to do the simulated analysis on protection materials; secondary, doing the drop test with physical goods; last, comparing the data with simulated analysis. By doing this dual methods comparison, we can create a product packaging design model, which can save time and money on first development stage.

目 錄 中文摘要-----------------------------------------------------------------------Ⅰ 英文摘要-----------------------------------------------------------------------Ⅱ 誌  謝V 目 錄-----------------------------------------------------------------------V 圖表索引---------------------------------------------------------------------VIII 第一章 緒論-----------------------------------------------------------------1 1.1 前言------------------------------------------------------------------1 1.2 研究動機與目的---------------------------------------------------2 1.3 研究方法------------------------------------------------------------3 1.4 研究架構------------------------------------------------------------5 第二章 文獻回顧-----------------------------------------------------------6 2.1產品掉落研究-------------------------------------------------------6 2.2包裝材料研究-------------------------------------------------------7 2.3有限元素應用-------------------------------------------------------9 第三章 研究方法-----------------------------------------------------------11 3.1有限元素法----------------------------------------------------------11 3.2 MSC Dytran分析軟體介紹---------------------------------------13 3.3數值理論-------------------------------------------------------------16 第四章 模擬與實驗結果分析--------------------------------------------19 4.1 研究步驟-------------------------------------------------------------19 4.1.1螢幕結構與簡化分析模型的建立-----------------------19 4.1.2 元素、材料與網格的定義-------------------------------21 4.1.3邊界條件與接觸設定--------------------------------------25 4.2數值模擬分析-------------------------------------------------------28 4.2.1數值模擬結果輸出-----------------------------------------29 4.3材料與實機落下實驗----------------------------------------------43 4.3.1保麗龍材料試驗--------------------------------------------43 4.3.1.1實驗器材-------------------------------------------------43 4.3.1.2 實驗步驟------------------------------------------------47 4.3.1.3 實驗數據------------------------------------------------50 4.3.2實機落下試驗-----------------------------------------------56 4.3.2.1實驗器材-------------------------------------------------56 4.3.2.2落下實驗測試樣品-------------------------------------59 4.3.2.3實驗步驟-------------------------------------------------61 4.3.2.4實驗數據-------------------------------------------------65 4.4綜合討論-------------------------------------------------------------74 4.5模擬分析與實物落下試驗比較----------------------------------79 第五章結論與建議--------------------------------------------------------83 5.1結論-------------------------------------------------------------------83 5.2未來研究方向與建議----------------------------------------------84 參考文獻-----------------------------------------------------------------------86 作者簡介-----------------------------------------------------------------------88 授 權 書-----------------------------------------------------------------------89 圖表索引VII 圖1.1模擬之流程步驟4 圖2.1保麗龍原材料(直徑約1 mm)--9 圖3.1有限元素分析之流程圖12 圖3.2有限元素前後處理器之流程圖15 圖3.3運動方程式簡易圖16 圖3.4顯性方程式狀態流程圖17 圖4.1簡化的產品零件圖20 圖4.2等效的作用力於後殼中心-------------------------------20 