矽橡膠墊圈接觸分析

減積分元素可能產生沙漏模式(hourglass mode )，導致網格過度扭曲，因此需 鋪設尺寸較小之網格。一階減積分元素亦可克服於承受彎矩負荷可能產生之剪切 自鎖(shear locking)與於不可壓縮材料應用上產生之體積自鎖(volumetric locking)現 象。有限元素分析結果與所採用之網格尺寸相關，其通常隨網格尺寸縮小而漸趨 收斂。網格尺寸過大，可能導致分析結果不正確，然使用較小尺寸網格則需耗費 較多運算資源，因此需藉由網格感度分析確立合宜網格尺寸。本研究將二合一連 接器模型，劃分多種網格尺寸，比較不同網格尺寸條件下，矽橡膠墊圈承受下壓 量0.2mm 反應之正向力量。圖 5-1 顯示矽橡膠墊圈網格尺寸與相對應正向力量之 關係，當網格尺寸小於0.4mm 時，反應正向力量趨近 24.1N，因此選擇網格尺寸 為0.4mm 進行接續分析。圖 5-2 顯示矽橡膠墊圈於三種下壓量條件下，有限元素 分析所得壓迫墊圈正向力量與相對應量測平均值比較圖，表5-1 顯示此三種下壓量 於鬆弛1800 秒後，模擬與量測所得壓迫墊圈正向力量，兩者差異僅約 2.9%至 4.5%。

圖5-3、圖 5-4、與圖 5-5 分別顯示矽橡膠墊圈承受下壓量 0.2mm、0.3mm、與 0.4mm 之接觸應力分布狀態，其中關鍵元素位置為圖中圓圈處。圖5-6 顯示二合一連接器 數值分析所得關鍵元素接觸應力與時間關係。接續利用相同矽橡膠組成律參數進 行耳機座連接器之密封分析，有限元素分析所得壓迫墊圈正向力量與相對應量測 平均值比較如圖5-7 所示，表 5-2 顯示三種下壓量於鬆弛 1800 秒後，模擬與量測 所得壓迫墊圈正向力量，兩者差異約3.3%至 9.6%。圖 5-8、圖 5-9、與圖 5-10 分 別顯示耳機座連接器矽橡膠墊圈承受下壓量0.2mm、0.3mm、與 0.4mm 之接觸應 力分布狀態，其中關鍵元素位置為圖中圓圈處，圖5-11 則顯示耳機座連接器數值 分析所得關鍵元素接觸應力與時間關係。

表5-1 二合一連接器矽橡膠墊圈鬆弛 1800 秒正向力量

承受下壓量(mm) 有限元素分析(N) 實驗量測平均值(N)

0.2 24.1 25.1

0.3 33 34.0

0.4 42.5 44.5

表5-2 耳機座連接器矽橡膠墊圈鬆弛 1800 秒正向力量

承受下壓量(mm) 有限元素分析(N) 實驗量測平均值(N)

0.2 3.59 3.97

0.3 5.73 6.23

0.4 7.64 7.90

圖5-1 二合一連接器矽橡膠墊圈承受下壓量 0.2mm 條件下，網格尺寸與相對應正

Mesh size (mm)

FEA - 0.2mm

0 500 1000 1500 2000

Force (N)

Time (s)

Experiment - 0.2mm Experiment - 0.3mm Experiment - 0.4mm FEA - 0.2mm FEA - 0.3mm FEA - 0.4mm

圖5-3 二合一連接器矽橡膠墊圈承受下壓量 0.2mm 條件下之接觸應力分布圖

圖5-4 二合一連接器矽橡膠墊圈承受下壓量 0.3mm 條件下之接觸應力分布圖

圖5-5 二合一連接器矽橡膠墊圈承受下壓量 0.4mm 條件下之接觸應力分布圖

圖5-6 二合一連接器矽橡膠墊圈承受三種下壓量條件下，關鍵元素之接觸應力與 時間關係圖

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18

0 500 1000 1500 2000

Stress (MPa)

Time (s)

FEA - 0.2mm FEA - 0.3mm FEA - 0.4mm

圖5-7 耳機座連接器矽橡膠墊圈於三種下壓量條件下，有限元素分析所得壓迫墊 圈正向力量與相對應量測平均值比較圖

圖5-8 耳機座連接器矽橡膠墊圈承受下壓量 0.2mm 條件下之接觸應力分布圖 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 500 1000 1500 2000

Force (N)

Time (s)

Experiment - 0.2mm Experiment - 0.3mm Experiment - 0.4mm FEA - 0.2mm FEA - 0.3mm FEA - 0.4mm

圖5-9 耳機座連接器矽橡膠墊圈承受下壓量 0.3mm 條件下之接觸應力分布圖

圖5-10 耳機座連接器矽橡膠墊圈承受下壓量 0.4mm 條件下之接觸應力分布圖

圖5-11 耳機座連接器矽橡膠墊圈承受三種下壓量條件下，關鍵元素之接觸應力與 時間關係圖

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0 500 1000 1500 2000

Stress (MPa)

Time (s)

FEA - 0.2mm FEA -0.3mm FEA - 0.4mm