SIMULIA可折叠显示器的结构性能评估
随着智能手机和大型设备市场上出现越来越多的可折叠屏幕，设计人员由于可折叠显示器的通常构建方式而面临新型挑战。了解仿真如何提供帮助。
我们看到市场上出现了更多的智能手机和大型设备可折叠屏幕。设计人员面临着新的挑战，因为可折叠显示器通常由多个灵活的功能层构成，并使用光学透明粘合剂 （OCA） 粘合。任何单独的功能层都可能因塑性变形或开裂而失效，包括盖板玻璃。每层内的电气结构也可能发生损坏。
此外，这些层中的每一层都与 OCA 粘合在一起，OCA 可以解键合或解层压，在显示屏中形成一个不透明区域，就像在一些早期的可折叠手机设计中看到的那样。对屏幕的折叠动作进行建模和仿真至关重要，这样才能在设备的设计阶段研究这些现象中的每一种。
图 1：对于这种几何形状和材料的组合，在闭合的 60% 处发生明显的分层。
实验设计
设计人员可以使用仿真来评估每种情况，从而减少这些潜在的故障类型。使用多个设计变体，设计人员可以更改各个层的厚度和层堆叠，并探索每个层的各种材料。参数研究和实验设计 （DoE） 可用于探索设计空间，同时保持在工业设计的约束范围内。DoE 是一种仿真技术，允许设计人员使用统计分析来实现最佳设计。
设备虚拟孪生
设备的硬件原型通常非常昂贵，尤其是在可能预期会进行多次迭代的创新领域。创建设备虚拟孪生至关重要，这样才能以更低的成本和更快的速度在软件中完成尽可能多的迭代。智能手机的虚拟孪生使用屏幕组件的完整 3D 模型或 2D 表示，然后运行折叠和展开过程的详细模拟。完全参数化 CAD 可以启用各种设计变体，以使用 DoE 实现最佳结果。在运行全尺寸系统仿真和详细组件仿真时，这是一种非常强大的方法。一旦设计师对单个柔性屏幕的设计感到满意，他们就可以返回并重新使用该组件以用于大型智能手机型号。
停留时间效果
可折叠屏幕的一个重要考虑因素是评估 OCA 随时间变化的材料特性，从而产生停留时间效应。这是当手机长时间处于某个位置时。
图 2：模拟具有 1 小时停留的开/关周期。
OCA 有两种不同类型的独特材料特性，必须考虑。首先是超弹性材料，这是橡胶等不可压缩材料的特征。需要对这些进行建模，以考虑 OCA 在完全弯曲期间承受的大应变。第二种是粘弹性材料。在这里，材料不是真正的线性弹性变形，而是在屏幕折叠时以粘性方式变形。当智能手机屏幕在一夜之间关闭并且在打开后没有立即恢复到完全平坦时，就会表现出这种特性。在屏幕的折叠中产生一个凹陷或低谷，随着时间的推移而变平。在模拟中，发现时间范围从 20 分钟到一个多小时不等，并且在很大程度上取决于所用粘弹性材料的类型。
屏幕铰链
除了胶粘剂外，还必须考虑可折叠屏幕铰链的形状。许多可折叠屏幕的初始设计是带有平行屏幕的标准 U 形。这产生了一个曲率，用于测试以获得材料属性。基本曲线意味着应力预测很简单。U 形的问题在于它在屏幕之间产生很大的间隙，这在空间非常宝贵且设备厚度和体积是消费者的重要决定因素的现代设备中是不可取的。
图 3：泪滴形折叠配置。
一种解决方案是使用更复杂的双曲率，例如泪滴形，这样在折叠时，两个屏幕可以有效地接触，它们之间只有一个小间隙。在这种情况下，整个设备要薄得多，唯一浪费的空间是泪滴本身内部。这种类型的结构具有更复杂的闭合机制，层之间可能存在高剪切应力，从而导致分层。2D 和 3D 仿真有助于创建形状、结构和材料的最佳组合，以确保屏幕能够承受数千次操作循环。
