Simcenter 3D笔记本电脑跌落仿真

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笔记本电脑跌落仿真的必要性

家电产品都是需要进行通过一系列的运输才能到达用户手中，由于搬运，跌落等原因每年有上万台机器需返修，企业由此产生的损失达数千万人民币。笔记本电脑在研发阶段也需要进行跌落测试，保证产品的质量。但是这些破坏性试验，必须在产品试制成功后进行，耗费的时间和物力财力巨大。另外，我们在产品的实际跌落测试中，只能获得有限数据信息，无法获得空间和时间的连续结果，很难检测到产品内部的冲击特性，很难观测到整个物理样机试验变化过程。

图1

数字化样机的仿真技术为跌落、碰撞研究提供了更为有效的方法，在产品的设计阶段即可实施。利用计算机模拟技术，针对产品的跌落过程进行合理的有限元仿真分析，可以了解跌落过程内部结构的变化以及跌落的机理，提高产品的抗跌落、抗冲击能力。同时可以优化结构设计，降低结构成本，减少实物样机的数量。

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Simcenter 3D跌落分析方案

笔记本电脑的跌落是在极短的时间内，受到剧烈碰撞动态载荷而产生的非线性的复杂动态响应，这个属于瞬态动力学过程。瞬态动力学是一门用于计算载荷随时间变化的结构动力学，结构的速度、加速度、位移和力都可以随时间变化。Simcenter 3D具有优秀的瞬态动力学分析能力，本文就是介绍使用Simcenter 3D瞬态动力学进行笔记本电脑角跌落的分析过程。

首先，我们需要定义实际笔记本电脑的跌落工况（如图2）。根据企业标准，该笔记本电脑从450mm的高处跌落到地面上，角部落地。

图2

2.1

自动化中面提取技术，

快速构建仿真简化模型

由于笔记本电脑都是薄壁结构，一般使用壳单元来进行仿真提升计算效率，所以网格划分前需要进行模型简化和中面的提取。

▶ SIMCENTER 3D具有几何特征的自动识别，可以轻松进行几何特征抑制，自动抑制和去除小的特征，自动简化细小曲面和边，中面提取和装配等强大的模型抽象工具直接处理几何模型，极大地简化了前处理的工作量。

▶ 具有最为领先的自动的非一致边－边、边－面缝合技术。

▶ 提供模型理想化，自动几何修正，模型清理等丰富的工具。对于薄壁板利用几何理想化工具，自动抽取中面，中面厚度自动带给求解器，不需要人工再定义壳单元厚度，这个对于变厚度薄壁结构非常方便。

图3

2.2

高效和高质量的网格划分技术

Simcenter 3D 高级前后处理器除了能快速的获取几何和模型简化，在网格生成方面也有她非常独特的技术，包括自动区域网格划分技术、相似网格、焊缝/筋提取等。获得专利的区域网格技术突破了一般前后处理完全依赖于几何体的网格划分技术，可以大大加快网格划分的速度和极大提高网格质量、减少网格数量。

比如，对于一些复杂的片体几何，在生成整个几何时往往会有许多碎面或狭长条面或几何缺陷，利用区域网格技术可以自动或人工指定区域来缝合碎面和狭缝及缺陷，生成规则网格，也可以将来自扫描设备或其他数据源的STL几何自动生成大的规则区域，便于网格生成，区域网格技术更能快速的提高网格的质量。

图4

2.3

方便快捷的跌落仿真求解方案设定

跌落仿真为了提高计算效率，分析一般从跌落到地面瞬间开始。该工况下跌落速度为3m/s，如下图可以方便地设定笔记本电脑的初始速度大小和方向，跌落分析的设置相对简单，主要是在接触的处理上需要花费一些时间。添加必要的接触,如卡扣接触，壳体与地面接触等等。

图5

2.4

多方位的跌落仿真分析结果展示

通过后处理，我们可以直观地发现产品最大的变形区域和最大的应力区域，通过对这些区域结构的增强，可以有效减少跌落引起的结构的破坏。

另外笔记本电脑的屏对冲击加速度非常敏感，过大的冲击加速度可能会引起屏幕的破裂，通过对结构缓冲的更新设计，可以有效的降低屏在跌落时候的冲击加速度，提升屏的抗跌落性能。

整体变形云图

整体应力云图

局部变形云图

加速度曲线

图6

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Simcenter 3D跌落分析总结

Simcenter 3D是完全的CAD/CAE一体化技术，同步建模、批量中面抽取，不需要数据转换，真正实现仿真实时性与设计协同，保证仿真的精度和可靠性。全自动网格划分技术、快速高质量网格、丰富的材料曲线和迅速的材料获取，全部满足非线性求解器对网格和材料要求。直观的速度定义和众多接触的灵活设置，减少工程师前处理时间，同时方便工程师的检查。各种直观的后处理的方法，云图，动画，曲线等，可以方便地发现最危险的区域，帮助工程师做出正确的判断。

文章来源：数字化工业软件技术期刊