CN112763353A - 一种fpc折弯疲劳寿命s-n曲线的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FPC折弯疲劳寿命S‑N曲线的测试方法，包括以下步骤，获得板状测试样条；根据测试样条的尺寸建立物理模型；调整物理模型的折弯角度，得到不同折弯角度时物理模型所受到的最大应力；选取多个测试样条，将多个测试样条折弯相同的角度多次直至测试样条损坏，记录每个测试样条的折弯次数并在除去极大值和极小值后取平均值获得折弯循环次数；选取多组测试样条重复上一步，每组测试样条折弯的角度互不相同；将物理模型不同折弯角度测得的最大应力作为横坐标、测试样条在相应折弯角度测得的折弯循环次数作为纵坐标进行拟合，拟合得到的曲线即为S‑N曲线。FPC折弯疲劳寿命S‑N曲线的测试方法缩短了获取数据的周期，提高效率，可操作性强。

Description

一种FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法

技术领域

本发明涉及柔性电路板技术领域，尤其涉及一种FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法。

背景技术

随着移动终端设备的发展，折叠屏手机因其显示面在不同使用场景下可灵活变换的特点成为主流设备厂商未来主要的开发方向。在折叠屏手机折叠和打开的过程中，手机内部的FPC射频天线随手机一同折弯，随着FPC射频天线的折叠次数增加FPC射频天线受到损伤甚至断裂的风险也随之增大，因此FPC射频天线的折弯疲劳寿命极大的影响了用户使用折叠屏手机的体验，而预测FPC射频天线基材材料的寿命的关键因素是获取其S-N曲线(应力-寿命曲线)。

现有技术中获取FPC基材材料的S-N曲线的传统方法是将原材料做成圆棒形的、在指定加工精度等级和热处理工艺下获得的标准试件，并分别经过拉、压、弯曲和扭转等多种测试后分别获得其疲劳寿命，从而得到相应的S-N曲线，且得到的S-N曲线所适用的范围也通常是这几种受力方式的组合，而现有的测试方法中需要分别对多个标准试件进行多种受力测试，流程复杂且测试周期较长，导致FPC射频天线基材的研发周期长，不利于产品的更新换代，因此需要一种高效率的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法能够快速获得FPC基材材料的S-N曲线，缩短测试周期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种高效率的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法，包括以下步骤，

获得板状测试样条；

根据所述测试样条的尺寸建立物理模型；

调整所述物理模型的折弯角度，得到不同折弯角度时所述物理模型所受到的最大应力；

选取多个所述测试样条，将多个所述测试样条折弯相同的角度多次直至所述测试样条损坏，记录每个所述测试样条的折弯次数并在除去极大值和极小值后取平均值获得折弯循环次数；

选取多组所述测试样条重复上一步，每组所述测试样条折弯的角度互不相同；

将所述物理模型不同折弯角度测得的最大应力作为横坐标、所述测试样条在相应折弯角度测得的折弯循环次数作为纵坐标进行拟合，拟合得到的曲线即为S-N曲线。

本发明的有益效果在于：本发明提供的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法通过物理模型模拟测试样条呈一定角度折弯，获得物理模型所受的最大应力的数据，再通过反复将测试样条折弯至一定角度直至测试样条损坏，获得测试样条的折弯循环次数，进而将获取的数据进行处理并拟合获得S-N曲线，该方法通过建立物理模型与实际测试结合的方法大大缩短了获取数据的周期，提高了获取FPC基材材料S-N曲线的效率，降低时间成本，并且操作简单，可根据FPC基材材料实际加载方式控制物理模型折弯，可操作性强。

附图说明

图1为本发明实施例一的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法的步骤图；

图2为本发明实施例一的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法中S6的步骤图；

图3为本发明实施例一的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法中测试样条的截面图；

图4为本发明实施例一的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法中步骤S3获得的拟合线图；

图5为本发明实施例一的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法中步骤S6获得的散点图；

图6为本发明实施例一的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法中步骤S6获得的拟合函数图。

标号说明：

1、铜箔；2、LCP基材。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1至图6，一种FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法，包括以下步骤，

