ansys跌落分析實例的案例
ABAQUS跌落分析基礎(chǔ)實例
一、引言
電子產(chǎn)品在使用過程中的抗跌落沖擊性能越來越受到消費者的重視，這就要求在設(shè)計開發(fā)階段依托顯式分析有限元工具進行充分的跌落仿真分析驗證，本文以一藍牙耳機的跌落仿真分析來介紹ABAQUS的顯式分析模塊的應(yīng)用。
二、建模與求解
1.導(dǎo)入模型，并幾何清理
創(chuàng)建藍牙耳機模型并導(dǎo)入Abaqus軟件中并對模型部件清理，如下圖所示。
2.定義材料屬性
在Property模塊建立材料參數(shù)、創(chuàng)建截面及分配截面，如下圖所示。
ABAQUS跌落分析實例
跌落沖擊屬于沖擊動力學(xué)范疇。沖擊動力學(xué)是固體力學(xué)中重要的研究方向，它涉及物理、力學(xué)和材料科學(xué)等多種學(xué)科，主要研究彈性體在瞬變、動載荷作用下的運動、變形和破壞規(guī)律。
跌落和碰撞問題一般需要采用顯式動力學(xué)方法進行求解，Abaqus/Explicit對瞬態(tài)高速問題提供了效率極高的解決方案。本文采用Abaqus/Explicit求解器，對電路板模型進行跌落分析，用以展示ABAQUS進行跌落分析的高效性。
1、 計算模型
如圖1所示電路板模型，以一定角度跌落到剛性表面上，跌落高度為1m。電路板與泡沫封裝均使用彈塑性材料。
2、 有限元模型
建立有限元模型，創(chuàng)建顯式（dynamic，explicit）分析步，時間長度為0.02s。
3、 邊界條件
跌落計算過程中，地面假體完全固支，電路板施加4.439m/s的初始速度來模擬從1m高處落。電路板與地面之間建立摩擦系數(shù)為0.3的接觸條件。
4、 計算結(jié)果
提取跌落過程中模型的整體變形和應(yīng)力分布情況。下圖所示為碰撞后大約4ms時刻，泡沫和電路板的變形形狀以及應(yīng)力云圖。
繪制各種能量隨時間變化圖如圖5所示。
首先考慮動能歷史。在模擬開始階段，部件為自由落體，所以動能很大。初始碰撞使泡沫封裝產(chǎn)生變形從而減小動能。時間在大約7ms時泡沫封裝的一側(cè)與地面發(fā)生碰撞，進一步減小了動能。在余下的模擬中，物體一直保持著接觸。
在碰撞中，泡沫封裝的變形將能量從動能轉(zhuǎn)換到內(nèi)能，因而在動能減小的同時內(nèi)能在增加。
ABAQUS跌落分析實例.pdf
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ANSYS workbench 電路板跌落顯示動力學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)電路板的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)電路板跌落非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)電路板跌落顯示動力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)電路板跌落顯示動力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 電路板跌落顯示動力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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基于ANSYS/LS-DYNA的鎂合金材料某無人機滑橇式起落架的跌落分析
課題組以某型號的植保無人機起落架為研究對象，通過有限元軟件ANSYS對起落架在滿載工況下進行靜力分析，驗證了鎂合金作為起落架制作材料的基本可行性。并對其不同載荷和跌落速度進行跌落仿真分析，進一步驗證了其作為起落架制作材料的可行性[5,6]。
1 無人機起落架的模型建立
1.1 起落架結(jié)構(gòu)分析
某小型植保無人機滿載質(zhì)量為33 kg，降落時允許最大下沉速度為3 m/s，起落架要有足夠的強度滿足此要求。選擇的材料為稀土鎂合金，材料參數(shù)如表1所示。
表1 材料及參數(shù)
1.2 網(wǎng)格的劃分
網(wǎng)格劃分屬于有限元分析前處理階段中的必不可少的一環(huán)，并且也是十分重要的一個階段，比如網(wǎng)格尺寸大小的確定對計算的精度影響較大。本研究采用四面體主導(dǎo)的方法進行網(wǎng)格劃分，單元尺寸為3mm，網(wǎng)格節(jié)點數(shù)為115 995，單元格數(shù)量為60 211，模型網(wǎng)格劃分圖如圖1所示。
圖1 網(wǎng)格劃分圖
2 起落架跌落仿真
網(wǎng)格劃分和部分設(shè)置與上文一致，在UG中新建一個平面為地面，在材料屬性中定義地面為混凝土，定義剛度行為為剛性。
本文選用ANSYS/LS-DYNA模塊作為此次仿真的模擬平臺，此平臺結(jié)合了ANSYS的強大前后處理功能和LS-DYNA求解器的強大分析能力[7],L S-D Y N A通過瞬態(tài)動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)，ANSYS/LS-DYNA顯示時間積分采用中心差分法，即n個時間步結(jié)束后加速度的計算和LS-DYNA中的時間步長計算分別為：
