1跌落测试.ppt

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跌落分析,长沙凯士达信息技术开发有限公司CAE技术工程师：

谢莉,学习内容,跌落测试分析简介案例分析,跌落测试分析简介,跌落测试分析是一个动态分析，它的目的是为了模拟在非常短暂时间内产生的动态撞击力。

它只考虑惯性作用，而不考虑阻尼的影响。

跌落试验不能直接得出“通过/失败”的结果，因此，最好用其来比较不同跌落情形下，撞击产生的损坏程度结果,案例分析：

照相机,项目描述本实例将对照相机进行跌落测试分析。

本章将讨论如何设置跌落测试分析的选项。

照相机的结构完整性可以通过掉落到硬地板上加以测试，测试内容包括在不同的跌落高度及地板类型上跌落。

通常测试也包含掉落的照相机以不同的姿势掉在不同地板区域的位置。

考虑到时间因素，本例将在一个2m高度的位置掉落照相机。

案例分析：

照相机,关键步骤应用材料：

跌落测试中可定义线弹性或弹塑性材料跌落测试设置：

可指定高度或冲击速度。

此外，还可指定重力定义结果选项：

决定分析运行的实际及需要保存的选项划分模型网格运行分析,案例分析：

照相机,分析步骤（硬地板跌落测试）打开装配体“Camera”创建跌落测试算例新建算例“刚性”，【分析类型】为“掉落测试”检查材料属性镁和玻璃都属于弹性材料。

后面分析中将视为弹塑性材料设置跌落测试定义落差高度，引力加速度及碰撞平面的方向,案例分析：

照相机,掉落测试设置落差高度。

您可以指定模型从静止状态掉落的高度。

高度。

设定实体从静止状态掉落的高度。

这是实体沿引力方向运动直至撞击刚性基准面的距离。

冲击时速度。

您可以指定发生冲击时模型相对于目标基准面的方向和大小。

计算公式为：

V冲击=（2gh）1/2，其中g是引力加速度，h是高度。

冲击速度参考。

设定用于确定冲击时速度方向的参考实体。

可以选择边线、参考基准面或平面。

如果选择参考基准面或平面，将沿垂直于参考基准面或平面的方向应用速度。

案例分析：

照相机,掉落测试设置目标。

设定冲击基准面的方向。

碰撞平面的方向可能垂直于重力方向，也可能平行于参考面。

物体作为一个刚体沿着重力的方向自由下落，直到碰撞到坚硬的平面。

基于碰撞时的速度方向和碰撞平面的方向，程序将计算出碰撞的区域。

摩擦系数。

设定模型与冲击基准面之间的摩擦系数。

案例分析：

照相机,掉落测试设置目标刚度刚性目标。

为目标使用刚性对象。

灵活目标。

为目标使用较软对象。

单位。

设定单位系统。

正常刚度。

设定垂直于冲击基准面的每单位面积刚度。

正切刚度。

设定平行于冲击基准面的每单位面积刚度。

质量密度。

设定冲击图层的质量密度。

目标厚度。

设定冲击图层的厚度量和单位。

案例分析：

照相机,分析步骤（硬地板跌落测试）检查跌落测试设置的细节右击【设置】并选择【细节】,案例分析：

照相机,分析步骤（硬地板跌落测试）定义传感器设定【结果选项】，可能需要记录分析中模型上特定点的数据。

利用【添加传感器】的【工作流程灵敏】选择镜头根部4个顶点，模拟数据将记录这些位置的结果。

案例分析：

照相机,分析步骤（硬地板跌落测试）设置冲击后的求解时间冲击后的求解时间：

第一次碰撞发生后，程序计算碰撞后的响应一段真实时间。

如果指定了跌落高度，则求解时间不包括物体自由下落时间。

确定依据：

碰撞产生的弹性波穿过模型并返回的时间弹性波的速度E为弹性模量，P为密度假设模型的长度是L，波传播到最远边界、被反射并传回原边界所需的时间大约等于2L/Ve。

在此周期内，与引力相反的力开始作用于模型。

程序将默认求解时间设置为3L/Ve。

这只是一个估计值，用来参考输入一个合理的时间。

案例分析：

照相机,分析步骤（硬地板跌落测试）设置冲击后的求解时间因为碰撞周期非常短，程序以微秒计时。

最大响应可能会发生在【碰撞时或碰撞后物体的反弹期间。

如果指定足够长的求解时间，本算例能模拟多次碰撞和反弹。

越长的求解时间需要更多的计算时间来运行分析,案例分析：

照相机,分析步骤（硬地板跌落测试）设置冲击后的求解时间右击【结果选项】并选择【定义/编辑】，在【冲击后的求解时间】中输入“50微秒”。

在【图解数】中输入“25”，在【传感器清单】中，选择前面定义好的“工作流程灵敏1”，作为时间历史曲线图的参考点。

案例分析：

照相机,分析步骤（硬地板跌落测试）检查结果选项右击【结果选项】，选择【细节】并检查结果选项应用网格控制选择四个圆角面，默认网格控制参数划分网格高品质，默认网格单元大小,案例分析：

