iPhone 6 Plus 的折彎門 (bendgate) 究竟是怎麼回事?


謝邀。

iPhone 話題下面都有 bending、flexural strength、structural analysis、FEA 這樣的詞語了,這可真是結構工程的又一春啊!萬年土鱉的結構工程師激動的熱淚盈眶!

不過呢,我覺得用 flexural strength 來衡量是不太恰當的,因為 flexural strength 或者叫 modulus of rupture 是用來衡量磚頭、陶瓷那樣的脆性材料的,iPhone 作為一個金屬結構體,並不適合用 flexural strength 來衡量。

看了這些測試視頻,我並沒有看到我感興趣的數據,比如屈服荷載、屈服變形、極限荷載、初始線剛度、總的彈性階段的能量等等。壓手機看著挺熱鬧的,但我覺得,壓彎手機不是目的,只是憑感覺說哪個更容易壓彎這更不是目的。通過做實驗,我們要獲得相關的性能參數,用數據說話,這樣才能比較。

當然,我不是土豪,我也不會買手機來測評,我只能說一下,如果讓我來測試,我會如何測試,或者說,我會關心哪些參數,為什麼這些參數重要

做壓彎手機的實驗,或者做壓彎任何東西的實驗,我們需要量測的是兩個數據:施加的外力或者叫荷載,也就是 F,單位牛頓或者磅;試件的豎向撓度或者叫變形,也就是Δ,單位毫米或者英寸。

實驗的初始階段,荷載是0,位移也是0。我們把荷載加大到30牛,然後測量一下位移,這時候的位移是 0.248 毫米;繼續加大荷載,比如加大到 60 牛,再測一下位移,此時變成了 0.501 毫米;再加大到 90牛,此時側得的位移是 0.747 毫米;加大到 120 牛,位移變成了 0.989 毫米。

這樣,我們就獲得了兩組一一對應的數據,一組是實測的荷載數據,另一組是實測的位移數據。我們把它們作為橫縱坐標,繪製成一張散點圖。

這時候,如果我們逐漸減小荷載,位移會如何變化呢?現在的荷載是120牛,我減小到105牛,這時候量一下位移,發現是 0.871 毫米;繼續減小,當荷載是 75牛的時候,測得的位移是 0.623 毫米;當荷載是 45 牛的時候,測得的位移是 0.372 毫米;當荷載減小到 15 牛的時候,位移是 0.122 毫米;荷載減小到 0, 位移也變為 0。

我們把減小荷載過程中的這些數據點也畫到這張圖裡,加大荷載是紅色的點,減小荷載是藍色的點。

相信您已經發現了,這些點非常接近於一條直線,考慮到我們的實驗測量誤差,我們可以認為,這些點基本就在同一條直線上。也就是說,對於荷載和位移之間的關係,他們是線性對應的。已知某一時刻的荷載,可以推算這一時刻的位移;反過來,已知某一時刻的位移,我也可以推算這個時候的荷載。加大荷載的時候沿著同一條曲線上升,減小荷載的時候沿著同一條曲線下降,荷載減小到零,位移也回到零。這種現象,我們稱之為「彈性」。簡單說,我們壓試件,試件被壓彎了,我們一鬆手,試件自己又彈回去了。

換言之,真正的參數是這條直線的斜率。也就是說,斜率大的話,同樣的荷載會造成更小的位移,通俗的說,它更「結實」。我們把斜率稱之為「剛度」,也就是 stiffness。在我們的例子里,這條曲線的斜率,也就是我們這個試件的剛度,近似等於 120 牛每毫米。如果有另一個試件,它的剛度只有 60 牛每毫米,那麼施加同樣的 120 牛的力,我們的試件變形會是 1 毫米,而這個試件的變形會達到 2 毫米。通俗的說,我們認為這個試件不如我們的試件 「結實」。

這位看官說了,我們的實驗只載入到了 120 牛,能不能再給力一點呢?

如果在 120 牛的基礎上繼續往上載入呢?還會是同一條曲線嗎?你猜這個荷載-位移圖形會變成什麼樣子?

我們拿一個新的試件,繼續做類似的實驗。上一次,我們加到120牛,然後就開始減小。這一次我們不減小,一直往上加。120 牛之前情況都類似,120 牛的時候位移是 0.989 毫米。這個時候,我繼續加大荷載,但是呢,奇怪的是,位移逐漸逐漸變大,而荷載增加的非常緩慢。122 牛的時候,位移已經達到了 1.205 毫米;123 牛的時候,測得的位移是 1.411 毫米;125 牛的時候,位移已經達到了 1.787 毫米。

把這次加大荷載過程的數據點畫出來,我們得到了這樣的圖像:

注意到,過了 120 牛之後,位移繼續增大,但是荷載已經幾乎不增加了。或者說,增加一點點的荷載,就能讓位移增加非常非常多。這時候,試件達到了所謂的「塑性」狀態,或者說,試件已經「屈服」了。通俗的說,試件幾乎不能再承擔更大的荷載了。達到屈服狀態的這個荷載,也就是我們例子里的 120 牛,我們稱之為屈服荷載。

有意思的問題來了,現在我們已經載入到了125 牛,位移達到了 1.787 毫米,如果這時候我減小荷載呢?減小過程中的數據點是什麼樣的?我把荷載從 125 牛減小到 0, 位移也會從 1.787 毫米減小到 0 嗎?