式中，M為質(zhì)量矩陣；P為第n個時間步內(nèi)所施加的節(jié)點外力向量；Fint為tn時刻的內(nèi)力矢量；te為最小時間步長；Ls為單元特征長度；c為沖擊波在材料中的傳遞速度[8]。
展開 應(yīng)用ANSYS/LS-DYNA進行電視機抗跌落分析
【論文摘要】采用ANSYS/LS-DYNA的結(jié)構(gòu)動力分析功能，對21英寸彩色電視機連帶外包裝的跌落過程進行模擬，得到結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動力響應(yīng)。清晰展示了不同部件的應(yīng)力、變形隨時間的變化，給出泡末的吸能率及玻殼的加速度曲線等重要參數(shù)。結(jié)果表明電視機前殼底部及內(nèi)部支撐塑性應(yīng)變較大，為損傷及破壞的危險區(qū)域，應(yīng)采取加強措施。同時，此模型中采用的網(wǎng)格劃分、聯(lián)接及接觸定義、求解控制等方法可用于其它型號的電視跌落分析。
電視機在行業(yè)規(guī)定的跌落測試或運輸、裝卸及使用過程中結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞。在工業(yè)發(fā)達國家，傳統(tǒng)的跌落實驗越來越多地由計算機模擬技術(shù)完成，極大提高了企業(yè)研發(fā)能力和產(chǎn)品競爭力。在我國，電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極具規(guī)模，采用高技術(shù)是必然趨勢。
此計算工作是模擬21英寸電視整機連帶外包裝在跌落過程中結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)，將不同部件（或結(jié)構(gòu)、聯(lián)接等）在不同時刻的變形、受力狀態(tài)、破壞機理清晰展示，給設(shè)計工程師提供結(jié)構(gòu)改進及包裝設(shè)計的理論依據(jù)。在用ANSYS/LS-DYNA對彩色電視機進行抗跌落性能分析中，幾何模型包括整機各個部件，即前殼、后殼、玻殼、喇叭、喇叭支架、PCB板及外包裝（上下泡末、紙箱）等。如圖1所示。
圖1 電視機模型
LS -DYNA的計算結(jié)果及后處理可提供整體結(jié)構(gòu)或任何一點的動態(tài)響應(yīng)。例如整體對地面的沖擊力、整體能量變化、泡末對能量的吸收、整個結(jié)構(gòu)的受力變化等；一點的信息包括某位置的應(yīng)力、變形隨時間的變化或玻殼質(zhì)心的加速度響應(yīng)等。除此之外，還可給出各個接觸界面的接觸能、接觸力的隨時間變化曲線等。
展開 ansys18.2 PCB板跌落顯示動力學(xué)分析 ￥8.88
通過仿真，分析該PCB板在以與地面成某一角度時跌落過程中，是否會出現(xiàn)散熱片與CPU脫離。
采用ANSYS18.2 Explicit STR顯式動力學(xué)分析模塊，對PCB板跌落過程進行仿真。
基于ANSYS workbench-Explicit Dynamics模塊電路板跌落顯示動力學(xué)分析簡例
基于ANSYS workbench-Explicit Dynamics模塊電路板跌落顯示動力學(xué)分析簡例
本實例為顯示動力學(xué)分析簡化實例，與實際工程項目相差甚遠，請不要直接用于工程應(yīng)用以及論文撰寫，僅僅以此方法介紹ANSYS workbench-Explicit Dynamics的一個跌落分析的應(yīng)用。
轉(zhuǎn)載請注明出處以及作者：CAE夢想很偉大
本實例為某簡易電路板結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在對其進行跌落分析。對焊點和接觸建立失效準則，模擬跌落過程中焊點和接觸失效。
1.分析模塊定義：
2.材料屬性定義：
選擇【Explicit Materials】材料庫中的CONC-35MPA；選擇【General Non-linear Materials】材料庫中的Aluminum Alloy NL；創(chuàng)建自定義材料PCB，材料屬性設(shè)置項如圖所示。
3.創(chuàng)建幾何：
4.建立綁定接觸對、焊點以及Body Interactions：
其中綁定接觸和焊點需要建立正應(yīng)力和剪切應(yīng)力極限用于失效分析。
5.求解設(shè)置：
分析時間0.005s
設(shè)置初始速度-5m/s
地面剛性全約束
6.結(jié)果后處理
可以看出PowerConnector20以及powerdiss.123都已經(jīng)脫離PCB，焊點以及接觸均已失效，本例結(jié)束。
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展開 采用ANSYS分析軟件的可靠性分析方法及實例!
