拔出力的案例
關于椎弓根釘拔出力的有限元及試驗研究
Kourkoulis；
標題為：A parametric study of cylindrical pedicle screw design implications on the pullout performance using an experimentally validated finite-element model
此文系統研究了螺紋主要參數：包括牙傾角、牙高、牙尖寬、螺距、內徑、外徑等對椎弓根釘拔出力的影響。
主要結論如下：1，試驗測得的CDH7.5,CDH6.5 和 TL-Java5 螺釘的拔出力分別為：438±2, 382±3 and 315±4N；
2，有限元模擬結果與試驗結果吻合較好，二者的差距小于0.1%；
3，通過有限元模擬得出了拔出力隨外徑變化的公式，拔出力隨牙傾角變化的公式；
4，牙傾角為-5°和5°時，牙高由0.5至0.75mm變化時，拔出力增加；
5，當螺距由1.89至2.7mm變化時，拔出力逐漸減小；
6，給出了拔出力關于螺距和螺紋圈數的函數關系式。
【Chatzistergos P E, Magnissalis E A, Kourkoulis S K. A parametric study of cylindrical pedicle screw design implications on the pullout performance using an experimentally validated finite-element model[J].
展開 CPA的拔出力結構優化
USCAR對CPA有插入力和拔出力的要求。
目前公司的一款CPA，實際測試中，其插入力為4N左右，拔出力為3~4N。插入力滿足標準要求，而拔出力過小需要優化增大。現模擬實際裝配中的插入拔出過程，并優化結構。
模擬插拔過程。插拔后殘留應力小，插拔過程中最大應力為81.8Mpa，無問題。
模擬插拔過程，得出最終的插拔力數據。插拔力5.53N，拔出力為4.063N，與測試值基本一致。
通過反復優化拔出結構的角度，拔出力能達到10N以上。
在插拔過程中，最大應力達82.3Mpa,無問題。
模擬插拔過程，得出最終的插拔力數據。插入力6.39N，拔出達11.8162N。
展開 耳機連接器的插拔力分析
這是早年做的案例，電子消費類連接器的插拔力分析。
插拔力分析是帶摩擦的接觸分析，求解時需要打開大變形效應選項和求解預測器。
耳機連接器的提供插拔力主體部分（四個端子），接觸方式采用剛對軟的接觸方式。
耳機連接器的有限元模型根據具體的連接器結構，分為單雙側模型。
耳機連接器的插拔力量分析結果：
分析出的插拔力曲線（第一次插拔）：插入力=13.0636N，拔出力=4.57657N
分析出的插拔力曲線（第三次插拔）：插入力=6.40533N，拔出力=4.37987N。
耳機連接器的插拔力實驗結果：
實驗出的插拔力曲線：插入力=0.62*9.8=6.076N，拔出力=0.44*9.8=4.312N
第一次插拔分析曲線的誤差：插入力=115％，拔出力=6.14％
第三次插拔分析曲線的誤差：插入力=5.42％，拔出力=1.57％
可以得知第三次插拔分析的準確率很高。
耳機連接器的插拔力實驗結果（雙側模型）的分析仿真結果與試驗結果對比：
插入力：
分析結果：6.98N 實際實驗結果：0.736*9.8=7.2128N
分析誤差：(7.2128-6.98)/7.2128=3.23%
拔出力：
分析結果：8.20N 實際實驗結果：0.818*9.8=8.0164N
分析誤差：（8.20-8.0164）/8.0164=2.3%
結論：采用有限元方法分析出來的插拔力值及曲線較符合試驗結果。
展開 案例分享 | 連接器結構幾何參數優化
