一、背景介紹

當(dāng)前，折疊屏手機(jī)已成為流行趨勢。國內(nèi)各大手機(jī)廠商都相繼推出了自己的折疊屏產(chǎn)品，如華為的Mate X系列、OPPO的Find N系列等。手機(jī)能夠折疊依賴于可彎折的OLED柔性屏幕。柔性O(shè)LED屏幕的疊層和材料數(shù)量較多，不同的疊層厚度和材料組合會導(dǎo)致不同的彎折應(yīng)力分布，進(jìn)而影響屏幕的使用性能。采用傳統(tǒng)的設(shè)計分析流程，需要在屏幕結(jié)構(gòu)定型之前對疊層進(jìn)行反復(fù)的尺寸調(diào)整和試驗，以獲得滿足產(chǎn)品使用的結(jié)構(gòu)形式，費時費力。而采用多物理仿真平臺Simdroid無代碼化封裝的仿真APP，可以快速對柔性屏幕不同疊層厚度與材料參數(shù)進(jìn)行對比分析，極大提高了設(shè)計效率，并大大降低了設(shè)計人員的技術(shù)要求門檻。

圖1 市場熱門折疊屏手機(jī)（來自網(wǎng)絡(luò)）

二、仿真APP解決方案

柔性屏幕折疊性能與疊層結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，一般的OLED屏幕疊層包含PET、UTG玻璃、POL偏光片、PANEL層等，各層由OCA光學(xué)膠粘接成一個整體。屏幕彎折方式大多為內(nèi)彎，如Find N系列；華為部分型號為外彎，屏幕朝外。

本案例以某型號內(nèi)彎結(jié)構(gòu)柔性O(shè)LED屏幕為例，介紹柔性屏幕彎折力學(xué)分析的建模過程和APP制作方法，并基于仿真APP完成屏幕的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖2  OLED柔性屏幕疊層結(jié)構(gòu)

1、仿真流程搭建

1) 參數(shù)化建模：模型為左右對稱模型，柔性O(shè)LED屏幕通過泡棉與剛性中框連接，長寬分別取100*5mm，厚度為各疊層厚度之和，將關(guān)鍵的疊層厚度尺寸進(jìn)行參數(shù)化。

圖3 柔性屏幕參數(shù)化建模

2) 材料參數(shù)設(shè)定：OCA光學(xué)膠具有超彈性和粘彈性，是一種不可壓縮材料，采用Mooney Rivlin超彈性本構(gòu)模擬，其它材料皆采用線彈性材料本構(gòu)模擬。定義屏幕各疊層和運動器件的材料屬性。 

圖 4 材料參數(shù)設(shè)定

3) 網(wǎng)格劃分：所有部件皆采用一階六面體網(wǎng)格劃分，各疊層厚度方向一般劃分1-2層網(wǎng)格，面內(nèi)方向彎折曲率大的位置網(wǎng)格密度可加大，其他位置網(wǎng)格密度可適量降低，以提高計算精度同時減少計算時間。

圖5 網(wǎng)格劃分

4) 約束與載荷施加：泡棉一側(cè)與剛性中框粘接，另一側(cè)與屏幕接觸；左側(cè)中框為支撐架，固定不動，右側(cè)中框沿給定軌跡曲線運動加載。

圖6 約束與載荷施加

5) 連接與接觸：定義支撐泡棉與屏幕之間的接觸與綁定關(guān)系，并定義運動器件為剛體。

圖7 連接與接觸定義

6) 求解設(shè)置：創(chuàng)建通用靜力分析步。

圖8 求解設(shè)置

7) 計算結(jié)果查看：彎折后的屏幕呈“水滴”形狀，對稱模型鏡像后完整形狀如左下圖。右下圖是華為Mate X2的屏幕實物彎折效果。 

圖9 柔性屏幕彎折仿真與實物效果對比

查看最大主應(yīng)力和最大主應(yīng)變云圖。

圖10 最大主應(yīng)力與最大主應(yīng)變分布云圖

2、仿真APP封裝

基于Simdroid平臺提供的仿真APP開發(fā)環(huán)境，通過選擇和鼠標(biāo)拖拽的方式搭建屏幕彎折分析APP界面，將屏幕彎折的分析過程進(jìn)行封裝，開發(fā)具有尺寸設(shè)計、分析求解、結(jié)果查看完整過程的一體化仿真APP，如下圖所示。

