一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法

摘要

本发明提供了一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，其包括以下步骤：S1：建立贴合仿真模型，贴合仿真模型包括贴合平台Stage、待贴合材料、滚轮Drum以及设置于滚轮Drum周围的滚轮外圈Sheet，将贴合平台Stage、滚轮Drum设为离散刚体，并赋予材料属性；将待贴合材料、外圈Sheet设为柔性可变形体，并赋予材料属性；S2：对贴合仿真模型设置接触方式，并添加约束和载荷；S3：对贴合仿真模型进行网格划分；S4：设置不同边界条件和材料参数后进行仿真求解，对比不同边界条件下仿真结果。本发明为实际加工材料的选取、贴合所需时间、载荷的施加等提供参考范围，从而指导生产，提高工作效率。

权利要求

1.一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1：建立贴合仿真模型，贴合仿真模型包括贴合平台Stage、待贴合材料、滚轮Drum以及设置于滚轮Drum周围的滚轮外圈Sheet，将贴合平台Stage、滚轮Drum设为离散刚体，并赋予材料属性；将待贴合材料、滚轮外圈Sheet设为柔性可变形体，并赋予材料属性；

S2：对贴合仿真模型设置接触方式，并添加约束和载荷；

S3：对贴合仿真模型进行网格划分；

S4：设置不同边界条件和材料参数后进行仿真求解，对比不同边界条件下仿真结果；

在步骤S4中，所述仿真的过程包括以下步骤：（1）贴合平台Stage 输送第一种待贴合材料，滚轮Drum 下压第一种待贴合材料，滚轮Drum 旋转使第一种待贴合材料贴附在滚轮外圈Sheet外表面；

（2）贴合平台Stage 输送第二种待贴合材料，滚轮Drum 下压第二种待贴合材料，滚轮Drum 旋转使第二种待贴合材料贴合在第一种待贴合材料外表面；

（3）采用步骤（2）实现其他待贴合材料贴合仿真；

在步骤S4中，需调整滚轮Drum的载荷、下压量与旋转速度进行多次仿真模拟，根据仿真模拟结果选取最合适的滚轮Drum的载荷、下压量与旋转速度的范围。

2.根据权利要求1所述的基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，其特征在于，在步骤S1中，所述待贴合材料包括SUS、SCF、Panel、OCA光学胶、POL和Cover Flim中的任意一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，其特征在于，在步骤S2中，接触方式采用无摩擦接触的方式和切向行为采用罚函数的方式。

4.根据权利要求1所述的基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，其特征在于，在步骤S2中，滚轮外圈Sheet与滚轮Drum采用绑定约束。

5.根据权利要求1所述的基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，其特征在于，在步骤S2中，滚轮外圈Sheet与待贴合材料、以及两种待贴合材料之间采用耦合约束。

6.根据权利要求1所述的基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，其特征在于，在步骤S3中，将待贴合材料设置为双层网格，网格大小为 2，网格类型为 C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式，刚度粘性权因子为 0.8。

7.根据权利要求1所述的基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，其特征在于，在步骤S3中，设置滚轮外圈Sheet 为单层网格，网格大小为 2，网格类型为 C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式，刚度粘性权因子为 0.8。

说明书

一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法

技术领域

[0001] 本发明涉及有限元分析技术领域，具体而言，涉及一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法。

背景技术

[0002] 随着显示终端的普及，人们对显示设备的要求越来越严格，既要求他们结构紧凑，便于携带；同时又希望其可以在休闲娱乐时提供更大的显示尺寸。这对于传统的显示设备
来说是相互制约的，想要便于携带，则其屏幕尺寸必然要减小，娱乐体验变差；若是提供更
大的显示屏，则其尺寸必然变大，不易携带。柔性屏的出现，为上述问题的解决提供了可能
性。但是，柔性屏发展所面临的折痕、弯折受损、胶层剥离等问题。柔性屏采用的聚合物高分
子材料包含复杂的力学行为，如弹性、粘弹性、超弹性等不同力学性质，单纯采用传统的理
论分析难以对贴合过程中的受力和变形情况进行计算求解，而试验方法成本高昂，并且需
要花费很长的试验时间，且只能获得初始时刻和最后时刻的力学状态，无法准确得知中间
的变形过程，不能帮助研发人员从根本上认识到问题所在。并且，柔性模组结构在变形的过
程中，不同器件之间相互制约，受力情况与单体器件弯折时有很大差异。如果仅针对单体器
件进行分析，不能准确反应出模组的真实受力情况。