對于插入過程，在最大插入力下存在良好的擬合。遺憾的是，所需的插入力變化曲線擬合不佳。這是由于建模的接觸區域的圓形表面，難以實現插入力的線性增長。相反，拔出過程的擬合度極佳。最大保持力和力變化都被較好的標定。圖7 所示的是連接器的最優設計。
容差分析
在連接器優化中，插入力和拔出力的絕對值是關鍵設計指標。例如當存在裸露的載流部件時，過低的拔出力可能會威脅生命。因此，在優化后應控制實際存在的幾何加工參數偏差對拔出力的影響。
因此，需要通過容差分析來研究輸入參數偏差將會如何影響力變化曲線、最大插入力100N 和最大拔出力150N，容差可能出現在材料、載荷或幾何結構方面。在本案例中，研究15個幾何參數的容差對插入、拔出力峰值和力變化曲線的影響。首先對15 個幾何參數定義了相等的2% 變異系數（CoV）和正態分布特征。幾何參數的基準值是之前直接優化得到的最優設計值。結果變量仍然是導出的力-迭代曲線，根據信號間隔提取的向量，以及最大插入力與拔出力。使用已在Ansys Workbench中使用過的相同全參數化2-D CAD模型進行仿真。15項幾何參數已在設計實驗（100種設計，ALHS）中定義。與敏感度分析相似，應明確結果變量與輸入參數之間的影響關系。
表1：容差分析得出的最大插入力、最大拔出力的正態分布統計值列表
表1列出了最大插入力和最大拔出力的正態分布統計值。
展開 
接觸力學徐秉業譯下載
進而，研究人員建立了吸附模式分區圖，給出了界面增強/減弱的臨界粗糙度，并揭示了吸附增強/減弱的力學機理（圖2c）。當表面粗糙度較小時，在拔出過程中接觸區內出現起伏狀壓強分布，使得拔出力增大；而當表面粗糙度較大時，由于粘著應力存在上限，在拔出過程中局部界面出現空化，形成吸附屏蔽區，使得拔出力減小。這些認識表明在后續發展粗糙表面吸附接觸的簡化模型時，必須放棄緊密接觸條件，并約束粘著應力的最大取值。
圖2表面粗糙度對拔出時吸附接觸行為的影響：(a)拔出力、(b)表面間距分布和(c)壓強分布
該研究不僅系統地揭示了表面粗糙度對界面吸附行為的影響機制，還為吸附接觸力學模型研究提供了新思路。論文通訊作者為鄭志軍副教授。論文第一作者朱玉東自本科開始研究Guduru問題，獲得中國科學技術大學2018年度校級優秀畢業論文獎，并保送碩博連讀，現為博士研究生。
下載地址：接觸力學徐秉業譯下載
展開 有限元法在椎弓根釘強度中的應用
可以看到，當拔出距離達到 2.5mm 時，所有與螺釘法相接觸的骨質單元所受的 Mises 應力全部達到了松質骨屈服強度， 螺釘拔出力達到穩定數值。通過輸出支反力，可以得到拔出過程中的軸向約束反力-位移曲線，在數值上與施加的拔出力-位移載荷相等。
驗證
為了使有限元仿真實驗得出的結果與真實的力學實驗盡量一致， 我們將仿真和實驗得出的拔出力-位移曲線進行比對。如圖 3 所示。可見，仿真與實驗結果在拔出力上升段吻合較好，只是由于在材料屬性設置中只模擬了松質骨的屈服，沒有模擬由于骨小梁斷裂引起的松質骨失效，所以仿真得出的拔出力-位移曲線沒有失效后的下降過程，但這并不妨礙本文提出的仿真模型對于椎弓根釘拔出強度的預測。故本算例仿真結果可滿足大部分椎弓根釘強度研究問題，為多對照組、不易進行實測實驗的椎弓根釘強度優化問題提供了廉價、快速、足夠精確的研究方法。
展開 如何利用 HyperMesh 軟件，對椎弓根釘軸向拔出的過程進行模擬
當螺釘拔出 0.5mm 和 2.5mm時，分別得到的骨質模型內部應力分布如圖 所示。可以看到，當拔出距離達到 2.5mm 時，所有與螺釘法相接觸的骨質單元所受的 Mises 應力全部達到了松質骨屈服強度， 螺釘拔出力達到穩定數值。通過輸出支反力，可以得到拔出過程中的軸向約束反力-位移曲線，在數值上與施加的拔出力-位移載荷相等。
結果與分析
驗證
