01

筆記本電腦跌落仿真的必要性

家電產品都是需要進行通過一系列的運輸才能到達用戶手中，由于搬運，跌落等原因每年有上萬臺機器需返修，企業由此產生的損失達數千萬人民幣。筆記本電腦在研發階段也需要進行跌落測試，保證產品的質量。但是這些破壞性試驗，必須在產品試制成功后進行，耗費的時間和物力財力巨大。另外，我們在產品的實際跌落測試中，只能獲得有限數據信息，無法獲得空間和時間的連續結果，很難檢測到產品內部的沖擊特性，很難觀測到整個物理樣機試驗變化過程。

圖1

數字化樣機的仿真技術為跌落、碰撞研究提供了更為有效的方法，在產品的設計階段即可實施。利用計算機模擬技術，針對產品的跌落過程進行合理的有限元仿真分析，可以了解跌落過程內部結構的變化以及跌落的機理，提高產品的抗跌落、抗沖擊能力。同時可以優化結構設計，降低結構成本，減少實物樣機的數量。

02

Simcenter 3D跌落分析方案

筆記本電腦的跌落是在極短的時間內，受到劇烈碰撞動態載荷而產生的非線性的復雜動態響應，這個屬于瞬態動力學過程。瞬態動力學是一門用于計算載荷隨時間變化的結構動力學，結構的速度、加速度、位移和力都可以隨時間變化。Simcenter 3D具有優秀的瞬態動力學分析能力，本文就是介紹使用Simcenter 3D瞬態動力學進行筆記本電腦角跌落的分析過程。

首先，我們需要定義實際筆記本電腦的跌落工況（如圖2）。根據企業標準，該筆記本電腦從450mm的高處跌落到地面上，角部落地。

圖2

2.1

自動化中面提取技術，

快速構建仿真簡化模型

由于筆記本電腦都是薄壁結構，一般使用殼單元來進行仿真提升計算效率，所以網格劃分前需要進行模型簡化和中面的提取。

? SIMCENTER 3D具有幾何特征的自動識別，可以輕松進行幾何特征抑制，自動抑制和去除小的特征，自動簡化細小曲面和邊，中面提取和裝配等強大的模型抽象工具直接處理幾何模型，極大地簡化了前處理的工作量。

? 具有最為領先的自動的非一致邊－邊、邊－面縫合技術。

? 提供模型理想化，自動幾何修正，模型清理等豐富的工具。對于薄壁板利用幾何理想化工具，自動抽取中面，中面厚度自動帶給求解器，不需要人工再定義殼單元厚度，這個對于變厚度薄壁結構非常方便。

圖3

2.2

高效和高質量的網格劃分技術

Simcenter 3D 高級前后處理器除了能快速的獲取幾何和模型簡化，在網格生成方面也有她非常獨特的技術，包括自動區域網格劃分技術、相似網格、焊縫/筋提取等。獲得專利的區域網格技術突破了一般前后處理完全依賴于幾何體的網格劃分技術，可以大大加快網格劃分的速度和極大提高網格質量、減少網格數量。

比如，對于一些復雜的片體幾何，在生成整個幾何時往往會有許多碎面或狹長條面或幾何缺陷，利用區域網格技術可以自動或人工指定區域來縫合碎面和狹縫及缺陷，生成規則網格，也可以將來自掃描設備或其他數據源的STL幾何自動生成大的規則區域，便于網格生成，區域網格技術更能快速的提高網格的質量。

圖4

2.3

方便快捷的跌落仿真求解方案設定

跌落仿真為了提高計算效率，分析一般從跌落到地面瞬間開始。該工況下跌落速度為3m/s，如下圖可以方便地設定筆記本電腦的初始速度大小和方向，跌落分析的設置相對簡單，主要是在接觸的處理上需要花費一些時間。添加必要的接觸,如卡扣接觸，殼體與地面接觸等等。

圖5

2.4

多方位的跌落仿真分析結果展示

通過后處理，我們可以直觀地發現產品最大的變形區域和最大的應力區域，通過對這些區域結構的增強，可以有效減少跌落引起的結構的破壞。

另外筆記本電腦的屏對沖擊加速度非常敏感，過大的沖擊加速度可能會引起屏幕的破裂，通過對結構緩沖的更新設計，可以有效的降低屏在跌落時候的沖擊加速度，提升屏的抗跌落性能。

整體變形云圖

整體應力云圖

局部變形云圖

加速度曲線

圖6

03

Simcenter 3D跌落分析總結

Simcenter 3D是完全的CAD/CAE一體化技術，同步建模、批量中面抽取，不需要數據轉換，真正實現仿真實時性與設計協同，保證仿真的精度和可靠性。全自動網格劃分技術、快速高質量網格、豐富的材料曲線和迅速的材料獲取，全部滿足非線性求解器對網格和材料要求。直觀的速度定義和眾多接觸的靈活設置，減少工程師前處理時間，同時方便工程師的檢查。各種直觀的后處理的方法，云圖，動畫，曲線等，可以方便地發現最危險的區域，幫助工程師做出正確的判斷。

文章來源：數字化工業軟件技術期刊