從 125 牛減小到 110 牛,此時的位移是 1.672 毫米;繼續減小到 90 牛,此時的位移是 1.505 毫米;減小到 60 牛,測得的位移是 1.252 毫米;減小到 30 牛,位移是 1.002 毫米;荷載減小到 0,位移是 0.752 毫米。

把這些數據點用藍色表示,我們就得到了這個試件的完整的載入卸載圖形。

有趣的是,這次荷載位移圖形並不是沿著原路返回,而是直接斜向下返回。更有意思的是,這個斜向下的藍色直線的斜率跟載入的時候斜向上的紅色直線的斜率是一樣的。因為不是原路返回,而是直接以平行於紅色斜線的方式折回去,所以當荷載減小到零的時候,位移並不是零,而是 0.752 毫米。注意到,因為兩條直線平行,我們很容易就能得出這樣的結論,0.752 其實等於 125 牛時候的位移減去 120 牛時候的位移,也就是 1.787 減去 0.989。

這時候,試件上已經沒有荷載了,但是卻有 0.752 毫米的位移。這意味著什麼?這也就是俗稱的「壓!彎!了!」。試件發生了 0.752 毫米的永久變形,再也回不去了。這樣的永久變形,我們稱之為「殘餘變形」

注意到,當荷載加大到 125 牛的時候,位移為 1.787 毫米。這些位移其實是由兩部分組成的,一部分是 0.989 毫米的彈性位移,這些是可以自動恢復的;另一部分是剩下的這 0.752 毫米的「塑性」變形,不能自動恢復。即使荷載減小到零,彈性變形完全恢復到零,塑性變形依然存在,也就是最終的永久的殘餘變形。

換言之,對於我們的這個試件,如果外力小於 120 牛,那隻要外力一去除,試件就恢復原狀;一旦外力大於了 120 牛,那就慘了,即使去除外力,多出來的塑性變形也是不會自動恢復的,也就是說,壓彎了。

這位看官說了,這次載入到了 125 牛,還是不過癮,能不能再給力一點呢?

好吧,我們再拿一個新的試件,重複同樣的載入過程。125 牛之前的情況類似;載入到 126 牛,位移到達了 1.996 毫米;再稍微加一點點力,啪的一聲,試件斷成了兩截。

把這次的實驗載入結果畫出來,我們就得到了試件從載入到最終破壞的完整的載入過程。

或者,我們用理想化的數學表示,試件的載入曲線是由一段斜線和一段直線組成的:

試件最終在120牛左右斷裂,我們就把這個數值稱為「強度」,也就是 strength。

注意到,這裡面還有一個問題,那就是在我們的實驗里,外力都是緩慢的載入的,而實際生活中,外力的施加可能非常突然,比如掉到地上,或者裝在褲兜里壓到了屁股底下,外力都是突然之間一下子載入上去的,我們如何考慮這個問題呢?這樣突然載入的外力,影響又有多大呢?

最簡單方便的方法,我們可以利用我們剛剛得到的這個荷載-變形曲線。這個圖形的橫坐標是變形,也就是位移,縱坐標是荷載,也就是外力。回憶一下高中物理,外力乘以位移等於什麼?答案是能量。也就是說,變形和荷載的乘積,代表了能量的多少。而在荷載-變形曲線里,曲線底下的面積,就是荷載與變形的乘積,也就是能量的大小。

比如說,如果我一屁股坐到手機上,或者一鎚子砸到手機上,一共傳遞給手機的能量是 15 牛乘以毫米。在荷載-變形圖形里,也就是從坐標原點開始,佔用了 15 千牛乘以毫米的能量。當橫坐標是 0.5,縱坐標是 60 的時候,這個三角形的面積剛好等於 15。換言之,這 15 牛乘以毫米的能量傳遞給這個試件,試件將會發生 0.5 毫米的變形。一旦外力去除,試件又會釋放出這些能量,位移回到零點。

如果坐到手機上的力度比較大,傳遞給手機的能量達到了 120 牛乘以毫米,這時候,從原點開始的圖形面積是這樣的,三角形的面積是 60,矩形的面積也是 60,兩者加起來等於 120。換言之,這120 牛乘以毫米的能力傳遞給試件,試件的變形將會是 1.5 毫米。一旦外力去除,試件可以恢復 1 毫米的彈性變形,但是仍然保有 1.5 減去 1 等於 0.5 毫米的殘餘變形。也就是說,這樣的能量衝擊,讓試件發生了 0.5 毫米的永久變形。

注意到,整個載入圖形的總面積是有限的,三角形的面積是 60,矩形的面積是 120,加起來等於 180。也就是說,我們的試件最大只能吸收 180 牛乘以毫米的能量,如果能量再大,那就不是壓彎的問題了,而是啪的一聲,斷成兩截。總結一下,如果我來做測試,我希望得到的結果是這麼一張荷載-變形曲線:

從中我得出的數據包括:

  • 屈服荷載(120 牛):外力低於此荷載,變形可以完全恢復;外力高於此荷載,會產生不可恢復的永久變形。
  • 屈服位移 (1 毫米):變形低於此變形,可以完全恢復;變形超過此變形,會產生不可恢復的永久變形。
  • 彈性剛度 (120 牛每毫米):外力和形變之間的比例關係,也就是圖中斜線的斜率。
  • 彈性能量 (60 牛乘以毫米,藍色斜線部分):彈性階段所能吸收的能量。如果外來能量不超過這個值,則試件處於彈性階段,變形可以完全恢復。
  • 塑性能量(120牛乘以毫米,玫紅色斜線部分):塑性階段能吸收的能量。
  • 總能量(60 加 120 等於 180 牛乘以毫米):從初始到最終破壞所能吸收的能力。外加能量超過此數值,試件直接破壞。

當然,我們這裡說的是非常理想化的情況,實際的測試結果,並不都是這麼完美的直線,實際的材料性能,也並不都是這麼完美的彈塑性關係。

比如說,作為 iPhone 主要材料之一的鋁合金,其曲線差不多是這樣(Mechanics of Materials: James M. Gere, Barry J. Goodno, Fig 2-68):

某種程度上,它類似我們的一段斜線加一段直線,但是它並不是線性的,所以分析變得更複雜,但是基本原理是類似的。

在實際的設計過程中,對於一個結構體,我們可以有多種設計方案,採用不同的尺寸、材料、截面等等。這時候,對於每一個設計方案,我們都會得到一系列的荷載-位移曲線,比如下面這樣的:

正所謂魚與熊掌不可兼得,有的塑性能量區域大,但是屈服荷載低;有的屈服荷載高,但是塑性能量區小;有的屈服荷載高,塑性區域也還可以,但是屈服變形太小。這時候,如何取捨就取決於你的設計目標了。

為了做這樣的設計取捨,我們需要知道在日常使用情況下,手機會受到的最大靜荷載是多少,最大的衝擊能量是多少,常見的受荷載方式有哪些。同時,我們還必須知道設計限制條件是什麼,比如手機最多可以做到多重多厚、可以使用什麼樣的材料、成本要控制在什麼水平等等。知道了這些東西,我們才能做出合理的取捨。所謂的設計,也就是這樣的「戴著腳鐐跳舞」。

我希望有人可以給出一張類似上面這張荷載變形圖,實驗在相同條件下進行,試驗載入機、測量設備、載入距離等等都相同。這一條藍色的是 iPhone 的、那一條粉色的是三星的、這條黑色虛線是鎚子的……並且,最好還能給出大致的參考值,比如根據日常使用條件,屈服荷載至少應該多少、彈性能量最好能有多少、屈服位移應該至少多少、線彈性剛度應該至少多少。

我認為這樣的測評,才能回答這個問題。

PS 順便扯點題外話,我可以完美的解決這個問題!!!