為了使有限元仿真實驗得出的結果與真實的力學實驗盡量一致， 我們將仿真和實驗得出的拔出力-位移曲線進行比對。如圖 3 所示。可見，仿真與實驗結果在拔出力上升段吻合較好，只是由于在材料屬性設置中只模擬了松質骨的屈服，沒有模擬由于骨小梁斷裂引起的松質骨失效，所以仿真得出的拔出力-位移曲線沒有失效后的下降過程，但這并不妨礙本文提出的仿真模型對于椎弓根釘拔出強度的預測。故本算例仿真結果可滿足大部分椎弓根釘強度研究問題，為多對照組、不易進行實測實驗的椎弓根釘強度優化問題提供了廉價、快速、足夠精確的研究方法。
展開 Ansys Workbench工程應用之——結構非線性（下）：狀態非線性（4）過盈配合
3 如何求得壓入力或拔出力？
對于小過盈或過渡配合，通常使用壓力機等設備壓入軸，圓柱銷通過拔銷器拔出。我們較關心在一定的過盈下，壓入力或拔出力至少需要多大。這是通過在過盈計算的基礎上，對軸或環施加軸向強制位移，通過查看位移的支反力求得最小壓力/拔出力。
實例2 在實例1的基礎上計算銷軸的拔出力或壓入力。
Step1 邊界條件與分析設置。
設置載荷步為2步，子步設置如下圖，關閉弱彈簧，打開大變形。
默認第1載荷步計算界面數值偏移或者模型過盈，第2載荷步對軸施加軸向5mm的Y向強制位移，X向自由。
使用遠程約束控制環的外圈，遠程約束中所有方向均為0。
接觸算法使用法向拉格朗日。
Step2 結果后處理。
在結果中插入探針——力反應，設置屬性，結果如下。
可見Y方向最大反力為110000N，即至少需要110000N的力才能拔出或壓力銷軸。
4 如何求得冷縮裝配的冷凍或加熱溫度？
過盈裝配也常用冷凍銷軸或加熱孔環的熱脹冷縮方法裝配，所以過盈裝配也經常被稱為冷縮裝配。WB使用靜態結構便可計算出冷凍或加熱溫度。材料受熱后膨脹的性能參數由熱膨脹系數表示，如果實際熱膨脹系數與材料庫中不同，應按實際參數修改。
實例3 實例1中的孔軸裝配采用冷凍軸的方法，環境溫度為22℃（默認），求此時需要將軸冷凍到多少℃才能輕松裝入孔中。
Step1 邊界條件與分析設置。
在實例1基礎上，設置載荷步為2步，子步設置如下圖，打開弱彈簧。
默認第1載荷步計算界面數值偏移或者模型過盈，第2載荷步對軸施加熱條件，如下圖。
使用遠程約束控制環的外圈，遠程約束中所有方向均為0。
接觸算法使用法向拉格朗日。
Step2 結果后處理。
在結果中插入接觸工具——壓力，結果如下。
可見在1.35s作用接觸壓力降低為0，即第二載荷步的35%。
展開 全自動插拔力試驗機簡介及應用
</li></ul><h1><strong>慧通測控全自動插拔力試驗機介紹</strong></h1><p class="ql-align-center"><img src="https://q8.itc.cn/images01/20250522/44e3f46eb22b488a84268478e4d412ad.png" height="264" width="640"></p><blockquote>產品型號： <a href="https://www.whirltone.com" rel="noopener noreferrer" target="_blank">全自動插拔力試驗機WH-1207-5S</a></blockquote><blockquote>測試對象：適用于各種連接器的插入力及拔出力測試</blockquote><blockquote>技術參數</blockquote><blockquote>工位數：5</blockquote><blockquote>傳感器：2kgf、5kgf、10kgf、20kgf、50kgf（任選其一）</blockquote><blockquote>荷重解析度：1/100000</blockquote><blockquote>傳感器精度：±0.2%</blockquote><blockquote>行程解析度：0.001</blockquote><blockquote>喉深：150mm</blockquote><blockquote>兩工位間距：200mm</blockquote><blockquote>Z軸有效行程：1000mm</blockquote><blockquote>行程精度：±0.02mm</blockquote><blockquote>測試速度：1~300mm/min（option 1~1000mm/min）</blockquote