获得板状测试样条；

根据所述测试样条的尺寸建立物理模型；

调整所述物理模型的折弯角度，得到不同折弯角度时所述物理模型所受到的最大应力；

选取多个所述测试样条，将多个所述测试样条折弯相同的角度多次直至所述测试样条损坏，记录每个所述测试样条的折弯次数并在除去极大值和极小值后取平均值获得折弯循环次数；

选取多组所述测试样条重复上一步，每组所述测试样条折弯的角度互不相同；

将所述物理模型不同折弯角度测得的最大应力作为横坐标、所述测试样条在相应折弯角度测得的折弯循环次数作为纵坐标进行拟合，拟合得到的曲线即为S-N曲线。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：大大缩短了获取数据的周期，提高了获取FPC基材材料S-N曲线的效率，降低时间成本，并且操作简单，可根据FPC基材材料实际加载方式控制物理模型折弯，可操作性强。

进一步的，所述测试样条由单层铜箔1与单层LCP基材2压合制成。

进一步的，调整所述物理模型的折弯角度，得到不同折弯角度时所述物理模型所受到的最大应力，包括以下步骤，

分别记录铜箔1层受到的最大应力和LCP基材2受到的最大应力。

进一步的，所述铜箔1的厚度为12μm，所述LCP基材2的厚度为25μm。

由上述描述可知，测试样条的尺寸及层叠方式可根据实际FPC产品采用的基材的材料及结构设置，以使测试样条的性能与基材相同，确保测试获得的数据准确。

进一步的，所述测试样条折弯的角度分布在30°～135°之间。

由上述描述可知，测试样条的折弯角度根据FPC产品在使用过程中所需要达到的各种折弯角度设置，使获得的数据符合FPC产品的实际使用环境。

进一步的，将所述物理模型不同折弯角度测得的最大应力作为横坐标、所述测试样条在相应折弯角度测得的折弯循环次数作为纵坐标进行拟合，包括以下步骤，

对所述物理模型不同折弯角度测得的最大应力和所述测试样条在相应折弯角度测得的折弯循环次数进行数据处理，根据公式T＝C*σ^m，其中T为折弯循环次数，σ为对应的最大应力，C为S-N曲线常数，m为应力值幂指数值，对公式T＝C*σ^m进行降幂得到lgT＝lgC+mlgσ；

选取相对应的多组T和σ，分别对T和σ求对数后进行线性拟合得到线性拟合函数，其中线性拟合函数对应的截距为lgC、斜率为m，即可求得C和m；

以公式T＝C*σ^m为拟合函数对每组T和σ进行拟合，代入求得的C和m即可得到拟合后的曲线，即S-N曲线。

由上述描述可知，将通过物理模型测得的对应不同折弯角度的最大应力与通过测试样条测得的相应折弯角度的折弯循环次数经数据处理后并输入公式中进行拟合即可获得相应的S-N曲线。

实施例一

请参照图1至图5，本发明的实施例一为：如图1和图2所示，一种FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法，用于获取FPC基材材料的S-N曲线，包括以下步骤，

S1、获得板状测试样条。

如图3所示，所述测试样条的尺寸及层叠结构可根据FPC产品选用的基材材料设置，使所述测试样条的性能与基材材料相符，本实施例中，所述测试样条由单层铜箔1与单层LCP基材2压合而成，其中铜箔1的厚度为12μm，LCP基材2的厚度为25μm。

S2、根据所述测试样条的尺寸建立物理模型。

在步骤S2中，建立所述测试样的物理模型可采用现有技术中常用的仿真软件，例如Workbench。

S3、调整所述物理模型的折弯角度，得到不同折弯角度时所述物理模型所受到的最大应力。

步骤S3中，采用建立好的所述物理模型，根据FPC产品在实际使用过程中的加载方式通过仿真软件调整所述物理模型的折弯角度，并记录下如表1中所示的与相应角度对应的所述物理模型受到的最大应力。