我們這裡說的都是普通的材料,比如這樣的載入卸載曲線:

紅色的是載入,藍色的是卸載,因為已經過了屈服點,所以會有殘餘變形,也就是壓彎了。

但是呢,有一些材料,它們的表現是這樣的!

看,這些材料是這樣卸載的。也就是說,即使已經過了屈服點,它們仍然能夠完全恢復變形,這樣的性質叫做超彈性,也就是 super-elasticity。擁有這樣性質的材料,叫做形狀記憶材料。因為它們總是能夠回到自己原來的形狀,就像能夠記憶自己的初始形狀一樣。

事實上,這樣的材料已經用在了航空航天、醫療器械等領域,生活中有些眼鏡框也是這種材料的。不管你怎麼摔眼鏡框,它總能自動回到原來的形狀。神奇吧!當然,這些材料的價錢也非常「神奇」。

看,永不變形的 iPhone 不是夢!只要你捨得用記憶合金!!!


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鑒於評論里不少人說我是為蘋果說話,我覺得還是有必要說兩句先。

首先我是前手機結構工程師,目前在儀器製造行業,沒有任何利益相關。

其次,我在文章中的結論很明確,蘋果每一代產品的牢固性是不斷降低的,此次iPhone6的設計方案是有先天缺陷的。我最多只是分析了一下蘋果的意圖和決策過程,希望大家能理解大公司在做決策時是考慮了很多因素的,就被說成了為蘋果說話,那我也沒辦法了。難道非要黑白分明的破口大罵,慷慨激昂,催人尿下,才能算把事情說清楚嗎,這個世界本來就是複雜的,非要簡單的去站隊,作為一個技術人員,我不太能理解。

最後,再次提醒一下大公司和公眾思維方式的不同。大公司是以不良率來考慮問題的,假如用戶投訴的彎折不良是百萬分之一甚至更小,那這個已經遠遠小於其他部件(如屏裂,揚聲器雜音等)的不良了,那麼這就是可接受的。而對公眾個體來說,我用你的手機,隨時都有可能被壓彎,我才不管你真實的投訴率是多少,我就是要指責你,你的手機就是有問題,你要道歉,大家都別買他家的手機。所以有時候大家會覺得蘋果公司的反應很奇怪,感覺很傲慢,在辯解,其實就是大家常說的屁股決定腦袋。

最最後,為了避免被噴,我一定要立場鮮明的指責蘋果公司不是想著不斷增強產品的可靠性,而是以輕薄來迎合吸引消費者,這是值得商榷的。
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作為之前做過手機結構的,我還是有一點發言權的。

聲明一下,我不是搞材料研究的,就是設計手機結構的,所以很多東西沒有嚴格的依據,只是前輩的經驗,和自己經歷過的項目的教訓,有硬傷請輕噴。

首先,給大家說明一下,手機研發階段要做很多實驗(非山寨機廠),只有過了所有的實驗,才能說明這個手機在設計上是完備的。相信很多人看了王自如和老羅的辯論,才知道原來手機實驗測試也是一門大學問。確實,手機的設計驗證階段,需要經歷的實驗超過你的想像,我們開發手機一般至少要預留幾百台機器用在破壞性實驗上。而這些實驗中,有一項實驗是和本次事件密切相關的,那就是軟壓實驗。

這個軟壓實驗有點類似於用手掰手機,這裡有個手機軟壓測試介紹,裡面提到國標是250N按壓1000次。正常成年人的握力是500N左右,也就是說國標是遠遠低於正常人的握力的,因此如果你的手機只是勉強達到國標要求,那麼實際使用中肯定很慘的。不過大家請放心,目前主流廠商沒有人是依據國標進行實驗的,而是使用遠遠高於國標的標準。

但是問題就來了,我不是富士康的,我真心不知道蘋果的軟壓標準。這裡存在兩種情況,一是iPhone6沒有通過蘋果之前的軟壓標準,蘋果為了進度等原因降低了標準(對於開發周期為一年的手機如果還有這種事情我真的吐血了);另一種情況是通過了之前的軟壓標準,但是實際使用中卻出現了壓彎的情況,這就是標準落後於實際情況了。

我注意到蘋果官方關於此事的回應,「此外,這些手機還擁有不鏽鋼和鈦嵌入件以加固高應力部位。我們還在整個開發周期中進行了嚴格測試,包括三點彎曲、壓力點循環、坐壓、扭曲和用戶研究等。iPhone 6和iPhone 6 Plus達到或超過了我們的所有高質量標準,可經受日常日用的考驗。」,這說明在設計階段,蘋果就注意到了這個問題,而且專門研究了這個問題,我相信這不是蘋果在敷衍,而是他們真的做了這些事情,以為這些研究已經完全涵蓋了用戶的普通使用情況(請注意,是普通使用情況)。

但是,現實情況是,Iphone4和4S沒人投訴手機會彎,iPhone5和5S已經有被坐彎的新聞了,到了iPhone6,剛發售就爆出來了。我會告訴你我一點都不奇怪嗎?下面來分析一下原因。

首先明確一個問題,大家所說的手機彎了是指手機被掰彎後不能回彈到原有形狀,不包括手機被折彎後自動回彈到原有形狀的情況(這個應該好理解吧)。這一點很重要,後面會明白。