展開 ABAQUS參數化建模仿真并求出三維響應曲線的仿真分析
鑒于此本文以一個簡單的ABAQUS聯合Python的參數化聯合建模仿真技術說明上述論點，并給出合理結論。
2問題描述
以市場上常見的圓珠筆蓋結構的優化為案例切入，一個經過簡化的具有出點的鏤空筆體和筆蓋的裝配模型如圖1所示，其中圖1（a）表示筆蓋，圖1（b）表示筆體。我們知道，筆蓋上的觸點數目和筆體材料厚度是決定筆蓋拔出力的關鍵因素，因此設計通常關注筆蓋和筆體之間設計一些相互配合的卡槽結構來提供所需的拔出力。另外，模型中的基本尺寸參數如表1所示。
圖1模型基本幾何尺寸
表1模型基本尺寸參數
筆蓋內徑
觸點交叉角
筆體鏤空長度
筆體/蓋楊氏模量
接觸點上段距筆體上邊緣
接觸點下段距筆體下邊緣
12mm
120°
6mm
2300MPa
4mm
3mm
3參數化建模
3.1幾何特征進行參數化建模
對該模型進行幾何特征進行參數化建模。通過第模塊進行分區，利用Python使用abaqus默認的參數程序進行建模過程。根據模型周期對稱的特點，建立如下圖2所示的簡化模型進行分析。利用參數化建模有兩個關鍵點：其一，需要提前計算好幾何關鍵點的坐標，如圖3右圖所示；其二，需要使用旋轉切割的方式生成筆體鏤空的幾何特征。文中利用參數化建模的命令放在附件1中，部分參數化建模如圖3所示，這里應注意CAE分析中網格的大小及匹配情況對計算結果影響較大，因此需要對模型進行適當的切分來保證網格質量，比如筆體在厚度方向上至少具有三層以上的網格以保證正常的應力應變的傳遞，網格劃分的參數化建模及提取支反力的過程如圖4-5所示。
展開 CAE在連接器插拔力分析中的應用
插拔力是指將互相配合的公母兩端電子連接器進行插入和拔出所需要的力量。插拔力是連接器的重要機械性能與參數，其大小影響連接器使用的手感與其連接器內部設計的結構。依據EIA-364-13C（國際電氣協會插拔力測試規范）標準，插入力不得大于額定值，確保使用者不至于很難插入適配頭，而拔出力不得小于額定值，放置在各種復雜場合松脫或掉落，造成設備連接中斷及損壞。
通過CAE仿真對連接器插拔力進行分析，為進一步改進結構設計提供了理論依據，為連接器行業在提高可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。以下為有限元科技為某連接器企業做的插拔力項目分析。
展開 
基于多體動力學的懸架零部件載荷分析
3.2 最大制動力工況
圖14 制動工況受力圖
汽車在水平路面上制動時，受到一個慣性力作用在其重心，方向與速度方向相同，大小為ma，a取最大制動加速度g。
前懸單側車輪制動力為：
Ff=1/2×ma×μ=4890.28N
由后輪接地點力矩平衡方程得：
Wf=1/2×(ma×h+mg×b)/L=5455.4N
3.2 最大側向力工況
當汽車達到側翻臨界狀態時，側翻方向車輪的垂直反力和側向力達到最大，左側的車輪不受力。
圖15 最大側向力工況受力圖
臨界右側翻時，對于剛性汽車，由力矩平橫可知，汽車右輪所受的最大總側向力為：
Fy=ma=(mg×B/2)/h=13818N
對于帶懸架的汽車，由于側傾引起汽車質心位置的偏移及外側輪胎的彈性變形使輪胎接地中心向內偏移，使輪距B減小，根據經驗取Fy的0.9倍作為最大側向力。
由后懸右輪力矩平衡可知，前懸架右輪所受最大側向力為：
Fyf=0.9Fy×b/L=6660.57N