隨著數(shù)值模擬技術(shù)的飛速發(fā)展，可利用概率有限元法進行結(jié)構(gòu)可靠性分析軟件也有不少，以ANSYS分析軟件為例，基于概率有限元的結(jié)構(gòu)可靠性分析的具體運算方法和步驟。
ANSYS分析軟件的結(jié)構(gòu)可靠性分析主要可以解決以下問題：
① 根據(jù)輸入?yún)?shù)的不確定性計算結(jié)果變量的不確定程度；
② 確定由于輸入?yún)?shù)的不確定性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的概率數(shù)值；
③ 已知容許失效概率確定結(jié)構(gòu)行為的榮幸范圍，如最大變形、最大應(yīng)力等；
④ 判斷對輸出結(jié)果和失效概率影響最大的參數(shù)，計算輸出結(jié)果相對于輸入?yún)?shù)的靈敏度；
⑤ 確定輸入變量、輸出結(jié)果等設(shè)計參數(shù)間的相關(guān)系數(shù)。
結(jié)構(gòu)可靠性分析在ANSYS中主要由生成分析文件、可靠性分析和可靠性結(jié)果輸出三個階段組成。其中，生成分析文件是整個分析過程中至關(guān)重要的一環(huán)，可靠性分析階段通過重復(fù)執(zhí)行分析文件來完成可靠性分析的循環(huán)。因此，必須保證分析文件的正確性和完整性。
生成分析文件階段
生成分析文件主要由初始化模塊、前處理模塊、求解模塊、后處理模塊組成。初始化模塊主要對實體對象、分析對象進行參數(shù)化設(shè)定并賦以初值。前處理模塊即實體建模階段，包括模型的生成，輸入單元類型、實常數(shù)、彈性模量、泊松比、載荷等參數(shù)，網(wǎng)格劃分等過程。必須注意的是，進行結(jié)構(gòu)可靠性分析必須采用參數(shù)化建模。后處理模塊主要是提取相應(yīng)的計算結(jié)果，將值賦給指定的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)。
可靠性分析階段
可靠性分析階段的主要內(nèi)容包括指定分析文件，選擇和定義分析的輸入、輸出變量，確定各變量服從的分布類型、分布函數(shù)及其參數(shù)，指定輸出結(jié)果變量，選擇分析方法和工具，執(zhí)行分析循環(huán)和保存分析結(jié)果。
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例三：（交互積分法求應(yīng)力強度因子）
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FINISH$/CLEAR
!units,inch-psi
/PREP7$/TRIAD,OFF
ET,1,PLANE183,,,2
MP,EX,1,30e6
MP,PRXY,1,0.3
K,1$K,2,4$K,3,4,5
K,4,-1,5$K,5,-1
L,1,2$L,2,3$L,3,4$L,4,5
LESIZE,ALL,,,20
L,5,1$ESIZE,0.2
KSCON,1,0.05
AL,1,2,3,4,5$AMESH,1
邊界條件：
DL,1,1,SYMM
DL,4,1,SYMM
SFL,3,PRES,-0.5641895
定義交互積分法：
NSEL,S,LOC,X,0
NSEL,R,LOC,Y,0
CM,CTIP,NODE
ALLSEL,ALL
CINT,NEW,1
CINT,TYPE,SIFS
CINT,CTNC,CTIP
CINT,NORM,0,2
CINT,SYMM,ON
CINT,NCON,6
求解：
/SOLU
ANTYPE,STATIC
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后處理：獲取應(yīng)力強度因子。
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