手機是否容易折彎,有兩個關鍵因素,一個是材料,另一個是形狀。

首先是材料,根據日常經驗,大家應該可以感覺到,在手機常用的不鏽鋼,液態金屬(鋯合金)鋁合金,鎂合金,塑料中,不鏽鋼是剛性(抵抗變形的能力)和彈性綜合性能最佳的;鋯合金和鎂合金是剛性好,彈性差;塑料是剛性差但彈性好;鋁則是剛性差,彈性差。以上只是一個籠統的介紹,專業人員就不要噴了,我知道尼龍加玻璃纖維的剛性不比金屬差,但是我這不是寫論文啊,差不多就行了。

其次是形狀,大家可以把手機想像成一個面是空的長方形盒子。那麼根據日常經驗,如果這個盒子的側壁很矮,那麼它的強度基本就只能靠底部的板了,而如果側壁很高,明明比較軟的材料你卻很難掰動。原理就不用解釋了,大家憑感覺就知道這是沒錯的。增強側壁,肯定對整體的強度有很大貢獻,當然你去增加底部的厚度也是可以的。

了解了以上知識,大家就可以和我一起分析一下這三代iPhone的結構變化了。

iPhone4和4S,首先大家看到的就是那一圈又厚又高的不鏽鋼板了,只是這個鋼圈,估計就沒人能徒手掰彎的,而且拆機可以發現,鋼圈裡面是焊接了一塊不鏽鋼板的,這強度就剛剛的了。當然兩面的玻璃也做了很大的貢獻,使得整機的剛性再度提升(玻璃雖然容易碎,但是剛性還是挺好的)。

iPhone5和5S,把材質換成了鋁,這個就導致了整機強度的急劇下降,因為鋁比較軟,又太容易產生塑性變形了(即變形後不能回復原來的形狀),所以大一點的力(一屁股坐下去)施加上去,就直接彎了。而相同的力施加到iPhone4上,首先是整機強度好,不容易被彎折,其次,力實在太大,也是玻璃先裂。結構上,整機厚度減薄,側壁變矮,參照前面的盒子模型,抗彎性能更差了。

iPhone6和Plus,估計大家也看出來了,又減薄了,而且要命的是,又變大了,這樣根據槓桿原理,同樣的力施加到手機上下邊緣,對中心的力矩大大增加,這也可以解釋為什麼變彎的都是plus。變彎的位置也很好解釋,音量鍵,logo位置,和電源鍵,剛好在同一水平位置,而這都是對機身進行鏤空的地方,也就是機身最薄弱的地方。

寫到這裡大家應該也明白了,蘋果也是面臨著手機設計上一個艱難的問題,是結構向工業設計妥協還是工業設計向結構妥協?目前看來,蘋果也是一步步的向極限挑戰,但是基本趨勢是不斷降低了結構可靠性。因為蘋果肯定是可以通過增加手機厚度(最小只需0.5mm即可)來增強整機強度的,但是他沒有這樣做,原因肯定是多方面的,比如整機重量會增加,厚度會增加,會影響手感等等。作為一個超級大公司的重要產品,在做出這個選擇前,肯定是進過了很慎重的評估了,肯定不會像網上說的腦殘了,或者傲慢,輕視消費者等等,而是把利弊都計算清楚了,認為折彎會是小概率事件,而產品輕薄可以吸引更多的消費者。總之就是一種權衡的結果,無所謂對錯。(當然如果實際情況是喬納森和庫克學老喬對著蘋果的苦逼工程師拍桌子「我就要這個設計!!給我弄出來!!!!」,那上面的權當我沒說吧。。。。。)

也許有人會問,怎麼老是蘋果的東西會彎(庫克支持同性戀??),其他廠商也沒聽說過誰的產品那麼容易被折彎啊?拋開品牌話題性(山寨機就算用眼能看彎也沒人關心啊),關鍵原因在於你看看還有哪家會用蘋果這樣的設計?一般的設計都是三明治大塑料結構,一般都是前殼(帶不鏽鋼或者鎂合金嵌件),中殼(或者叫後殼,一般都搞點真空鍍神馬的看起來像金屬一樣亮),電池蓋,此種典範當屬大三星了,鎂合金剛性就不說了,四周的塑料回彈又好,就算把它掰彎了,馬上回彈,跟沒彎一樣。

當然還有一體機,一般都是一體的塑料殼,內包不鏽鋼或鎂合金骨架,強度也沒得說。有人肯定要說M7呢,他們背面也是鋁合金啊。對,他們背面是鋁合金,側面呢?側面可是厚厚的塑料啊,而且整機那麼厚,機身裡面又有不鏽鋼板加固,肯定綽綽有餘啊(看到HTC ONE的國行版本背部鋁合金電池蓋可以拆卸,你就應該知道它背面的鋁合金就一裝飾作用)。有人說超薄機,你去看看誰家的超薄機敢用鋁合金做主體骨架?而且用過超薄機的應該有體會,太薄的機器,就算你是用不鏽鋼做主體結構,一樣比厚的機器不耐操,總是要小心翼翼。

結論就是,蘋果非要用這種材料和這種結構,自然要承擔相應的風險。如果說設計缺陷指某種設計方案天生帶有的不足,那麼折彎事件確實可以稱作設計缺陷。

(最後還是沒忍住要替蘋果的結構工程師(注意不是替蘋果公司)說兩句,「人家容易嗎?老闆定下來這一代一定要比上一代輕,比上一代薄,還只能用鋁,我能怎麼辦?只好用更硬的鋁合金牌號了。天線也不省心,那麼多縫還都在外觀面上,注塑的時候披鋒漏膠肯定一塌糊塗,算了,到時候讓富士康多找點人打磨一下吧。什麼?電源鍵要從頂部移到側面,還和音量鍵平行?我。。。算了,用不鏽鋼把鏤空的部分加固一下吧,希望不會出大問題。什麼?還要把logo部位鏤空?老闆,咱做的不是雙截棍啊!」)--以上純屬娛樂。

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有人提醒我M8也像iPhone6一樣是全鋁合金背殼(之前想當然認為M7和M8是一樣的,不好意思),我仔細看了一下拆機圖,確實是這樣,但是粗看兩者設計形式差不多,其實有很大的不同,強度也會有很大差別。

