*林麗 汪雷 高上地 尤智雄

（大北歐通訊設備中國有限公司）

在消費電子產品行業中，面對巨大的市場和激烈的競爭，設計人員一直在探尋如何有效縮短研發時間，降低開發成本，提升產品質量。近年來，數值仿真已越來越多應用在消費電子和高科技行業，在產品設計中合理使用數值仿真是提升研發效率的有效途徑[1]。而電子產品整機跌落仿真是其中一種常見的仿真類型。

通過跌落仿真，可以在設計早期查看結構的變形和損傷，以趕在開模之前對結構進行合理的優化：

跌落前后結構對比

跌落仿真與實驗結果對比

一、跌落仿真設置過程-仿真工程師曾經的“痛苦源泉”

然而整機跌落仿真設置本身卻曾經是仿真工程師的“痛苦源泉”——由于需要考慮整機所有部件（除了小部分簡化）的結構和材料，通常模型十分復雜，對仿真工程師來說，是最不愿意面對的仿真任務：

這其中，需要耗費大量的仿真工程師幾何清理和網格調整的時間，很多時候還需要和結構設計工程師進行反復的幾何調整溝通。而網格劃分的質量不僅會直接影響計算時間，更讓人崩潰的是，很可能因為某個網格的質量較差，在計算過半，已經花費了大量等待時間后，會忽然出現因為網格畸變而 abort 的結果，并且網格的調試也沒有明確的方法，只能不斷耗費大量的計算時間以期待獲得好的結果。

在一些比較標準的部件上，還可能通過經驗的積累，形成通用的網格模版，然而消費類電子產品迭代快，外形和整體設計的變化都很大，很難形成比較通用的模版，并且往往有很多小特征，例如拔模角，小臺階，熱鉚柱，小縫隙等等，給模型簡化和網格劃分都帶來很大的困難。

但另一方面，例如耳機等消費類電子產品通常并不要求劃分六面體網格，因為這的確很難做到，只需要劃分高質量的四面體單元即可，因此 SimLab 提供的方便易用的幾何簡化功能，和高效的四面體網格劃分技術十分適用。

二、SimLab - 方便易用的簡化功能

SimLab 提供了快速的幾何簡化功能，這使得仿真工程師可以自行快速批量處理小圓角，小臺階以及簡化電子元器件和螺紋等。大大節約了和結構設計師之間的溝通成本，以及結構工程師的工作量。

SimLab 中提供了一些幾何清理工具，可以方便用于螺栓，電子元器件，logo 等特征簡化。

SimLab 中的共結點操作，可以快速合并小的間隙

三、SimLab - 高效的四面體網格劃分技術

與之前我們所采用的某有限元軟件的前處理模塊相比，在 SimLab 中，無需進行繁瑣的幾何切分，虛擬拓撲等操作，只需要執行簡單的 Mesh Control (網格控制)，即可快速高效的劃分高質量的四面體網格，下圖展示了使用其它有限元軟件前處理器和 SimLab 劃分的四面體網格質量對比。

可以看到不額外增加更多的幾何切分和精細控制的情況下，SimLab 劃分的網格質量遠高于其它軟件。尤其在一些細節處，例如這個例子中，卡扣這樣的小特征，在 SimLab 中無需做切分和單獨細化，即可獲得質量較高的細節處的網格，而與 SimLab 相比，其他軟件生成的卡扣網格則明顯有較大的畸變，并且網格大小過渡態強烈，還需要進一步操作調整才有可能達到 SimLab 的類似效果。

而從網格數量上來看，對于該部件，其他軟件劃分的網格總數約為25W, 而 SimLab 僅為15W, 網格總數下降了40%。

在后續的計算中，同樣采用 Abaqus Standard 求解器，用準靜態分析多個卡扣的復雜接觸問題， SimLab 劃分的網格具有明顯的優勢，由于整體網格質量顯著高于其它軟件，解決了之前計算不收斂的問題。

網格劃分	Solver	Result
其他軟件	Abaqus/standard	很難收斂
SimLab	Abaqus/standard	計算收斂

值得一提的是，即便是與 Altair 自家的 HyperMesh 相比，在劃分四面體網格的效率方面， SimLab 也是遠超 HyperMesh （當然，HyperMesh 在六面體網格劃分方面更具優勢）,尤其對于一些小特征很多的結構。

四、通過自定義 Mesh Template 進一步提高前處理效率

盡管默認的網格模版已經能滿足大部分需求，但做一些個性化的設置可以更有針對性的解決特定問題，因此，在 SimLab 中定義網格模版是一個非常推薦的方式——在仿真工程師有了一定的 SimLab 使用經驗后，可以將網格劃分經驗統一在 SimLab 的 Mesh Template 中，可以輕松的將個人經驗轉換為團隊成果。

以一個典型的耳機模型為例，如今，通過采用自定義的網格模版，即便針對整機60+的部件，仿真工程師只需讓程序自動運行15分鐘，喝上一杯咖啡的時間，就可以獲得高質量的網格，讓跌落仿真設置不再是一項痛苦的工作。

Meshing 60+ parts within 15mins using Meshing Template in SimLab

五、SimLab 中的跌落設置模版

在前處理方面，除了高效的幾何清理和四面體網格劃分技術，SimLab 還提供了跌落設置的“一條龍服務”——已經預先定義好的跌落模版。

只需點擊 SimLab 界面中的 DropTest 圖標，就可以使用了。

雖然跌落仿真本身的設置就不復雜，但是采用模版還是節約了不少手工的工作，例如根據高度換算落地瞬間速度，根據不同地板角度換算速度分量等，也讓整個跌落設置的流程更清晰，不容易犯錯，并且也可以適用于不同的求解器，例如 Radioss 和 Abaqus Explicit 都是適用的。

（圖片來自 SimLab 官方教程）

六、SimLab + OpenRadioss極大提升仿真效率

而自 Altair 的 Radioss 開源為 OpenRadioss 以來，采用 SimLab 的優勢愈加凸顯，采用開源軟件計算沒有 License 的限制，可以用更多的核心數進行并行求解，計算效率倍增。具體提升情況如何呢？

我們做了一個內部的統計，自從2018年開始逐步使用 SimLab, 到2023年全面采用 SimLab ，一個典型的6方向跌落仿真所用的前處理的時間，從56小時降低到8小時，即粗略估計，一個仿真工程師過去需要用一周的時間處理跌落的模型，而如今，只需要一天。而自2023年以來，隨著 Radioss 的開源，由于并行計算中，沒有了 License 的限制，求解的時間也有了很大的飛躍。

七、總結

SimLab 是一個簡單易上手的工具，尤為適合實體四面體網格劃分——其易用的幾何簡化工具，高效的四面體網格劃分技術，流程清晰的跌落設置模版，以及與開源軟件 OpenRadioss 的無縫銜接——可以極大提升電子產品跌落仿真的效率，降低對工程師的時間精力占用，從而讓仿真團隊投身到更有意義的分析工作當中。

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