スマートフォンの落下衝撃試験:落下時の変形・ひずみ計測

スマートフォンの自由落下試験を高速度カメラを用いてDIC計測し、床面衝突時の変形・ひずみを可視化しました。

概要

電子機器を始めとする多くの製品では、一定の高さから自由落下させることで強度評価を行う落下試験が行われます。本事例では、1.5m の高さからスマートフォンを自由落下させ、床に衝突する様子を高速度カメラ(ハイスピードカメラ)を用いてDIC(デジタル画像相関法)で計測しました。これにより、製品を実際に落下させた際、わずか数ミリ秒の間に生じる、筐体の変形やひずみを可視化することができました。このように現象を面で捉えて可視化することで、製品強度の確認や設計の改善にお役立ていただけます。

なぜDIC?

  • 高速度カメラを用いることで、高速度現象も計測可能
  • 高速度カメラ映像のみから、変位やひずみといった様々な値を同時に計測可能
  • 接触式センサで問題となるケーブルの干渉やセンサの剥離が生じない

計測結果

  • 使用カメラ:MEMRECAM HX-7 (株式会社ナックイメージテクノロジー)
  • 撮影速度:10,000 fps
  • DIC解析ソフトウェア:GOM Correlate Professional

落下時の座標の追跡

2台の高速度カメラでステレオ撮影することで、スマートフォン表面の座標を3次元的に追跡することが可能です。動画中では、スマートフォンの表面上に、青線のメッシュが切られています。DICでは、各画像よりメッシュの接点の座標を追跡します。

衝突時の面外変形の可視化

撮影した画像に重ねる形で、各位置の変位をカラーコンターで示します。衝突に伴って、面外方向に振動が生じていることが分かります。さらに、座標系を物体上に固定して計測結果を可視化することで、衝突箇所から振動が伝播している様子を容易に確認できます。

衝突時のひずみ伝播の可視化

ひずみの計測結果を示します。衝突箇所からひずみが高速に伝播していることを確認できます。任意の点での計測値を抽出してプロットすることにより、変化を時系列で分析しやすくなります。

応用

DICを用いることで、以上のように振動やひずみの計測値をコンター図で取得できます。これにより、CAEで得られた解析結果との比較も容易となります。

解析結果の一例

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