先看兩張蘋果的拆機圖

分成兩部分,一部分是觸摸屏和顯示屏全貼合模塊,另一部分是一體化的鋁合金後殼,顯示屏底部雖然有薄鋼板,但是因為太薄(主要原因),只起到了保護顯示屏的作用,另外的一個作用是長一些卡扣,固定顯示屏組件。這樣以來,整機的強度就只剩鋁合金後殼和觸摸屏在起作用了。

再看M8的拆機圖

仔細觀察可以發現M8的鋁合金後殼是獨立的,相當於一個電池蓋,而它的另一個主體框架就是全家福中間的那個塑膠加不鏽鋼嵌件的前殼。更重要的是,它的厚度有9.35mm!!!而蘋果是7.1mm。要知道側壁的高度對抗彎性的影響可是相當大的。

這個對比就可以說明兩個廠商的設計風格了,同樣在外觀上是鋁合金一體化後殼,蘋果的目標是輕薄時尚,HTC更側重紮實可靠性(當然也可能是HTC沒本事拿到輕薄的元器件,只好破罐子破摔乾脆設計的紮實一些,厚一些)。

總之還是那個結論,蘋果為了做得更輕薄,犧牲了一些可靠性。(話說回來,iPhone6如果設計的和M8一樣厚重,但是不容易彎,你還會買嗎,我是不會---個人觀點)

還要說一句,希望大家不要有其它手機不會被掰彎的錯覺,我更多的是想比較一下正常使用下是否容易被折彎,以及不同機器的相對強度。如果沒有一個合理的標準,而是單純的去做破壞性實驗,也是沒有意義的。

最後要道個歉,因為一時手順,開頭寫成了做手機結構的,其實應該是之前做手機結構的,因為今年離開這個行業了,原因嘛,看文中的怨念就知道了。
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謝謝David Chang打臉,大家一起討論是最好的,犯錯越多,學的越多嘛。你提醒我說M8的更弱,不知道你說的是不是這個視頻iPhone 6彎折測試 加入HTC M8/Moto X對比,我仔細看了一下 彎折的情況如下圖

上圖是iPhone6

上圖是M8

上圖是iPhone6 Plus
依據上面三個圖來看,iPhone6隻有很輕微的彎折,M8屏幕向上拱起,iPhone6 Plus很明顯的彎曲了。David Chang同學可能是想說這證明iPhone6的彎折比M8小,說明M8的設計也不怎麼樣。

但是請仔細看視頻,M8的屏幕鼓起時,鋁合金後殼邊緣仍然是平直的,視頻中那個胖子也說了,用力的時候,屏幕會翹起,但是鬆手後,屏幕就回去了。據此,我認為M8的設計還是更堅固的,它的整機更牢固,但是它的設計也有缺點,導致了受力時,屏幕雙面膠脫開,屏幕鼓起。

主要問題是有兩方面,一是它的後殼是一個大弧度,這樣用手掰的時候,手機中心部位就容易受力凹陷,進而頂到屏幕組件,將屏幕組件頂起來。鬆手後回復原狀,說明手機更多發生的是彈性變形,沒有發生大的形變,但是後殼的中心部位應該會下陷一點。另一個原因應該是,M8的鋁合金後殼太偏向電池蓋的感覺,和前殼的固定不夠牢固(當然,日常使用是沒問題的)。

總的來說,我基本上還是認為生活中M8會被永久彎折的概率遠遠小於iPhone6和Plus,當然歡迎大家打臉,共同學習,共同分析。(再次說明,我只是經驗派的,學術派的就不要太計較啦)


應該是鈑金件(手機殼)的結構強度不足導致的,硬傷。
1. 6 plus長度增加,彎曲時相當於在拇指支點處的一懸臂樑,懸臂越長,對於支點處的彎矩越大,越容易出現變形。同時,由於連續開槽削弱音量鍵附近的板材強度,應力集中就會出現在這個地方;鋁合金本身的強度就和鋼材相去甚遠,為了追求更薄的手感和更輕的質量,在結構上就要做部分犧牲,結果這個犧牲似乎超出了消費者可以接受的範圍,至少現在看來再沒有更好的材料出現的情況下,蘋果依靠更長更大的策略是走不下去了........

2. 至於因為這個問題出現招聘FEA,好像說不過去,每一家手機設計公司都會有自己的FEA部門,所以這兩個應該沒有關係。

0627Updae:看了consumer report的報告之後,幾點感想。
首先可以看看這個三點彎曲測試(
three-point flexural test )的力學過程:
1. 三點彎曲的簡化模型

假設受力作用點在中點處,那麼整個手機橫截面內的彎矩為

也就是說最大的彎矩會出現在中點處,那麼變形的大小有時多少呢?
力學告訴我們,抵抗彎曲的物理量是抗彎剛度,也就是E*I,其中E是材料的彈性模量,只和材料有關,比如鋼的彈性模量大約就是鋁合金的3倍左右,I是一個和橫截面有關的參數。於是,中點處的最大變形為FL^{3} /48EI。當然其他的地方也出現了形變,但是因為考慮的是等截面情況,所以在彎矩最大的時候出現最大的變形。

注意這是在橫截面形狀一致,材料均勻情況下的最大位移。

2.下面來看consumer report做的實驗結果
再給出結果之前說了這麼一句話:Then we increased the force in 10-pound increments, noted when the phones first started to deform (that"s what our engineers call it) and stopped the test for each phone when we saw the screen come loose from the case.意思就是開始第一次變形的時候記錄載入大小,屏幕鬆動時候開始記錄載入大小。
這是實驗結果:

對於M8:可以看到整個屏幕的地方出現了彎曲,變形比較一致,最大變形基本在中點

對於6:也出現了一定彎曲,音量鍵處出現最大變形

對於6 plus:變形最大的地方也是出現在音量鍵的地方

上面三個手機變形的方式不同,對於M8而言,由於是三明治結構,整體剛性好,因此最大變形基本是在中點處;對於6而言,最大變形基本是在音量鍵附近;對於6 plus而言,由於其長度L增加(L和最大變形成3次方關係,FL^{3} /48EI),中點處的最大彎矩增加,最大變形也會增加,這就是為什麼6 plus的變形看著明顯大於6,雖然6 plus的厚度稍大於6,但是長度的增大導致更大的彎矩,因此6 plus的變形大於6。

