*作者：高上地

（大北歐通訊設備中國有限公司）

跌落分析對產品設計至關重要，由于產品本身的重量較大，在跌落過程中局部結構損傷的風險較高，此外，跌落過程中的結構變形和加速度過大，均可能對外形及其它功能器件產生較大影響，這些設計風險，都是我們需要在開模前需要考慮的。通過跌落仿真，可以提前預知可能的風險，并給出優化的建議。是目前產品設計中不可缺少的一環。

然而，跌落仿真往往需要設計已經具有一定的成熟度，此時留給仿真分析的時間已經并不多，此外，風險最高的跌落方向如何確定，也一直是較有挑戰的工作，基于對設計的了解，通常需要與結構工程師溝通可能的高風險方向，而這樣的方向，往往不止一個。因此，只有能夠在有限時間內，快速高效的完成多個方向的跌落仿真，才能發揮跌落仿真的最大價值。

本文基于 SimLab 對一個耳機充電底座進行跌落仿真分析，用實際案例展示 SimLab 軟件在電子產品跌落仿真方面的優勢。SimLab 軟件對跌落分析進行了很深入的定制化開發，使得跌落分析變得非常高效：

一方面，SimLab 的幾何清理工具降低了仿真工程師和結構工程師在幾何模型質量方面的溝通成本；其次，內置的針對跌落定制化的網格劃分工具，可以快速劃分高質量四面體網格；

此外，SimLab 還提供了 DOE 工具，可以快速建立多個方向的跌落分析，而不需要反復的導入模型，創建地板等重復性工作。

這些工具極大的提高了跌落仿真的工作效率，讓設計人員可以及時趕在開模前發現結構的薄弱區域。

幾何模型及工況介紹

充電底座主要放置在桌面，因此跌落高度設置為1m，計算時間為8ms。在 SimLab 中進行網格劃分，并用 DropTest 工具創建跌落工況，設置跌落高度、重力加速度、跌落方向以及跌落時間。之后直接提交 Radioss 進行求解。

仿真模型設置

2.1 干涉檢查與處理

SimLab 中提供了方便的干涉檢查功能，既可以對幾何直接進行干涉檢查，也可以對網格進行干涉檢查，可以用Geometry -- Identity Intersection Bodies或 Geometry – Intersection 這兩個檢查干涉的功能。

如果發現干涉，對于較小的或非設計需求的干涉，可以逐一通過 Geometry—Break 進行干涉切除，而對于較大的干涉，或需要返回 CAD 原始文件進行調整，再接著后續的步驟。

（用 Identity Intersection Bodies 檢查干涉）

（也可以用 Intersections 檢查干涉，可以更精細檢查干涉同時修復）

2.2 幾何清理

盡管在 SimLab 中，我們可以直接傻瓜式一鍵劃分網格，但還是建議做一些幾何清理，減少不必要的網格數量，SimLab 中提供了一些快速幾何清理的工具，例如，我們可以通過 Geometry—Feature-Detail 等功能進行去圓角，去logo，去除一些小凸臺等操作，下圖即以一個螺釘為例，對其進行了簡化后，劃分了高質量的網格。

此外，在 Geometry—Body 下，還有很多幾何簡化小工具，尤其對于電子產品，例如 Simplify Fasteners,用于簡化螺栓； Simplify 功能用于簡化各種電子元器件；以及 Simplify Sensor/Clip 對傳感器和一些連接件進行快速簡化。

而 SimLab 也支持進行網格模板的設置，即包括了幾何清理與網格控制部分，但具體參數需要按照自身產品特性進行定義。仿真工程師如果有一些 Python 基礎，即可在 SimLab 中方便的創建網格模版，并生成界面和圖標供其他工程師使用。下圖是我們自己的網格模版。

（仿真工程師在 SimLab 中開發的網格模版工具）

仿真工程師既可以在前期利用網格模版一鍵式進行幾何清理和網格劃分，也可以在后續的 DropTest 工具中通過 Drop Test Parameter 給定網格參數進行劃分（見2.4），無論是哪種方式，都是一鍵式操作，效率很高。

2.3 材料設置

幾何清理結束后，可以進行材料選擇，需要提醒的是，目前 SimLab 中的材料模型還沒有 HyperMesh 中那么全，所以對一些特殊的材料屬性，可能暫時是無法找到的。但對于我們的問題，目前主要材料為塑料和金屬，用的均是彈塑性模型，因此是可以在SimLab中進行設置的，下面是一個根據應力應變曲線設置的彈塑性材料的例子。

（在 SimLab 中設置彈塑性材料模型）

2.4 采用 SimLab 內置的 DropTest 工具進行快速設置

隨后點擊 DropTest 圖標，進行跌落的相關設置，如果前面還沒有進行網格劃分，也可以在這里直接調用跌落網格劃分工具進行快速網格劃分。

做了基本的幾何清理后，SimLab 基本可以一鍵劃分四面體網格，網格質量也很不錯。下圖是網格的局部特寫。

隨后根據結構的設計，我們將螺栓/粘膠等區域設置為Tie(盡管 SimLab 中提供自動 Tie 的功能，但我們仍然建議自行定義綁定區域，以清楚結構本身的特性，便于后續的后處理分析)，結構整體采用通用接觸。其余設定（例如跌落高度，跌落方向等）都可以在DropTest 工具中方便的設置，如下圖所示：

（圖片來自于 SimLab 官方教程）

值得一提的是，如果我們想跌落多個方向，我們可以通過 DOE 功能下的 DropTest 快速設置多個方向的跌落，內置了跌落高度，跌落角度作為設計變量，通過這幾個參數可以輕松設置多個跌落方向，還可以預覽跌落地板的位置來確認是否是自己想要的方向。設置完成后，點擊 Update 就可以開始自動多方向的跌落計算了。

（圖片來自于 SimLab 官方教程）

之后直接右鍵點擊 Model Browser 中的 Results 圖標，點擊 ”Update” 即可開始計算求解。

對于跌落問題，通常我們需要啟用并行計算，這可以在Model Browser中的Solutions—Settings—Format and Execute Options—Execute Solver Options 中進行設定。

2.5 結果后處理

用 HyperView 打開仿真結果，并和實際測試結果進行對比。

跌落過程最大開口對比

跌落過程沒有發生明顯斷裂，但局部有不可逆外觀損傷

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