表1仿真数据记录表

从表1中可以看出，当所述物理模型呈一定角度折弯时，其铜箔1受到的最大应力远大于LCP基材2所受到的最大应力，且LCP基材2具有良好的拉伸强度，因此在所述物理模型折弯的过程中铜箔1更易出现损伤。

如图4所示，步骤S3之后还包括步骤S31、将所述物理模型在不同折弯角度条件下铜箔1所受到的最大应力与折弯角度进行拟合，得到拟合线图及相应的函数关系。根据该拟合线图可获得未进行仿真的角度所对应的铜箔1受到的最大应力。

S4、选取多个所述测试样条，将多个所述测试样条折弯相同的角度多次直至所述测试样条损坏，记录每个所述测试样条的折弯次数并在除去极大值和极小值后取平均值获得折弯循环次数。

步骤S4中，选取10个所述测试样条，采用现有技术中常用的FPC折弯设备分别将所述测试样条反复折弯30°直至所述测试样条损坏，记录10个所述测试样条的折弯次数，并剔除10个折弯次数中的极大值和极小值后获得8个折弯次数数据a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8，并根据公式

计算8个折弯次数数据a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8的平均值即为所述测试样条折弯角度为30°时的折弯循环次数T。

S5、选取多组所述测试样条重复上一步，每组所述测试样条折弯的角度互不相同。

选取多组所述测试样条，每组所述测试样条分别包括10个所述测试样条，每组所述测试样条的折弯的角度互不相同且分布在30°～135°之间，重复步骤S4即可得到多个不同折弯角度时所述测试样条的折弯循环次数。

S6、将所述物理模型不同折弯角度测得的最大应力作为横坐标、所述测试样条在相应折弯角度测得的折弯循环次数作为纵坐标进行拟合，拟合得到的曲线即为S-N曲线。

在步骤S6中，拟合过程可采用现有技术中常用的拟合工具软件MATLAB，其中步骤S6具体包括以下步骤，

S61、对所述物理模型不同折弯角度测得的最大应力和所述测试样条在相应折弯角度测得的折弯循环次数进行数据处理，根据材料力学中表示实验对象所受应力与寿命关系的公式T＝C*σ^m，其中T为折弯循环次数，σ为对应的最大应力，C为S-N曲线常数，表示m为应力值幂指数值，对公式T＝C*σ^m进行降幂得到lgT＝lgC+mlgσ；

根据步骤S31中获得的拟合线图及步骤S5中获得的多个不同折弯角度时所述测试样条的折弯循环次数，选取如表2中所示的对应相同折弯角度的所述物理模型铜箔1受到的最大应力以及所述测试样条的折弯循环次数。

表2数据记录表

最大应力值	153.77	234.68	317.50	408.50	509.67	624.03
							折弯循环次数	94682	30405	7148	2792	1147	617

S62、选取相对应的多组T和σ，分别对T和σ求对数后进行线性拟合得到线性拟合函数，其中线性拟合函数对应的截距为lgC、斜率为m，即可求得C和m；

从表2中选取多组最大应力值以及与其对应的折弯循环次数，分别对数据求对数，将最大应力值的对数作为横坐标、折弯循环次数作的对数为纵坐标得到多个点位并根据公式lgT＝lgC+mlgσ进行线性拟合得到线性拟合函数的图像，则该线性拟合函数对应的截距为lgC、对应的斜率为m，即可求得C与m的值，其中C为S-N曲线常数，表示函数曲线曲率的大小，m为应力值幂指数值，该数值与所述测试样条的材质相关，在本实施例中C＝3.837×10¹¹，m＝-3.021。

S63、以公式T＝C*σ^m为拟合函数对每组T和σ进行拟合，代入求得的C和m即可得到拟合后的曲线，即S-N曲线。

以最大应力值作为横坐标、折弯循环次数作为纵坐标将多组数据输入得到如图5所示的散点图，以公式T＝3.837×10¹¹σ^-3.021为拟合函数对T和σ进行拟合，得到如图6所示函数图像，即为该FPC基材材料的S-N曲线。

