跌落仿真，碰撞仿真

发布日期： 2024-11-21 阅读量： 作者： 胥口分析技术中心

跌落冲击属于冲击动力学范畴，它涉及物理、力学和材料科学等多种学科，主要研究弹性体在瞬变、动载荷作用下的运动、变形和破坏规律。当物体的局部位置受到冲击载荷的作用时，结构将在很短的时间内达到最大的响应，物体结构的动态响应主要表现在结构的变形以及随时间而发展，最终引起结构的断裂、贯穿或破坏等。

因此，在电子电器、包装运输、核工业、运动产品、航空航天、军工产品等各行各业，跌落分析都成为产品可靠性分析和设计中不可或缺的重点。随着有限元软件和计算机技术的迅速发展，计算机模拟测试已经逐渐成为一种可以替代实际测试的研究方法。对比实际样品的测试，计算机模拟不仅更经济省时，而且能提供更为全面的信息。

案例1：手机跌落仿真分析

跌落分析在许多行业内需求都很高，不行包括手机跌落，还有服务器机箱跌落等，本案例以手机为例。采用ANSYS_WB的显示动力学模块模拟

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案例2：带有泡沫塑料包装的电路板的跌落分析

带泡沫塑料包装的电路板上还有几个5克重的集成电路块，可以通过集中质量进行模拟，包装的泡沫材料拟采用LS-DYNA提供的低密度泡沫材料来模拟，其具体的参数设置项目为：1 设定重力加速度；2. 设定跌落高度；3. 试物体的定位；4. 设置计算时间；5. 设置计算输出参数；6. 设置刚性目标板的参数。

跌落过程等效应力的变化：

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案例3：笔记本电脑跌落仿真

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。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。本案例就笔记本电脑角跌落的方针分析过程。

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案例4：电视机跌落（包装缓冲泡沫材料）

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案例5：CAE整车碰撞分析

整车碰撞分析是被动安全中必不可少的分析内容，根据工况的不同，可以分为正碰、偏置碰、侧碰、侧柱碰、后碰和顶压等分析项。看上去十分复杂，其实，只要深入了解正碰分析，在其基础上稍作修改，就可以轻松完成其他分析项；

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整车碰撞分析分成前处理，计算和后处理3个部分。前处理阶段，主要内容包括设置初速度，刚性墙，自接触，重力加速度和控制卡片等部分；计算阶段提交给LS-dyna，计算时间比较长，一般在一到两天左右；后处理阶段的主要内容包括碰撞动画，绘制加速度曲线，前围板侵入量，方向盘、踏脚板和A柱后退量等部分。

整车碰撞分析的目的，是让汽车结构达到初步标准；在符合该标准的基础上，再进行约束系统分析。通过模拟结果，预估试验中车辆的评分。

案例6：基于ABAQUS的金属管高速碰撞的动力学仿真分析

以金属圆管为对象，通过动力显示求解高速碰撞过程中的应力应变来分析金属圆管相互碰撞造成的后果；

金属管一端突然断裂，失去受力后会高速旋转，撞击到相邻的金属管路，引发工业生产事故、因此需要对相邻的两个管道在撞击时的应力、应变及变形加以提前预测。本次分析对象为两条金属管的几何模型，管直径6.5mm，厚度0.4mm。长度为50mm。假设固定一管的两端，另一管的一端位移自由度被约束，另一端自由。设置管道间为相互垂直关系，因此模型整体为对称结构，故可以建立对称模型进行动力学分析。

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基于ABAQUS仿真平台，通过显示动力学模块进行对称金属管的动力学仿真分析并通过应力应变云图、金属管变形情况以及能量曲线分析方式对诸如工程中的碰撞及跌落问题有了一定的认知，本案例能够为工业生产过程中的碰撞及从产品跌落提供一定的参考意义

案例7：房车优化额头模具碰撞仿真

通过碰撞仿真分析，模拟旅居房车的正面碰撞过程，观察车身变形、入侵量测量、受力情况等。进而对受力薄弱部位提出改进方案

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由本次设计所搭建的旅居房车有限元模型碰撞仿真结果可以发现，在旅居房车的碰撞过程中，车厢有两处位置的应力较为集中。经过分析，此两处的应力来源于额头以及额头中重物的总惯性力产生的，因为额头一般可以有一位成年人躺在里面，本次设计在额头部分添加了一位成年人的质量。如图1中A、B两点所示，其中A处甚至发生了断裂，说明此处车厢与额头位置的连接位置的设计不合理，需要对其车厢与额头位置的连接位置进行重新设计。B处缺点明显，额头垂直部分的应力集中位置存在尖角，构件外形上产生了不合理，需要对该垂直部分的尖角进行重新设计。

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综上所述，本次对额头垂直部分的应力集中位置采用加肋板与添加过渡圆角操作的优化车厢设计，消除了尖角、改善了构件外形，使碰撞带来的惯性力平滑过渡，有效的避免了车厢在旅居房车发生碰撞时因材料超过塑性应变产生的撕裂现象。优化后的最大应力值未超过旅居房车车厢材料因塑性应变产生的撕裂现象的下许用应力，因此优化设计符合预期要求，在一定程度上能够提高旅居房车车厢的碰撞可靠性

案例8：钢管冲击碰撞仿真分析

通过建立Q235钢的有限元模型，对方管受到重物冲击碰撞时产生的应力应变情况以及材料薄弱位置行为进行分析

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分析：从图中可以看出来，左边是建立的一个刚性面，这个刚性面既可以假设为一个墙体，也可以假设为是地面，右边是一个200kg的重物，也可以假设为是运动中的汽车，此时中间的方形钢管不能用来跳钢管舞只能是受到挤压作用产生形变，实际生活中也可能是汽车的框架结构。当重物和钢管接触的一刹那，钢管右端面处的应力最大，并逐渐向左侧移动，之后在左侧撞到刚性墙体后应力从左侧向右侧移动，并瞬间在中间某处处产生极大的应力场，这个极大应力位置取决于两侧应力传播的共同作用点，在这个作用点钢管将承受不了应力波而产生变形，当变形发生后将彻底形成薄弱位置，导致整体结构的失效。

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