對於一個手機,由於其並不是理想的一致截面,因此其實各個截面的抗彎剛度(E*I)是不一致的,因此對於手機的變形,最大變形不一定是出現在最大彎矩處,有可能是在彎矩不太大,但是抗彎剛度又很小的地方。比如 6和6 plus音量鍵的地方。

至於報告數據對比中的初試變形載荷大小,我認為這個不能說明問題,這個只能說明第一次變形時的載荷大小,但是變形又分彈性變形和塑性變形,如果是彈性變形,載荷去除之後依然能夠恢復,這在博士@豬小寶的答案中以及說清楚了。所以第一項數據參考意義不大。

綜合來看,consumer report是進行了三點測試實驗,但是這個實驗對於博士@豬小寶提出的關鍵的參數如屈服荷載,屈服位移,彈性剛度,彈性能量,一個都沒提到,因次參考意義不大。

當然報告中也說道,蘋果自己也做了三點彎曲測試,只不過consumer把載荷加的更大了而已。


其實更新了新moto x,M8和lumia1020的對比視頻里還是挺能說明問題的,這四部手機裡面moto x是唯一一個採用三明治結構而不是全包圍結構的機器,而實驗結果就是非常難掰彎。
另外網上還有發布note3和iphone6的彎曲測試對比,機器測試。
大致去了解一下新上市的這些三明治結構的機器的拆解,比如Lumia 930,新moto X,MX4,這種結構基本上都是屏幕和中框完全固定在一起,很難拆下來,中框主體雖然是鋁合金,但內邊框用了不鏽鋼等材質加固,在背殼和主板直接又要再加一層塑料防護。
相比起來半包圍結構的機身就簡單很多,不管是iphone6還是lumia1520這樣的大塊頭,基本上都是屏幕嵌在機身上,主板等部件靠粘合劑或者部分直接固定在背殼上,整個方案和成本就比三明治型的設計簡單很多,裝配工序也少了,如果內部還沒有剛性結構輔助,強度自然是遠遠不及。最大的好處就是可以做得輕薄,當然M8和1520這類把攝像頭做在屏幕背後就沒有輕薄的優勢了。
但是個人覺得主要還是在屏幕和中框的結合方式

視頻里拍攝者基本都是從背面一定區域按壓,然後被掰彎的機器很明顯的現象就是,屏幕和機身分離了。玻璃是什麼哪種性質就不用多提了吧,而且現在手機基本都是大猩猩這樣的強化玻璃,對於鋁合金的機身來說是很好的強化材料,但是半包圍結構中屏幕只是用粘合劑或者搭扣固定,完全起不了對整機加固的作用。正好還有另外一個視頻

這是在100磅的壓力下彎曲了3.25mm,對比下來note3是彎曲了4.5mm,iphone 5是1.75mm
iphone5比較厚鋁合金剛性也比塑料好,所以彎曲度最小也是合理。不過這個測試里,屏幕是完全架在平行的不鏽鋼架子上,其實還是承擔了加固的作用,所以在使用時背部受到超過100磅的撞擊或者壓力,彎的就不止3.25mm了。
所以在有前科的基礎上,蘋果這次的結構設計是完全沒有進步的,既沒有考慮用強度更高的材料(這次應該還是用6xxx系的鋁合金而沒用更硬的7xxx系,鈦合金就算了比藍寶石屏還不靠譜),也沒有採用內部增強,屏幕和機身的結合也還是用老套的搭扣而不是再包一個內部中框強化結合,更多是出於裝備時間和成本上的考慮實在是不思進取。這種設計的嚴重缺陷財大氣粗的蘋果都不解決,難道讓苟延殘喘的HTC去做么


關於 iPhone 6 Plus 變形問題 :
1:由於 iPhone 6 Plus 的面積比 iPhone 6 的大,面積越大變形係數就越大,相對小面積受力更差,其實 iPhone 6 一樣的變形只是 iPhone 6 Plus 更明顯。
2:在結構方面產品本身很多料厚薄弱地方,特別是開孔側面位置,受力集中然後產生應力變形無可避免。
3:蘋果為了外觀上有更多的選擇和產品重量更輕,犧牲了之前的鋼材料,採用了目前的鋁(鋁可以氧化各種顏色,選擇性更多,而鋼由於材料本身的限制在表面處理以及顏色過少, iPhone 4S採用了陽極處理)在重量上鋁的密度要比鋼的輕,長期使用手機會適當的減低用戶操作手的疲勞。
再,鋁比鋼更容易受熱變形,但不是主要因素,鋁無論是硬度,強度都無法和鋼材料比。
總結:引起 iPhone 6 Plus 變形的關鍵因素:A:材料本身硬度,強度問題。B:結構的合理性鋼度問題。


謠言已經破除。不排除 #bendgate 是某些廠商在背後有意操作。下面是 Cosumer Reports 的標準測試數據,真正的中立客觀第三方:

可以看到事實上 iPhone 6 Plus 比 iPhone 6 更耐折彎。所謂很厲害的 HTC One M8 有著更厚的機身,其實是最弱的一個。總的來說,他們都高於合格標準。

Source: iPhone 6 And 6 Plus Bend Test


先吐個槽,力學當中的「結構設計」和手機當中的「結構設計」不是一回事。所以這個問題的權威,應該是 @豬小寶

要分析,還是數字最直觀,所以做個簡單的力學分析吧(好久沒算過了,知識有些淡忘了,如果有錯,歡迎指出)。不管是現實中人徒手掰,還是機器測試,都可以簡化為下圖的力學模型。

手機可以看作一個單向受彎板,兩端受到支撐(徒手掰彎時的手掌,或者實驗中的金屬棒),中間受到集中力的作用。手機長度是L,寬度是b,厚度是h,手機端部到支撐的距離是a(假設是10mm)。
由於手機的內部構造非常複雜,做準確的理論分析很困難。這裡為了簡化分析,把手機裡面所有的材料(玻璃、金屬、塑料等等)看作是一個整體,當作一種複合材料,假設複合材料的彈性模量是E。
那麼根據材料力學,最大變形(撓度)的計算公式是 v=P l^3 /4 E b h^3 (這裡計算的長度 l=L-2a)

