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从力学的角度浅谈为什么iphone6容易变弯 -凯发k8官方网娱乐官方

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   iphone6国行版已经发售,相信不少小伙伴们都将新机拿到手(觉得多余可以送我一台),不幸的是和前面几代iphone相比,iphone6似乎更容易被掰弯,不少土豪已经通过亲身实践向我们证明了这一点。在弯曲门之前,苹果也遭遇过天线门掉漆门等危机,一旦粘上苹果,任何问题都会被无限放大,演绎出各种门事件,当然苹果公关也一如既往表现出强硬的态度。不少科技媒体在关注弯曲门时往往把注意力放在了苹果的态度和结果上,乐此不疲的向我们爆料哪位网友的iphone6又被掰弯啦,却很少关注iphone6易弯折背后的原因。还好笔者大学专业课还没有扔掉,知其然还要知其所以然,接下来我就简单的从力学的角度谈一谈iphone6为什么容易被掰弯。

  • 从力学的角度浅谈为什么iphone6容易变弯
  •    很显然这是一个典型的材料力学和结构力学问题,正如猪小宝在知乎上的激动心情一样,iphone的话题上能出现弯曲、结构、挠曲强度等结构工程的术语实属难得。如果iphone6没有像现在今天做的又长又薄弯曲门就不会出现,大家对结构的关注也不会这么强烈。
  •    iphone6作为一个生活中使用频率较高的结构体,却能够轻松被徒手掰弯就已经证明了在强度上是有问题的。想要了解其中的原因,大家要对iphone6使用的材料以及其力学特性有所了解。
  •    以下是测试iphone6弯曲强度的实验图,模拟了日常手掰、坐弯等使用场景,从力学建模的角度出发,这其实是一个典型简支梁受弯模型(这里把iphone6当作杆件来看待,虽然iphone6的横向尺寸并非远小于纵向尺寸,但这样假设可以让大家对受力原理有直观的了解)。
  • 当有力施加在杆件上后,杆件就会产生变形,事实上再硬的物体在遇到外力的时候都会产生变形,只是很多无法用肉眼辨别(没有所谓的刚体),请大家想象一下所有的材料其实就是一个橡胶体,只不过有的材料弹性大,有的弹性小,弹性大的物体只要一放手,它就会回弹变回原来的样子,弹性小或者用力过大超过了物体弹回的范围就会造成破坏,比如iphone6被掰弯就是典型的例子。
  •    杆件破坏的情况有三种,第一种是强度不够受剪破坏,比如一根铅笔被掰断;第二种是抵抗变形的能力不够,比如铁丝很容易被掰弯,第三是失稳,显然iphone6变弯属于第二种破坏(破坏过程可参见猪小宝知乎回答),由于在变形和破坏掰断之中首先发生的是变形,同时iphone6不存在失稳现象,所以这里主要考虑变形破坏。
  •    了解以上之后我们回过头来再问为什么iphone会变弯?有人说材料太软,应该用更硬的材料,也有人说iphone6太薄,应该做的厚一点,厚一点就不容易掰弯。这两个回答也解释了iphone6容易变弯的两个因素,一个是材料,一个是截面形状,分别对应两个名词e(弹性模量)和i(惯性矩)
  • 2材料:铝合金其实是个软妹子

    材料:铝合金其实是个软妹子

       如果一个物体足够坚固我们会形容它很硬,比如钢铁很硬,而橡胶却很软。在金属材料中铝合金则算是一个比较软的材料,其实在iphone5/时代我们就零星听说过iphone被坐弯的新闻,这和它采用的材料有很大关系。

       我们如何形容一种材料是硬还是软呢?材料力学引入了一个概念叫弹性模量,简称e,其值随材料而异。弹性模量表示发生单位形变所需要的力,也就是说材料越硬弹性模量越大。以下是几种材料的弹性模量,大家可以对比一下其硬度。

    弹性常数
    铜与合金钢
    铝合金
    铸铁
    木(顺纹)
    e/gpa
    200-220
    70-72
    100-120
    80-160
    8-12

    几种常见材料的弹性模量

       iphone 6后壳采用就是铝合金,属于弹性材料,和其他几种材料相比可以看出铝合金的强度并不高,因此在一定外力的作用下更容易发生变形。

       贴一张铝合金材料的应力应变图,可以看出我们徒手掰弯iphone6时材料发生了哪些变化:

    结构:又长又薄总要出事故

  • 结构:又长又薄总要出事故
  •    第二个和iphone6机身强度相关的就属于结构了,在选定材质之后结构选型对结构的稳定性、强度起着决定性的作用。而对于iphone6来说厚度、宽度、长度以及截面形状都属于结构问题。通常我们说的薄,就要出事,就是这个道理。
  •    iphone6受力破坏的模型属于典型的简支受弯破坏,中间部分弯矩最大,同时整个机身会发生向下弯的变形,力学上称为挠度,对于铝合金机身的iphone6来说,但挠度达到一定程度之后就不会回弹过来,也就是发生了变形破坏,一定外力作用下决定这个挠度大小的除了材料本身就是前面我们提到的惯性矩(i)。
  • iphone4siphone6 plus机身长度发生了很大的变化,但是宽度方面从58.6毫米延伸到67毫米变化却不是很大。假如(这里是假如),iphone4s宽度没有发生变化,只是单纯将长度拉伸至158.1毫米,e值和i至都不发生变化,根据公式可以看出相同的外力下iphone4s产生的变形挠度是之前的2.5倍(同样是没有发生剪力破坏的状况下),可见机身变长对手机强度的影响有多大。(实际情况iphone6机身宽度也在变大,一定程度上弥补了强度不足的情况)

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