4.仿真結果和結論
將以上工況靜力分析結果加載到前懸上進行仿真，仿真結果如下表所示：
表3 各工況前懸零部件載荷仿真結果
從表中可以看出橫拉桿球頭的拔出力與擠壓力都很小，可以不作技術要求，下擺臂襯套及球頭不同工況下的最大受力都較大，應作技術要求以保證汽車的安全性。下擺臂前襯套可以軸向安裝力不小于10KN作為技術要求；下擺臂后襯套可以軸向安裝力不小于5KN作為技術要求；下擺臂球頭可以抗拔出力不小于5KN，抗擠壓力不小于25KN作為技術要求。通過本文方法，利用LMS Motion多體動力學方法計算出關健零部件的載荷，能使整車廠向相關供應商提出更加合理、精確的技術要求。
展開 防塵蓋塑料彈片的設計仿真
模擬其插入插座及拔出的過程，進而得到其插拔壽命和保持力。
原始模型見下圖，我們對初始模型進行簡化，以獲取合適的仿真模型。
插入過程模型
拔出過程模型
從仿真結果可知，在插入過程中，最大應力為35MPA，發生了圓角位置，而PA66+25GF此型號的拉伸強度為130MPA，因此這個塑料彈片設計的力學結構方面毫無問題。
在拔出過程中，塑料彈片最大應力發生在缺口部位的圓角位置，其他部分的應力都在96MPA以下。彈片的在拔出過程中需要下壓1.188mm。根據經驗推算，此塑料彈片的拔出壽命應該可以超過1000次。
需要的拔出力為2*5.8316=11.6632N。
總結：此塑料方程蓋的彈片設計基本滿足要求。
展開 QC∕T 1067.1-2017汽車電線束和電氣設備用連接器試驗方法和一般性能要求【標準解讀】
36 項試驗包括:
外觀
、
插拔循環
、
端子至端子的插入力和拔出力
端子抗彎力
、
金屬箍保持力
( 高壓連接器)
微電流連接電阻
、
電壓降
、
電流循環
屏蔽層絕緣電阻
( 高壓連接器)
端子對護套的插入力/止推力/保持力
連接器的接合力/分離力/鎖止裝置強度
(無助力型)
助力型連接器的接合力/分離力/鎖止裝置強度
連接器防錯結構
、
TPA ( 包括PLＲ) 的插入力和拔出力
CPA 的插入力和拔出力
、
振動/機械沖擊
連接器對插到位聲響
、
跌落
、
端子孔強度
端子/端子孔的防錯結構
、
固定結構機械強度
助力機構機械強度
、
密封件的保持力
( 未配合的連接器)
密封件的保持力
( 配合的連接器) 、
板端插針保持力
絕緣電阻
、
絕緣介電強度
、
熱沖擊
、
溫度/濕度循環
熱老化
、
耐化學試液
、
水密性
、
氣密性
高壓水噴射
、
鹽霧試驗
、
防塵試驗
⑶
附錄
QC/T 1067. 1—2017 共有
3 個附錄
：
附錄A ( 規范性附錄)端子載流能力試驗方法
附錄B ( 規范性附錄) 功率譜密度( PSD) 或加速度頻率
附錄C ( 資料性附錄) 連接器固定結構型式及尺寸
展開 插拔力測試實驗室
插拔力測試是什么？
插拔力試驗是指將相互配合的公母兩端電子連接器進行插入和拔出所需要的力量。改試驗適用于連接器的插入力、拔出力、塑料保持力以及使用壽命等多種測試，透過計算機的分析，可精確測量待測物的荷重、行程及相對應變化曲線，并可準確控制連接器插拔力測試行程、速度、目標測定次數及暫停時間。插拔力是連接器的重要機械性能與參數，其大小影響連接器使用的手感與其連接器內部設計的結構。
插拔力測試標準：
EIA364-13c電子連接器的插拔力測試方法
EIA-364-09電子連接器的耐插拔測試方法
插拔力測試適用產品：
連接器公母頭，數據線，電腦，筆記本電腦，手機，耳機等等
插拔力測試流程:
1.確定樣品
2.確定條件
3.是否判定 （確定判定依據：1.客戶要求 2.標準判定）
4.出結果，出試驗報告就
應用范圍
1.連接器單孔插拔試驗
2.連接器整排插拔試驗
3.連接器插拔壽命試驗
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