下面計算了幾款手機的最大變形v。因為不知道彈性模量E和外力P的實際數值,所以沒辦法計算得到實際的變形大小,第5列 vE/P可以看作是最大變形的一個相對大小。而第6列是 徒手扳彎太草根, 還看機器科學測試 iPhone 6/6 Plus 中給出的實驗數據。

首先看理論計算的結果,在相同外力下,ip4/4s的變形是最小的,ip5和M8的變形也很小(note3另說),而ip6/6+的變形值幾乎比ip5大了一倍。這和實際大家的感覺也比較接近。再看實驗結果,ip6+的變形(其實視頻當中沒明說是6還是6+,這裡當作6+)也幾乎是ip5的2倍,和理論計算的結果差不多。
再來看note3的問題,理論計算note3的變形是很小,和ip5在一個水平。但實驗結果變形卻很大。這主要是因為理論計算的時候,把note3的材料看作和iphone是一樣的,而實際note3的塑料機身的彈性模量E比起金屬和玻璃都要小。只要note3和iphone一樣用金屬外殼,就能大大減小變形。最後回到題中的問題上來,從理論計算可以看出,在抵抗變形的結構設計上,iphone6其實是和iphone5在一個水平上的,甚至可能更好(這裡的水平,指的是通過設計提高整體的強度和剛度)。iphone6之所以這麼容易被掰彎,主要原因還是太薄了,其次是太大了。但即便是大,只要做成note3那樣的厚度,變形也不會很大。既要讓ip6變大,又要變薄,還要保持受力下變形小,這真的是一個很大的難題。apple選擇了外觀,犧牲了強度。至於這一點算不算缺陷,就見仁見智了。


可能音量鍵處內部為了空間布置,削薄機殼,缺失了加強筋結構


我負責任的告訴你,但凡是個薄點的手機都會彎
像這個三星從中間碎裂延伸到兩邊從而徹底黑屏的裂屏方式就是我徒!手!拗!的!
其實我只是覺得它邊框有點摔歪了想把它掰掰正而已辣~
倫家力氣真不大的唷~
手機還是自己用小心點吧。。。。


簡單的回答:是的,這是設計缺陷。但是iPhone 6 Plus不是殘次品,即使裸奔著使用也不容易變彎。

(iPhone 6 Plus可能是史上最需要保護套的iPhone,天線槽設計、攝像頭突出加上現在的易彎問題。)

2014-09-28 更新:
Consumer Report的報告說iPhone 6 Plus其實還不錯,HTC One M8是最糟糕的,70磅時變形,90磅時損壞。但,個人認為CR測試的參考意義並不是在具體的數值上:純儀器測試,不怎麼接近生活中的使用環境。我們不可能每次磕碰都在手機正中間的一個點,速度也不是每次都這麼均勻緩慢,而且6 Plus的總評成績還是比較糟糕的90/110(iPhone 6則是70/100居然更糟糕,更加驗證了我前文的觀點:不應純看數字)。

但這一測試更科學和嚴謹,專業的儀器和精確的數字可以給我們很不錯的參考。我不認為最終的成績很重要,10磅左右的差距可以歸結為測量誤差,但iPhone5 130/150的成績比6/6 Plus好得多,也很好的驗證了我原有的答案,所以我認為原答案回答的內容仍然成立。

哦,對了,雖然參測的所有手機最終無一倖免,但即使成績最差的HTC One M8和iPhone 6強度也可以輕鬆應對日常使用的絕大多數情況,只要不是一屁股做下去或者各種摔,基本不會有問題。

以下是原答案。
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原因4點:大、薄、材料、結構差。

:Plus在5.5寸手機中都算很大的了,要命的是還特別長,根據扳彎測試的情況,槓桿原理,力矩長,比較小的力就可以造成變形。

:Plus剛好又是最薄的iPhone,容易被扳彎,還削弱了自己的厚度也就是強度,危險……

材料:鋁合金的延展性,如果是塑料,特別是諾基亞這種塑料,要命就沒事,要麼就裂開發白,但是鋁合金可以相對容易的被扳彎。

結構差:如果上面的都是客觀原因,那麼這一點真的是蘋果的設計理念原因了。為了追求薄和方方正正,愣是沒有使用業界流行的弧面背殼,大大降低了手機外殼的強度。

所有原因造成了最終的結果,很脆弱。

上圖說明:
HTC One 弧形背殼

妥妥的

Moto X 弧形背殼

妥妥的

Lumia 1020 超厚塑料

為了這個鏡頭不得不做厚,大大增加了強度。

妥妥的。

iPhone 6 厚一點,力矩短一些

所有問題不大。

iPhone 6 Plus,大、薄、材料、結構差全部達成!廢了……

嘎嘣~~~資料來源:Consumer Reports: iPhone 6 and iPhone 6 Plus Not as Bendable as Believed


本人現在正在生產6和6P外殼車間工作,對於網上最近很火的手機會被壓彎什麼的很有興趣,所以在無聊時分別拿6和6P的外殼做過實驗,反正我用雙手是怎麼也沒讓外殼彎曲甚至肉眼也查看不出有任何變形,也有放褲兜里使勁坐下,但依然沒問題,所以很好奇網上的大神是怎麼彎變形的


看到這樣高大上的地方還可以用到FEA實在是受寵若驚啊。看了很多評論,個人覺得還是有些設計問題在裡面的。
×××××先講大方向×××××
前面很多回答都提到了iphone 6 plus的尺寸比較大,受力相同的情況下肯定比較容易變形。正如 @賈偉強 的回答中所提到的,iphone 6 plus很薄,大屏手機還只有僅僅7.1mm,水果公司真是自作孽,手機就一定要薄么?準備自帶水果刀功能么?請跟我一起大聲喊高(no)端(zuo)大(no)氣(die)。7.1mm的薄壁箱結構受力後能不「曲」幾下么!?
另外可恨的是它用上了精美的鎂鋁合金,漂亮!然而精美有餘剛度不足。 @豬小寶的回答闡明了什麼叫「柔弱」的鋁合金材料,一是抗變形能力差(剛度不好),二是大變形後容易回不來(屈服點低)。
上面這兩點導致iphone 6 plus受力後容易變形,同時也容易「永久」變形,這就是bendgate了。
ps,如果iphone 6 plus用高強度工程塑料材料做,那麼就不是bendgate,那會直接是breakgate。
×××××開始轉入結構設計的正題吧×××××
不過上面這些並不是設計上的致命缺陷,現在的智能機很多都又大又薄,其他廠家也不乏鎂鋁合金邊框的機型,HTC/索尼,並沒有看到「彎曲門」發生在他們身上。大眾關注度是一方面,但是水果公司的設計應該也是有些問題的。
手機內部每一寸地方都非常寶貴,放置什麼東西也都很講究,涉及電子排布,散熱,結構等各種問題。我相信iphone 6 plus內部布局是經過一些考究的,但是似乎iphone 6 plus的內部薄弱點並沒有得到有效的加強。(雖然蘋果公司聲稱加強了關鍵位置,我的猜測他們所說的加強更多的意義是對一些關鍵功能部件的保護)。還是得從內部結構來說明一下問題。
下面兩幅圖圈中的鋁或者鋼部件都是有意無意的結構加強方式,分別位於攝像頭和音量按鍵位置。