圖4.3元素的種類21 圖4.4MSC Patran提供數種建立網格的方法--24 圖4.5切割網格的產品零件圖24 圖4.6 主面與從屬面的定義圖------------------------------------25 圖4.7 前殼與面板接觸設定圖------------------------------------26 圖4.8 前、後殼接觸設定圖---------------------------------------26 圖4.9 前、後保麗龍接觸設定圖----------------------------------27 圖4.10 前殼與前保麗龍接觸設定圖-----------------------------27 圖4.11 後殼與後保麗龍接觸設定圖------------------------------27 圖4.12 模擬分析:密度0.018g/cm3/後面(Rear side)-------------29 圖4.13 模擬分析:密度0.018g/cm3/前面(Front side)------------30 圖4.14 模擬分析:密度0.018g/cm3/右面(Right side)------------30 圖4.15 模擬分析:密度0.018g/cm3/左面(Left side)-------------30 圖4.16 模擬分析:密度0.018g/cm3/下面(Bottom side)---------31 圖4.17 模擬分析:密度0.018g/cm3/上面(Top side)-------------31 圖4.18 模擬分析:密度0.018g/cm3/高度91cm(六面)------------31 圖4.19 模擬分析:密度0.020g/cm3/後面(Rear side)-------------32 圖4.20 模擬分析:密度0.020g/cm3/前面(Front side)-----------32 圖4.21 模擬分析:密度0.020g/cm3/右面(Right side)------------33 圖4.22 模擬分析:密度0.020g/cm3/左面(Left side)-------------33 圖4.23 模擬分析:密度0.020g/cm3/下面(Bottom side)----------33 圖4.24 模擬分析:密度0.020g/cm3/上面(Top side)-------------34 圖4.25 模擬分析:密度0.020g/cm3/高度91cm(六面)-----------34 圖4.26 模擬分析:密度0.022g/cm3/後面(Rear side)-------------35 圖4.27 模擬分析:密度0.022g/cm3/前面(Front side)------------35 圖4.28 模擬分析:密度0.022g/cm3/右面(Right side)------------36 圖4.29 模擬分析:密度0.022g/cm3/左面(Left side)-------------36 圖4.30 模擬分析:密度0.022g/cm3/下面(Bottom side)---------36 圖4.31 模擬分析:密度0.022g/cm3/上面(Top side)--------------37 圖4.32 模擬分析:密度0.022g/cm3/高度91cm(六面)-----------37 圖4.33 模擬分析:密度0.025g/cm3/後面(Rear side)-------------38 圖4.34 模擬分析:密度0.025g/cm3/前面(Front side)------------38 圖4.35 模擬分析:密度0.025g/cm3/右面(Right side)------------39 圖4.36 模擬分析:密度0.025g/cm3/左面(Left side)-------------39 圖4.37 模擬分析:密度0.025g/cm3/下面(Bottom side)---------39 圖4.38 模擬分析:密度0.025g/cm3/上面(Top side)-------------40 圖4.39 模擬分析:密度0.025g/cm3/高度91cm(六面)----------- 40 圖4.40 模擬分析:密度0.018~0.025g/cm3/高度91cm(六面) -------------------------------------------------------------------40 圖4.41 前保麗龍應力圖---------------------------------------------41 圖4.42 後保麗龍應力圖---------------------------------------------42 圖4.43 前殼應力圖--------------------------------------------------42 圖4.44 衝擊測試設備外觀圖-1------------------------------------44 圖4.45設備外觀圖-2------------------------------------------------44 圖4.46 程式控制器---------------------------------------------------44 圖4.47測試設備細部結構圖---------------------------------------45 圖4.48 黏土------------------------------------------------------------46 圖4.49 游標卡尺------------------------------------------------------46 圖4.50 三軸向加速規---46 圖4.51 蜜蠟------------------------------------------------------------46 圖4.52 材料厚度為5 cm的試片------------------------------------47 圖4.53 材料厚度為3.7 cm的試片----------------------------------47 圖4.54 安裝三軸向加速規於落錘平台---------------------------48 圖4.55 黏土與試片放置示意圖------------------------------------48 圖4.56 試片與與黏土同時被落錘壓縮---------------------------49 圖4.57 測量黏土壓縮量---------------------------------------------49 圖4.58 最大加速與時間關係圖------------------------------------49 圖4.59 試片厚度5cm、落下高度40cm試驗數據關係圖----------------------------------------------------------------51 圖4.60 試片厚度5cm、落下高度50cm試驗數據關係圖----------------------------------------------------------------51 圖4.61 試片厚度5cm、落下高度60cm試驗數據關係圖----------------------------------------------------------------52 