发明内容

[0003] 为解决上述缺陷，本发明提供了一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，该方法能实现柔性屏在整个贴合运动仿真过程中的状态，能够保证柔性屏贴合模拟精
度，减少模拟时间和计算消耗，还为实际待贴合材料的选取、贴合所需时间、载荷的施加等
提供参考范围，从而指导生产，提高工作效率。

[0004] 本发明提供一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，其包括以下步骤：S1：建立贴合仿真模型，贴合仿真模型包括贴合平台Stage、待贴合材料、滚轮Drum以及设置
于滚轮Drum周围的滚轮外圈Sheet，将贴合平台Stage、滚轮Drum设为离散刚体，并赋予材料
属性；将待贴合材料、滚轮外圈Sheet设为柔性可变形体，并赋予材料属性；S2：对贴合仿真
模型设置接触方式，并添加约束和载荷；S3：对贴合仿真模型进行网格划分；S4：设置不同边
界条件和材料参数后进行仿真求解，对比不同边界条件下仿真结果。

[0005] 于本发明的一种实施方式中，在步骤S1中，所述待贴合材料包括SUS(支撑膜)、SCF(散热膜)、Panel(液晶玻璃)、OCA光学胶、POL(偏光片)和Cover Flim(保护膜)中的任意一
种或者多种。

[0006] 于本发明的一种实施方式中，在步骤S2中，接触方式采用无摩擦接触的方式和切向行为采用罚函数的方式。

[0007] 于本发明的一种实施方式中，在步骤S2中，滚轮外圈Sheet与滚轮Drum采用绑定约束。

[0008] 于本发明的一种实施方式中，在步骤S2中，滚轮外圈sheet与待贴合材料、以及两种待贴合材料之间采用耦合的约束。

[0009] 于本发明的一种实施方式中，在步骤S3中，将待贴合材料设置为双层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式，刚度粘性权因子为0.8。

[0010] 于本发明的一种实施方式中，在步骤S3中，设置Sheet为单层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式，刚度粘性权因子为0.8。

[0011] 于本发明的一种实施方式中，在步骤S4中，所述仿真的过程包括以下步骤：(1)贴合平台Stage输送第一种待贴合材料，滚轮Drum下压第一种待贴合材料，滚轮Drum旋转使第
一种待贴合材料贴附在滚轮外圈Sheet外表面；(2)贴合平台Stage输送第二种待贴合材料，
滚轮Drum下压第二种待贴合材料，滚轮Drum旋转使第二种待贴合材料贴合在第一种待贴合
材料外表面；(3)采用步骤(2)实现其他待贴合材料贴合仿真。

[0012] 于本发明的一种实施方式中，在步骤S4中，需调整滚轮Drum的载荷、下压量与旋转速度进行多次仿真模拟，根据仿真模拟结果选取最合适的滚轮Drum的载荷、下压量与旋转
速度范围。

[0013] 综上所述，本发明提供一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，本发明的有益效果是：

[0014] 本发明对于整个柔性屏贴合动态变化的过程具有可靠的显示，将难以观察、测量到的结果进行直观呈现，帮助人们理解和研究。通过仿真分析，也可以对实验方案的制定、
观测点的选取、观测范围的确定进行有效的指导。因此，本发明不仅可以节约成本，降低实
验的开销，还可以提供理论研究，对试验进行可靠的指导，产生长期有效的收益。本发明建
立合理有效的仿真模型，对于解决当前柔性屏发展所面临的弯折受损、胶层剥离等问题，具
有非常重要的意义。

[0015] 进一步地，本发明基于ABAQUS建立贴合仿真的三维结构模型，然后对三维结构模型待贴合材料划分双层六面体网格，对三维结构模型中贴合滚轮Drum及滚轮外圈Sheet、底
座Stage划分单层六面体网格；对待贴合材料、滚轮外圈Sheet赋予材料和属性，接触设置包
括无摩擦接触的和罚函数的摩擦方式，并用COHESIVE‑CONTACT模拟实际中OCA光学胶的属
性，以获得柔性屏贴合的有限元仿真模型。本发明给出各部件位姿之间的运动约束关系及
物理特性，进行运动学和动力学分析计算；实现柔性屏的贴合得到动态有限元仿真结果便
于实时监测应力、应变的大小。本发明能实现柔性屏在整个贴合运动仿真过程中的状态，能
够保证柔性屏贴合模拟精度，减少模拟时间和计算消耗。经过多次仿真模拟，选取出最为合
适的待贴合材料的性能参数、滚轮Drum的载荷、下压量与旋转速度的范围，为实际加工材料
的选取、贴合所需时间、载荷的施加等提供一定参考从而指导生产，缩短设备调试时间。

