Lorsque nous ne les tenons pas en main, nos téléphones portables sont rarement à plus d’un bras de distance. Nous les manipulons si souvent qu’il est facile de les faire tomber. Selon une enquête menée par Allstate, environ 78 millions d’Américains ont déclaré avoir endommagé leur téléphone portable en 2023, les écrans fissurés représentant 67% de ces dommages (réf. 1). Votre téléphone peut sortir indemne de certaines chutes et être complètement détruit après d’autres. Comment savoir quelles sont les conditions les plus susceptibles de causer des dommages? La version 6.4 du logiciel COMSOL Multiphysics® introduit une nouvelle fonctionnalité permettant d’effectuer des analyses structurelles en dynamique explicite, notamment pour simuler un test de chute de téléphone.
Présentation des fonctionnalités de dynamique explicite
La fonctionnalité de dynamique explicite introduite dans la version 6.4 de COMSOL Multiphysics® permet aux ingénieurs de simuler des événements transitoires et hautement non linéaires tels que les impacts, la propagation des ondes et le formage des métaux. Ce nouveau cadre de travail permet d’analyser ces événements rapides en utilisant de très petits pas de temps.
Le logiciel introduit deux nouvelles interfaces qui utilisent l’intégration temporelle explicite optimisée pour les déformations importantes, les taux de déformation élevés et les conditions de contact générales impliquant de nombreux objets : Mécanique du solide, dynamique explicite et Treillis, dynamique explicite. La formulation explicite prend en charge un large éventail de lois de comportement non linéaires tels que l’hyperélasticité, la plasticité, la viscoplasticité et le fluage, et peut également être combinée avec des simulations dynamiques de rupture.
La version 6.4 de COMSOL Multiphysics introduit des fonctionnalités de dynamique explicite, permettant notamment de simuler des tests de chute de téléphones portables..
Modéliser un test de chute de téléphone
COMSOL Multiphysics® proposait déjà des fonctionnalités logicielles permettant de concevoir les éléments mécaniques et électriques qui fonctionnent ensemble dans un téléphone portable et de modéliser les réactions chimiques de la batterie. Cependant, jusqu’à présent, il restait un cas de figure important que les utilisateurs ne pouvaient pas simuler: le test de chute.
Simulation d’un test de chute de téléphone portable avec la propagation de la fissure visualisée sur l’écran du téléphone.
L’un des avantages de cette nouvelle fonctionnalité est qu’elle est intégrée à COMSOL Multiphysics®. Un ingénieur qui développe un téléphone portable peut avoir besoin de simuler le téléphone portable dans des scénarios de dynamique implicite et explicite. Par exemple, lorsqu’un téléphone portable est emballé dans une boîte et expédié parmi des dizaines d’autres boîtes empilées les unes sur les autres, la dynamique implicite, caractérisée par des pas de temps plus longs et des phénomènes plus lents, peut être utilisée pour évaluer si le téléphone situé au bas de la pile peut supporter le poids de toutes les autres boîtes empilées dessus. Dans le même temps, les ingénieurs doivent savoir dans quelle mesure les téléphones peuvent résister à une chute. Grâce à cette nouvelle fonctionnalité, une analyse structurelle en dynamique explicite peut être effectuée au sein du même environnement logiciel afin d’obtenir une analyse complète du fonctionnement de l’appareil en conditions réelles.
Simuler des événements à haute vitesse
Le tutoriel Phone Drop Test présenté dans cet article de blog montre comment utiliser la fonctionnalité de dynamique explicite pour identifier les zones du boîtier en aluminium qui seraient endommagées en cas de chute du téléphone et déterminer l’étendue des dommages sur l’écran en fonction de la hauteur de chute. Les utilisateurs peuvent étudier l’impact de l’accélération sur les composants internes en modélisant la propagation des contraintes à partir du point d’impact.
Déformation permanente se développant à partir du coin où le téléphone heurte le sol (à gauche) et largeur de la fissure sur l’écran en verre au dernier instant de calcul de l’analyse (à droite).
Les utilisateurs peuvent également simuler l’évolution dans le temps de différentes quantités énergétiques. L’énergie cinétique totale diminue rapidement au début en raison de la forte accélération lors de l’impact avec le sol. Une partie de cette énergie est dissipée sous forme de déformation plastique irréversible, tandis que le reste est stocké sous forme d’énergie de déformation élastique. Au fil du temps, les vibrations induites par l’impact sont visibles sur le graphique sous la forme d’un échange entre l’énergie cinétique et l’énergie de déformation. L’énergie dissipée augmente en raison de la propagation des fissures et de la viscosité artificielle.
Évolution temporelle des quantités énergétiques, avec l’énergie cinétique tracée en bleu, l’énergie de déformation en vert et l’énergie dissipée en rouge.
L’analyse montre l’énergie cinétique, l’énergie de déformation et l’énergie dissipée dans le graphique, et permet aux utilisateurs de surveiller les termes de stabilisation ajoutés par la méthode, qui restent faibles tout au long de la simulation. L’énergie de contact totale atteint son maximum au moment de l’impact entre le téléphone et le sol.
Faites le test
Testez par vous-même les limites de résistance d’un téléphone portable en cas de chute! Téléchargez le tutoriel Phone Drop Test en cliquant sur le bouton ci-dessous.
Ressources complémentaires
Consultez ces tutoriels d’analyse de structures utilisant la dynamique explicite, disponibles dans la Bibliothèque d’applications:
- Bracket — Structural Mechanics Tutorials
- Objects Falling in a Box
- Seismic Event, Explicit Dynamics
- Indentation of a Cylindrical Battery Cell
Références
- Allstate Protection Plans Finds 78 Million Americans Damaged Their Smartphones in the Last Year. The Nation’s Repair and Replacement Bill Now Totals $149 Billion Since the introduction of the Smartphone. (2024, March 14). Allstate https://www.squaretrade.com/press-release/allstate-protection-plans-finds-78-million-americans-damaged-their-smartphones-last/
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