圖11  OLED柔性屏幕彎折仿真APP界面

用戶可以修改各疊層厚度及材料參數(shù)，一鍵計算，快速得到不同設(shè)計方案的屏幕應(yīng)力、應(yīng)變。APP界面左側(cè)為疊層示意圖，幾何參數(shù)修改面板，疊層材料參數(shù)修改面板，最下方為生成幾何、生成網(wǎng)格和一鍵計算的按鈕。界面右側(cè)為模型展示區(qū)，可查看幾何、網(wǎng)格模型及結(jié)果的最大主應(yīng)力、最大主應(yīng)變云圖。

3、基于仿真APP的疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）基于屏幕彎折仿真APP，計算不同厚度與材料選型下的屏幕應(yīng)力分布情況，并調(diào)整參數(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。初步設(shè)置一組尺寸參數(shù)，從計算結(jié)果可以看出，屏幕彎折過程UTG層最大應(yīng)力達(dá)到1668MPa，超過材料強(qiáng)度，會造成屏幕在彎折過程中的破壞，判斷設(shè)計不合理，需要進(jìn)行調(diào)整。

圖12 屏幕結(jié)構(gòu)初步設(shè)計

2）修改疊層參數(shù)，如減小UTG厚度，選用模量更低的OCA膠等，重新提交進(jìn)行計算。UTG層最大應(yīng)力為964MPa，應(yīng)力水平降低了42%。通過計算可以獲得各疊層的應(yīng)力和應(yīng)變，結(jié)合相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)，可對屏幕破壞風(fēng)險進(jìn)行判斷，也可對不同疊層或材料組合設(shè)計的應(yīng)力風(fēng)險進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋岣咴O(shè)計效率。

圖13 經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化后的計算結(jié)果

三、屏幕彎折仿真APP應(yīng)用

柔性屏幕在電子消費行業(yè)應(yīng)用日趨廣泛，如面板廠商、手機(jī)廠商、電腦廠商、電視廠商等，不同產(chǎn)品的柔性屏幕在結(jié)構(gòu)設(shè)計時都可建立對應(yīng)的仿真APP，將分析過程進(jìn)行封裝，實現(xiàn)產(chǎn)品性能的快速分析，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計。

有了仿真APP的協(xié)助，工程師不再需要進(jìn)行繁瑣及重復(fù)的建模與分析操作，也不需要過多關(guān)注分析原理和計算過程，就可以完成力學(xué)性能符合要求的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計。同時，本需要專業(yè)仿真工程師才能勝任的分析計算工作，可以部分交由設(shè)計工程師處理，減少設(shè)計部門和分析部門之間的迭代次數(shù)，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。歡迎廣大電子消費行業(yè)企業(yè)工程師在線使用仿真APP快速完成柔性屏幕疊層設(shè)計，輔助產(chǎn)品研發(fā)：https://www.simapps.com/v2/engineering-app/all/202791

在線體驗屏幕彎折仿真APP

四、仿真APP賦能每一個工業(yè)品

相較于傳統(tǒng)CAE仿真軟件，基于Simdroid開發(fā)的仿真APP更加靈活易用，用戶可以零門檻低成本、跨平臺跨終端隨時隨地訪問云平臺進(jìn)行仿真分析工作，提升產(chǎn)品研發(fā)效率。

同時，Simapps平臺也支持企業(yè)產(chǎn)商將仿真APP的在線計算界面內(nèi)嵌到官方網(wǎng)站產(chǎn)品宣傳頁，或?qū)⒎抡鍭PP的二維碼植入到產(chǎn)品介紹手冊，為需求端用戶展示產(chǎn)品的科學(xué)設(shè)計方式及產(chǎn)品性能，提供產(chǎn)品使用場景的仿真分析。仿真APP賦能每一個工業(yè)品，助力企業(yè)提升產(chǎn)品競爭力。

五、關(guān)于Simdroid

Simdroid（中文名“伏圖”）是云道智造自主研發(fā)的通用多物理場仿真PaaS平臺，具備自主可控的隱式結(jié)構(gòu)、顯式動力學(xué)、流體、熱、低頻電磁、高頻電磁、多體動力學(xué)等通用求解器，支持多物理場耦合仿真。在統(tǒng)一友好的環(huán)境中為仿真工作者提供前處理、求解分析和后處理工具。同時，作為仿真PaaS平臺，其內(nèi)置的APP開發(fā)器支持用戶以無代碼化的方式便捷封裝參數(shù)化仿真模型及仿真流程，將仿真知識、專家經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為可復(fù)用的仿真APP。歡迎使用Simdroid平臺開發(fā)（定制）屬于您自己的仿真APP：https://www.simapps.com/v2/tool/simdroid