步骤S63中拟合后的函数方差分析如表3所示。

表3函数方差分析表

SSE	R-Sq	R-Sq(adj)
			3.482e+7	99.49％	99.36％

表3中所示的最大应力值与折弯循环次数的方差分析中，其中R-Sq为99.49％，R-Sq的取值越大则回归模型与数据拟合的越好，R-Sq(adj)的取值为99.36％，R-Sq(adj)的取值越接近R-Sq的取值则该回归模型越可靠，由此可见本实施例中的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法获得的最大应力值与折弯循环次数的拟合函数拟合程度良好，因此本实施例的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法获得的S-N曲线具有良好的可靠性。

对于一个已知基材材料的FPC样品，可通过建立与其对应的物理模型进行仿真，根据其实际的工作情况及折弯角度获取其工作时所受的最大应力值，代入本实施例的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法获得的S-N曲线中即可获得同等工作情况下的测试样条的折弯循环次数，进而对FPC样品的使用寿命进行预测和定性分析，大大降低了FPC产品的设计制作周期，降低研发所需的时间成本，提高效率，并且适用于大部分FPC基材材料，普适性强。

综上所述，本发明提供的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法大大缩短了获取数据的周期，提高了获取FPC基材材料S-N曲线的效率，降低时间成本，并且操作简单，可根据FPC基材材料实际加载方式控制物理模型折弯，可操作性强。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法，其特征在于：包括以下步骤，

获得板状测试样条；

根据所述测试样条的尺寸建立物理模型；

调整所述物理模型的折弯角度，得到不同折弯角度时所述物理模型所受到的最大应力；

选取多个所述测试样条，将多个所述测试样条折弯相同的角度多次直至所述测试样条损坏，记录每个所述测试样条的折弯次数并在除去极大值和极小值后取平均值获得折弯循环次数；

选取多组所述测试样条重复上一步，每组所述测试样条折弯的角度互不相同；

将所述物理模型不同折弯角度测得的最大应力作为横坐标、所述测试样条在相应折弯角度测得的折弯循环次数作为纵坐标进行拟合，拟合得到的曲线即为S-N曲线。

2.根据权利要求1所述的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法，其特征在于：所述测试样条由单层铜箔与单层LCP基材压合制成。

3.根据权利要求2所述的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法，其特征在于：调整所述物理模型的折弯角度，得到不同折弯角度时所述物理模型所受到的最大应力，包括以下步骤，

分别记录铜箔层受到的最大应力和LCP基材受到的最大应力。

4.根据权利要求2所述的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法，其特征在于：所述铜箔的厚度为12μm，所述LCP基材的厚度为25μm。

5.根据权利要求1所述的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法，其特征在于：所述测试样条折弯的角度分布在30°～135°之间。

6.根据权利要求1所述的FPC折弯疲劳寿命S-N曲线的测试方法，其特征在于：将所述物理模型不同折弯角度测得的最大应力作为横坐标、所述测试样条在相应折弯角度测得的折弯循环次数作为纵坐标进行拟合，包括以下步骤，

对所述物理模型不同折弯角度测得的最大应力和所述测试样条在相应折弯角度测得的折弯循环次数进行数据处理，根据公式T＝C*σ^m，其中T为折弯循环次数，σ为对应的最大应力，C为S-N曲线常数，m为应力值幂指数值，对公式T＝C*σ^m进行降幂得到lgT＝lgC+mlgσ；

选取相对应的多组T和σ，分别对T和σ求对数后进行线性拟合得到线性拟合函数，其中线性拟合函数对应的截距为lgC、斜率为m，即可求得C和m；

以公式T＝C*σ^m为拟合函数对每组T和σ进行拟合，代入求得的C和m即可得到拟合后的曲线，即S-N曲线。

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