附图说明

[0016] 图1为本发明的有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法的流程示意图。

[0017] 图2为实施例1中有限元模型数值仿真的柔性屏贴合模型装配图。

[0018] 图3为实施例1中步骤6‑9设置参考点后模型装配图。

[0019] 图4为实施例1中步骤10‑12进行网格划分后模型装配图。

[0020] 要元素符号说明：

[0021] 1、贴合平台Stage；2、滚轮Drum；3、滚轮外圈Sheet；4、Panel；5、SUS；6、XRP；7、XRP‑1；8、XRP‑2；9、XRP‑3。

具体实施方式

[0022] 为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实
施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领
域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明
保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要
求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，
本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本
发明保护的范围。

[0023] 如图1所示，本发明提供一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，其包括以下步骤：

[0024] S1：建立贴合仿真模型。

[0025] 贴合仿真模型包括贴合平台Stage、待贴合材料、滚轮Drum以及设置于滚轮Drum周围的滚轮外圈Sheet，将贴合平台Stage、滚轮Drum设为离散刚体，并赋予材料属性；将待贴
合材料、滚轮外圈Sheet设为柔性可变形体，并赋予材料属性。

[0026] 在步骤S1中，待贴合材料包括SUS、SCF、Panel、OCA光学胶、POL和Cover Flim中的任意一种或者多种。

[0027] S2：对贴合仿真模型设置接触方式，并添加约束和载荷。

[0028] 在步骤S2中，接触方式采用无摩擦接触的方式和切向行为采用罚函数的方式。

[0029] 在步骤S2中，滚轮外圈Sheet与滚轮Drum采用绑定约束，滚轮外圈sheet与待贴合材料、以及两种待贴合材料之间采用耦合的约束。

[0030] S3：对贴合仿真模型进行网格划分。

[0031] 在步骤S3中，将待贴合材料设置为双层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式，刚度粘性权因子为0.8。

[0032] 在步骤S3中，设置滚轮外圈Sheet为单层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式，刚度粘性权因子为0.8。

[0033] S4：设置不同边界条件和材料参数后进行仿真求解，对比不同边界条件下仿真结果。

[0034] 在步骤S4中，所述仿真的过程包括以下步骤：(1)贴合平台Stage输送第一种待贴合材料，滚轮Drum下压第一种待贴合材料，滚轮Drum旋转使第一种待贴合材料贴附在滚轮
外圈Sheet外表面；(2)贴合平台Stage输送第二种待贴合材料，滚轮Drum下压第二种待贴合
材料，滚轮Drum旋转使第二种待贴合材料贴合在第一种待贴合材料外表面；(3)采用步骤
(2)实现其他待贴合材料贴合。

[0035] 在步骤S4中，需调整滚轮Drum的载荷、下压量与旋转速度进行多次仿真模拟，根据仿真模拟结果选取最合适的滚轮Drum的载荷、下压量与旋转速度范围。

[0036] 下面通过各个实施例进行进一步说明。

[0037] 实施例1

[0038] 一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，包括以下步骤：

[0039] 步骤1，建立贴合平台Stage、Panel、SUS、滚轮Drum、滚轮外圈Sheet三维模型并赋予材料属性。

[0040] 步骤2，指定贴合平台Stage、滚轮Drum为离散刚体，Panel、SUS、滚轮外圈Sheet为可变形的柔性体。并分别为其指定材料属性和尺寸。

[0041] 步骤3，为模型进行装配，①滚轮Drum与滚轮外圈Sheet接触并同心；②滚轮Drum与贴合平台Stage中心对称；③Panel与贴合平台Stage中心对称；④滚轮外圈Sheet与Panel外
侧端点相切；⑤Panel与贴合平台Stage接触；⑥SUS与贴合平台Stage接触。装配后模型如图
二所示。

[0042] 步骤4，接触设置包括：无摩擦接触的方式和切向行为采用罚函数的方式，取摩擦系数为0.3。

[0043] 步骤5，绑定约束：定义滚轮外圈Sheet内表面与滚轮Drum外表面绑定在一起。

[0044] 步骤6，耦合的约束：对于滚轮外圈Sheet定义参考点XRP‑1，通过参考点和所选取的表面控制滚轮与外圈的运动实现。

[0045] 步骤7，耦合的约束：对于Panel定义参考点XRP‑2，通过参考点和所选取的表面控制Panel。

[0046] 步骤8，耦合的约束：对于SUS定义参考点XRP‑3，通过参考点和所选取的表面控制Sus。

[0047] 步骤9，耦合的约束：对于贴合平台Stage定义参考点XRP，通过参考点和所选取的表面控制贴合平台Stage。

[0048] 步骤10，选取Panel为双层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式刚度粘性权因子为0.8。

[0049] 步骤11，选取SUS为双层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式刚度粘性权因子为0.8。

