Ansys 行業應用方案連載（16） | 顯式跌落分析

跌落測試目前越來越受到3C、運輸、航空航天以及包裝等眾多行業的重視，具有廣泛的應用場景。跌落分析是典型的強非線性瞬態問題，涉及金屬、玻璃、泡沫、紙板等材料的非線性以及破碎、大變形等幾何非線性，一般采用顯式算法來求解。

跌落測試仿真可以幫助用戶找到優化設計的方向和思路，大幅地減少試驗次數，縮短開發周期，降低成本并提升產品競爭力。

Ansys提供完備的跌落分析解決方案，從前處理（幾何清理和網格劃分）的SCDM，到并行求解LS-DYNA，以及實現參數化、流程自動化的WorkBench平臺，再到實現優化設計的LS-Tasc、optiSLang等等。

• 手機跌落
  

• 家電產品跌落

• 電腦、服務器跌落

• 顯示屏跌落

• 帶包裝/保護殼跌落

• PCB板跌落

• 鼠標跌落

• 相機跌落

• 智能手表跌落

  
  

• 直升機/無人機等墜撞
  

• 飛機陸上/水上迫降

• 衛星陸上/水上回收

• 降落傘仿真

• 空投過程仿真

• 鳥撞分析（擴展應用）

• 客艙設計

• 復合材料設計

• 電池包跌落
  

• BMS跌落

• 商用車A柱碰

• 船舶入水、海浪砰擊

• 集裝箱貨物

  
  

• 侵爆仿真

• 核燃料容器跌落

• 核電設施抗撞擊

• 混凝土防護設計

• 醫療設備跌落
  

• 專用工具跌落

• 防護網設計

• 防護頭盔

一般情況下，類似于跌落、沖壓、碰撞、侵徹之類的瞬態沖擊問題，都適合采用顯式有限元方法求解。Ansys一直致力于為客戶提供最先進的有限元解決方案。對工程實際中的動力學過程進行數值模擬，需要根據實際問題的固有屬性來選擇合理的積分算法：

當待求問題的非線性快速發展或響應中高頻部分占主導時 (例如跌落、碰撞以及波的傳播等)，顯式積分算法往往更受青睞。

當待求問題為準線性問題或低頻部分占主導時 (例如結構振動、沖擊后的響應問題等)，無條件穩定的隱式算法則更加合適。選擇合理積分方法的關鍵在于確保算法魯棒性的同時提供足夠的仿真精度，還要盡量提高計算效率。顯式算法由于計算穩定性的原因，需要采用較小的臨界步長，但是，由于避免了迭代求解、顯式算法不受收斂性的影響。

當待求問題屬于高頻成分占主導地位 (例如波的傳播) 或相互作用時間極短的瞬態問題時，為了得到有意義的解答，必須采用較小的時間步長求解，這恰恰與顯式算法步長受臨界步長限制的要求是一致的。然而，隱式算法需要在每一時步進行矩陣求逆或迭代，耗費的計算資源較大。

汽車、電子，航空航天等行業廣泛采用LS-DYNA 作為碰撞、跌落仿真及優化設計的解決方案，該解決方案提供了高度可擴展的多物理場求解器，能準確預測結構的動力學行為以及產生的影響。收購LS-DYNA后，Ansys 將在結構、流體、電磁、光學、安全和機器學習的仿真領域都擁有強大實力，將為全球相關客戶提供更加全面強大的CAE解決方案。