技术干货丨基于SimLab的耳机充电底座的多角度跌落分析

*作者：高上地

（大北欧通讯设备中国有限公司）

跌落分析对产品设计至关重要，由于产品本身的重量较大，在跌落过程中局部结构损伤的风险较高，此外，跌落过程中的结构变形和加速度过大，均可能对外形及其它功能器件产生较大影响，这些设计风险，都是我们需要在开模前需要考虑的。通过跌落仿真，可以提前预知可能的风险，并给出优化的建议。是目前产品设计中不可缺少的一环。

然而，跌落仿真往往需要设计已经具有一定的成熟度，此时留给仿真分析的时间已经并不多，此外，风险最高的跌落方向如何确定，也一直是较有挑战的工作，基于对设计的了解，通常需要与结构工程师沟通可能的高风险方向，而这样的方向，往往不止一个。因此，只有能够在有限时间内，快速高效的完成多个方向的跌落仿真，才能发挥跌落仿真的最大价值。

本文基于 SimLab 对一个耳机充电底座进行跌落仿真分析，用实际案例展示 SimLab 软件在电子产品跌落仿真方面的优势。SimLab 软件对跌落分析进行了很深入的定制化开发，使得跌落分析变得非常高效：

一方面，SimLab 的几何清理工具降低了仿真工程师和结构工程师在几何模型质量方面的沟通成本；其次，内置的针对跌落定制化的网格划分工具，可以快速划分高质量四面体网格；

此外，SimLab 还提供了 DOE 工具，可以快速建立多个方向的跌落分析，而不需要反复的导入模型，创建地板等重复性工作。

这些工具极大的提高了跌落仿真的工作效率，让设计人员可以及时赶在开模前发现结构的薄弱区域。

几何模型及工况介绍

充电底座主要放置在桌面，因此跌落高度设置为1m，计算时间为8ms。在 SimLab 中进行网格划分，并用 DropTest 工具创建跌落工况，设置跌落高度、重力加速度、跌落方向以及跌落时间。之后直接提交 Radioss 进行求解。

仿真模型设置

2.1 干涉检查与处理

SimLab 中提供了方便的干涉检查功能，既可以对几何直接进行干涉检查，也可以对网格进行干涉检查，可以用Geometry -- Identity Intersection Bodies或 Geometry – Intersection 这两个检查干涉的功能。

如果发现干涉，对于较小的或非设计需求的干涉，可以逐一通过 Geometry—Break 进行干涉切除，而对于较大的干涉，或需要返回 CAD 原始文件进行调整，再接着后续的步骤。

（用 Identity Intersection Bodies 检查干涉）

（也可以用 Intersections 检查干涉，可以更精细检查干涉同时修复）

2.2 几何清理

尽管在 SimLab 中，我们可以直接傻瓜式一键划分网格，但还是建议做一些几何清理，减少不必要的网格数量，SimLab 中提供了一些快速几何清理的工具，例如，我们可以通过 Geometry—Feature-Detail 等功能进行去圆角，去logo，去除一些小凸台等操作，下图即以一个螺钉为例，对其进行了简化后，划分了高质量的网格。

此外，在 Geometry—Body 下，还有很多几何简化小工具，尤其对于电子产品，例如 Simplify Fasteners,用于简化螺栓； Simplify 功能用于简化各种电子元器件；以及 Simplify Sensor/Clip 对传感器和一些连接件进行快速简化。

而 SimLab 也支持进行网格模板的设置，即包括了几何清理与网格控制部分，但具体参数需要按照自身产品特性进行定义。仿真工程师如果有一些 Python 基础，即可在 SimLab 中方便的创建网格模版，并生成界面和图标供其他工程师使用。下图是我们自己的网格模版。

（仿真工程师在 SimLab 中开发的网格模版工具）

仿真工程师既可以在前期利用网格模版一键式进行几何清理和网格划分，也可以在后续的 DropTest 工具中通过 Drop Test Parameter 给定网格参数进行划分（见2.4），无论是哪种方式，都是一键式操作，效率很高。

2.3 材料设置

几何清理结束后，可以进行材料选择，需要提醒的是，目前 SimLab 中的材料模型还没有 HyperMesh 中那么全，所以对一些特殊的材料属性，可能暂时是无法找到的。但对于我们的问题，目前主要材料为塑料和金属，用的均是弹塑性模型，因此是可以在SimLab中进行设置的，下面是一个根据应力应变曲线设置的弹塑性材料的例子。

（在 SimLab 中设置弹塑性材料模型）

2.4 采用 SimLab 内置的 DropTest 工具进行快速设置

随后点击 DropTest 图标，进行跌落的相关设置，如果前面还没有进行网格划分，也可以在这里直接调用跌落网格划分工具进行快速网格划分。

做了基本的几何清理后，SimLab 基本可以一键划分四面体网格，网格质量也很不错。下图是网格的局部特写。

随后根据结构的设计，我们将螺栓/粘胶等区域设置为Tie(尽管 SimLab 中提供自动 Tie 的功能，但我们仍然建议自行定义绑定区域，以清楚结构本身的特性，便于后续的后处理分析)，结构整体采用通用接触。其余设定（例如跌落高度，跌落方向等）都可以在DropTest 工具中方便的设置，如下图所示：

（图片来自于 SimLab 官方教程）

值得一提的是，如果我们想跌落多个方向，我们可以通过 DOE 功能下的 DropTest 快速设置多个方向的跌落，内置了跌落高度，跌落角度作为设计变量，通过这几个参数可以轻松设置多个跌落方向，还可以预览跌落地板的位置来确认是否是自己想要的方向。设置完成后，点击 Update 就可以开始自动多方向的跌落计算了。

（图片来自于 SimLab 官方教程）

之后直接右键点击 Model Browser 中的 Results 图标，点击 ”Update” 即可开始计算求解。

对于跌落问题，通常我们需要启用并行计算，这可以在Model Browser中的Solutions—Settings—Format and Execute Options—Execute Solver Options 中进行设定。

2.5 结果后处理

用 HyperView 打开仿真结果，并和实际测试结果进行对比。

跌落过程最大开口对比

跌落过程没有发生明显断裂，但局部有不可逆外观损伤

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