圖4.62 試片厚度3.7cm、落下高度40cm試驗數據關係圖----------------------------------------------------------------53 圖4.63 試片厚度3.7cm、落下高度50cm試驗數據關係圖----------------------------------------------------------------54 圖4.64 試片厚度3.7cm、落下高度60cm試驗數據關係圖----------------------------------------------------------------54 圖4.65 保麗龍材料特性曲線圖------------------------------------55 圖4.66 氣臂式包裝落下試驗機------------------------------------57 圖4.67 氣臂式包裝落下試驗機規格------------------------------58 圖4.68 控制盒上的按鍵---------------------------------------------58 圖4.69 落下擺臂向後退的情形------------------------------------59 圖4.70 17”LCD液晶螢幕前後視圖--------------------------------59 圖4.71 前、後保麗龍外觀圖--------------------------------------60 圖4.72 紙箱外觀圖--------------------------------------------------60 圖4.73 感測器(加速規)黏貼於TFT-LCD面板上---------------61 圖4.74 液晶螢幕包裝實際落下的預備圖片與施測方向-----64 圖4.75 保麗龍密度為0.018 (g/cm3)與91cm落下曲線---------66 圖4.76 保麗龍密度為0.020 (g/cm3)與91cm落下曲線---------67 圖4.77 保麗龍密度為0.022 (g/cm3)與91cm落下曲線---------68 圖4.78 保麗龍密度為0.025 (g/cm3)與91cm落下曲線---------69 圖4.79 保麗龍密度為0.018 (g/cm3)與106cm落下曲線-------70 圖4.80 保麗龍密度為0.020 (g/cm3)與106cm落下曲線-------71 圖4.81 保麗龍密度為0.022 (g/cm3)與106cm落下曲線-------72 圖4.82 保麗龍密度為0.025 (g/cm3)與106cm落下曲線-------73 圖4.83 保麗龍密度0.018 g/cm3與不同落下高度之加速度數據-------------------------------------------------------------74 圖4.84 保麗龍密度0.020 g/cm3與不同落下高度之加速度數據-----------------------------------------------------------------75 圖4.85 保麗龍密度0.022 g/cm3與不同落下高度之加速度數據-----------------------------------------------------------------75 圖4.86 保麗龍密度0.025 g/cm3與不同落下高度之加速度數據 -----------------------------------------------------------------75 圖4.87 落下高度91cm與不同保麗龍密度之加速度數據-----76 圖4.88 落下高度106cm與不同保麗龍密度之加速度數據----76 圖4.89 實機落下與模擬分析/保麗龍密度0.018(g/cm3)之比較-----------------------------------------------------------------81 圖4.90 實機落下與模擬分析/保麗龍密度0.020(g/cm3)之比較-----------------------------------------------------------------81 圖4.91 實機落下與模擬分析/保麗龍密度0.022(g/cm3)之比較-----------------------------------------------------------------82 圖4.92 實機落下與模擬分析/保麗龍密度0.025(g/cm3)之比較-----------------------------------------------------------------82 表4.1材料相關參數表--------------22 表4.2 保麗龍密度為0.018 (g/cm3)與91cm模擬落下數據-----29 表4.3 保麗龍密度為0.020 (g/cm3)與91cm模擬落下數據-----32 表4.4 保麗龍密度為0.022(g/cm3)與91cm模擬落下數據------35 表4.5 保麗龍密度為0.025(g/cm3)與91cm模擬落下數據------38 表4.6 試片厚度50 mm、密度為0.018(g/cm3)試驗數據--------50 表4.7 試片厚度50 mm、密度為0.020(g/cm3)試驗數據--------50 表4.8 試片厚度50 mm、密度為0.022(g/cm3)試驗數據--------50 表4.9 試片厚度50 mm、密度為0.025(g/cm3)試驗數據--------51 表4.10 試片厚度37 mm、密度為0.018(g/cm3)試驗數據-------52 表4.11 試片厚度37 mm、密度為0.020(g/cm3)試驗數據--------52 表4.12 試片厚度37 mm、密度為0.022(g/cm3)試驗數據--------53 表4.13 試片厚度37 mm、密度為0.025(g/cm3)試驗數據-------53 表4.14 落下測試方向定義表---------------------------------------63 表4.15 保麗龍密度為0.018 (g/cm3)與91cm落下數據---------66 表4.16 保麗龍密度為0.020 (g/cm3)與91cm落下數據---------67 表4.17 保麗龍密度為0.022 (g/cm3)與91cm落下數據---------68 表4.18 保麗龍密度為0.025 (g/cm3)與91cm落下數據---------69 表4.19 保麗龍密度為0.018 (g/cm3)與106cm落下數據--------70 表4.20 保麗龍密度為0.020 (g/cm3)與106cm落下數據--------71 表4.21 保麗龍密度為0.022 (g/cm3)與106cm落下數據--------72 表4.22 保麗龍密度為0.025 (g/cm3)與106cm落下數據--------73 表4.23 不同保麗龍密度與不同落下高度之加速度數據------74 表4.24 實機落下與模擬分析之加速度數據---------------------80

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