[0050] 步骤12，选取滚轮外圈Sheet单层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式刚度粘性权因子为0.8。

[0051] 步骤13，滚轮Drum进行下压。

[0052] 步骤14，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet进行旋转，带动Panel进行贴合在滚轮外圈Sheet上。

[0053] 步骤15，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet向上抬升。

[0054] 步骤16，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet进行回转，为第二次SUS贴合做准备。

[0055] 步骤17，滚轮Drum进行下压。

[0056] 步骤18，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet进行旋转，带动SUS进行贴合在Panel上。

[0057] 步骤19，若要进行多层贴合，可重复执行步骤13‑18。

[0058] 步骤20，调整滚轮Drum的载荷、下压量与旋转速度进行多次仿真模拟，根据仿真模拟结果选取最合适的每次贴合过程中滚轮Drum的载荷、下压量与旋转速度范围，用于指导
贴合生产。

[0059] 实施例2

[0060] 一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合方法，包括以下步骤：

[0061] 步骤1，建立贴合平台Stage、Panel、SUS、滚轮Drum、滚轮外圈Sheet、OCA三维模型并赋予材料属性。

[0062] 步骤2，指定贴合平台Stage、滚轮Drum为离散刚体，Panel、SUS、滚轮外圈Sheet、OCA光学胶为可变形的柔性体，并分别为其指定材料属性和尺寸。

[0063] 步骤3，为模型进行装配，①滚轮Drum与滚轮外圈Sheet接触并同心；②滚轮Drum与贴合平台Stage中心对称；③Panel与贴合平台Stage中心对称；④滚轮外圈Sheet与Panel外
侧端点相切；⑤Panel与贴合平台Stage接触；⑥SUS与贴合平台Stage接触。⑦OCA与贴合平
台Stage接触。

[0064] 步骤4，接触设置包括：无摩擦接触的方式和切向行为采用罚函数的方式，取摩擦系数为0.3。

[0065] 步骤5，绑定约束：定义滚轮外圈Sheet内表面与滚轮Drum外表面绑定在一起。

[0066] 步骤6，耦合的约束：对于滚轮外圈Sheet定义参考点XRP‑1，通过参考点和所选取的表面控制滚轮与外圈的运动实现。

[0067] 步骤7，耦合的约束：对于Panel定义参考点XRP‑2，通过参考点和所选取的表面控制Panel。

[0068] 步骤8，耦合的约束：对于SUS定义参考点XRP‑3，通过参考点和所选取的表面控制SUS。

[0069] 步骤9，耦合的约束：对于OCA光学胶定义参考点XR‑4P，通过参考点和所选取的表面控制贴合平台Stage。

[0070] 步骤10，耦合的约束：对于贴合平台Stage定义参考点XRP，通过参考点和所选取的表面控制贴合平台Stage。

[0071] 步骤11，选取Panel为双层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式刚度粘性权因子为0.8。

[0072] 步骤12，选取SUS为双层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式刚度粘性权因子为0.8。

[0073] 步骤13，选取OCA光学胶为双层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式刚度粘性权因子为0.8。

[0074] 步骤14，选取滚轮外圈Sheet单层网格，网格大小为2，网格类型为C3D8R，采取沙漏控制方式为组合方式刚度粘性权因子为0.8。

[0075] 步骤15，滚轮Drum进行下压。

[0076] 步骤16，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet进行旋转，带动Panel进行贴合在滚轮外圈Sheet上。

[0077] 步骤17，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet向上抬升。

[0078] 步骤18，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet进行回转，为第二次SUS贴合做准备。

[0079] 步骤19，滚轮Drum进行下压。

[0080] 步骤20，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet进行旋转，带动SUS进行贴合在Panel上。

[0081] 步骤21，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet向上抬升。

[0082] 步骤22，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet进行回转，为第三次OCA光学胶贴合做准备。

[0083] 步骤23，滚轮Drum进行下压。

[0084] 步骤24，滚轮Drum和滚轮外圈Sheet进行旋转，带动OCA光学胶进行贴合在SUS上。

[0085] 步骤25，若要继续进行贴合，可重复执行步骤15‑24。

[0086] 步骤26，调整滚轮Drum的载荷、下压量与旋转速度进行多次仿真模拟，根据仿真模拟结果选取最合适的每次贴合过程中滚轮Drum的载荷、下压量与旋转速度范围，用于指导
贴合生产。

[0087] 上述一种基于有限元模型数值仿真的柔性屏贴合是在达索公司软件ABAQUS下进行的。上述所提出的针对柔性屏加工的方式，是一种新型的加工工艺。从仿真模型到实际应
用本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说
能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。

[0088] 以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。