當然內部布局中這樣的有意或者無意的加強構件很多,如下圖圓圈和紅線所標位置的剛/鋁片。實際上問題應該就出現在紅線所標的位置。

可以看到音量鍵一側的加強件成鏈條狀分布(休眠鍵一側也是類似的情況),四段「鏈條」中間剛好露出了三個缺口,當結構整體彎曲受力的時候,「鏈條」四兄弟加強了各自的區域,而三個缺口成了能量釋放的最佳位置:他們最弱。而三個缺口中最長「鏈條」下面的缺口不光弱,結構上還有個「缺陷」,音量鍵打出來的孔。。。然後它就先掛了。
像這樣,

像這樣,

像這樣,

以上圖片大多來自於IFIXIT,另有部分來歷不明(google圖片)。。

我想如果兩側放置上兩個完整的金屬條,可能會有幫助;或者至少覆蓋住最容易彎折的中間部位。

×××××為自己代言×××××
最後作為一個機械結構分析民工,我有義務為自己代言,代言方式就放一組圖吧(結構尺寸材料數據純屬捏造,僅供外行觀摩。內行請默默點贊吧!)
準備坐下的時候是這樣的,

坐下以後是這樣的,

起來的樣子可能是這樣的,

最後你的iphone6+是這樣子的了:


5和5s就有彎門了,沒這次傳播範圍那麼廣。
這兩兄弟剛剛出來的時候就有人一屁股坐彎了。
現在6剛剛出來,放口袋它又彎了。
它又不是基佬。
如果說抹黑蘋果誰收益最大的話,歐巴杠杠思達小朋友就脫不了干係了。

想起以前的80各種思密達,我是八八年的,那時候還看各種段子一愣一愣的,等我出校園,90門上台了,各種思密達原封不動,換湯不換藥又開始妖言惑眾了,不要覺得90躺槍,等等鴨蛋後,你看著吧。網上的東西只看,基本保持懷疑。天朝從小就這麼教導我們,教了學費不能退是吧,「不像現在讀書不要錢呀」。也包括知乎你們言之鑿鑿的答案,更不用說媒體和剪輯的視頻了。你述說的和我看見的,中間隔了一條銀河系,各花入各眼。
。。。。。。。。個個個個。
沒有驚喜沒有5s精緻,這裡絕對是敗筆阿!!塑料天線和進擊凸凸的攝像頭需要時間適應~偷偷掰了下,沒有掰彎[呲牙]plus比6暢銷~


1.薄了
2.大了
3.圓了
這裡「圓了」是指iPhone 6 Plus 將兩面的邊框都做成了圓形降低了手機的平面抗彎曲能力。
中空半圓邊框(iPhone 6,iPhone 6 Plus) 和 平面邊框(iPhone 4,iPhone 5,小米4 等)在 縱向 上的抗彎曲能力相差甚遠,甚至比中空1/4圓邊框(魅族MX 4 等)的抗彎曲能力都差很多。

是視覺設計上的進步,結構設計上還需要改進。
當然,APPLE是在「正常人不會去掰手機」的假設下設計的,如果你是「正常人」,應該不會影響到日常使用,如果還是擔心就套個套套吧。


老公在蘋果上班,測試機隨便折騰,怎麼也沒能成功徒手掰彎。懷疑流傳視頻的真實性。


原來在富士康做後殼的怒答

更輕 更薄 蘋果這種總的思路就在這放著

而且材質還是很容易變形的鋁合金 事實上這幾乎就是必然的

看了一下那位做結構的說的很詳細了

就說一件事 有一次我處理一個case就是生產線私自在logo旁的內腔里做標記為了區分線別

用的是沒水的圓珠筆刻字 這在以往的iphone製造中都是很常見的做法

而由於這次的實在是太薄 那個位置後用cad檔測只有0.5mm不到 也就是幾張紙的厚度

所以「力透紙背」

幾千個產品就這樣廢了


親身經歷 是彎了 出現在音量鍵附近


對於設計缺陷的界定我不是很清楚,從材料的角度我有如下看法:
一個片狀材料既薄又長且輕,除非加入大量高分子材料使其成為高強度的複合材料,大量改變其彈性模量和斷裂強度等參數,否則發生塑性形變甚至最終斷裂都應該算很正常的。
如果維持原本只採用合金作為外殼的基礎上,要麼採用高強度合金,但同時也會改變材料的剛性,變得非常硬,可能還會很重、硬性散熱。或者選用非晶態金屬,有優秀的強度、韌性和抗腐蝕性,不過成本應該就會高一些了。


看量吧……如果是比較少的量科可以看做個體事件,以目前的量來看還上升不到產品質量問題與設計問題。

如果兩個月之後繼續出現更多大量用戶反饋存在彎曲的現象,可以視為蘋果自己的問題了……

插一句題外話,我覺得現在市面上任何5寸以上大屏幕的手機我都有能力徒手掰彎……當然我沒錢測試,如果諸位哪個有興趣發給我一部試試?上面某位神族利益相關者可以咩?


朋友6plus,他身高1.83。前提完畢,大概在胸口高度掉下來之後就輕微彎了。還好30天可退。現在手裡面拿的真的是個炸彈,感覺挎腰那種手機包要殺回來了。


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