照相机,分析步骤（硬地板跌落测试）定义算例属性右击算例，选择【属性】，确认选中【大型位移】选项。

运行分析,在碰撞分析中，结构的变形一般为非线性，所以SolidworksSimulation将【大型位移】选项设置为默认。

如果在碰撞中没有发现大的结构变形（一般少见），也可取消【大型位移】选项，从而使求解变成线性求解。

案例分析：

照相机,分析步骤（硬地板跌落测试）图解显示应力该结果是步骤25（最后一步）对应的图解，显示了最后一个执行时间步的VonMises应力,案例分析：

照相机,分析步骤（硬地板跌落测试）创建并检查其他时间步对应的图解动画显示结果图解显示时间历史响应,案例分析：

照相机,分析步骤（弹性地板跌落测试）现在，将相机掉落时的地面材料改为“尼龙6/10”。

他的厚度为10.16mm（0.4in）的一块弹性板,案例分析：

照相机,分析步骤（弹性地板跌落测试）复制算例编辑跌落测试设置编辑跌落测试【设置】，添加地板的法向及切向刚度等信息。

案例分析：

照相机,分析步骤（弹性地板跌落测试）设置结果选项右击【结果选项】并选择【定义/编辑】，在【传感器清单】中，选择前面定义好的“工作流程灵敏1”设置算例属性右击算例，选择【属性】，确认选中【大型位移】选项运行分析,案例分析：

照相机,分析步骤（弹性地板跌落测试）图表显示应力结果,案例分析：

照相机,分析步骤（弹性地板跌落测试）比较顶点处的结果为比较照相机与硬地和弹性地面碰撞的结果，分别对两个算例给出一顶点的移动加速度的时间历史曲线对该顶点测量发现，掉落在硬地上的值为1.17e9mm/s2，在尼龙板上的最大值为4.27e8mm/s2,弹性地面,刚性地面,注意：

选择顶点不同结果也会不同,案例分析：

照相机,分析步骤（弹塑性材料模型）跌落测试的能量损失一般是由阻尼、摩擦或塑性变形引起的。

在跌落测试分析中，可以考虑塑性变形，以使得模型更加合理。

在前面的分析中，使用的是线弹性材料模型。

在下面的算例中，将使用弹塑性材料模型。

案例分析：

照相机,弹塑性材料属性弹性模量:

弹性阶段的曲线斜率屈服应力（EX）：

发生塑性变形时的应力值。

相切模量（ETAN）：

塑性阶段的曲线斜率。

一般来说，相切模量很难查到，可采用E/5，E/10之间近似的数值代替。

案例分析：

照相机,分析步骤（弹塑性材料模型）创建新算例复制算例“刚性”编辑材料属性右击BottomCover、TopCover、Zoom这三个零件，选择【应用/编辑材料】，在【其他合金】下选择【镁合金】，然后选择【自定义】，在【模型类型】中选择“塑性-VonMises”，输入“屈服应力”为155e6N/m2，“相切模量”为4.5e9N/m2”,案例分析：

照相机,分析步骤（弹塑性材料模型）编辑结果选项确保选择了【工作流程灵敏1】选项运行分析图解显示应力可以看到应力下降得非常明显，甚至低于屈服强度，结果有些出乎意料。

案例分析：

照相机,分析步骤（弹塑性材料模型）对比结果弹性模型的应力持续升高，而弹塑性模型应力则上升得缓慢得多,案例分析：

照相机,分析步骤（弹塑性材料模型）讨论模型会破坏吗？

该分析并不能回答这个问题。

同时，它也不能预期由于撞击而产生的各个组件的分离。

用户可使用分析的结果，来评估破坏的可能性。

如，可以对比最大应力与许可应力的大小来预测材料失效的情况。

在此例中，越高的应力值就表明照相机被毁坏的可能性越大。

同时用户也可使用更长的求解时间来重新分析。

如果使用足够长的求解时间，将会发现照相机会弹离地面，并在不同的位置重新撞击地面。

案例分析：

照相机（选做）,接触条件下的跌落分析复制算例“刚性”添加“无穿透”相触面组添加接触面网格控制,案例分析：

照相机（选做）,接触条件下的跌落分析查看结果,案例分析:

接触条件下的跌落测试,在线指导教程：

脱节零件的掉落测试项目描述两个脱节实体以50米/秒的速度接近刚性墙壁。

在第一个实体撞墙之后，第二个实体在引力作用下继续向墙壁运动，直到与第一个实体碰撞。

学习内容设置掉落测试算例和结果选项指定零部件之间的接触查看应力和位移结果比较不同求解时间对结果的影响,案例分析:

接触条件下的跌落测试,分析步骤查看材料自定义材料，“塑性-VonMises”材料定义接触条件所示两个面之间，定义【无穿透】接触条件,案例分析:

接触条件下的跌落测试,分析步骤设定掉落测试算例,案例分析:

接触条件下的跌落测试,分析步骤结果选项设置,案例分析:

接触条件下的跌落测试,分析步骤查看结果,100us,3000us,总结,跌落测试分析是一个动态分析，它是模拟在非常短暂的时间内产生的动态撞击力。

只考虑惯性的作用，而不考虑阻尼的影响。

当模型指定为弹塑性材料时，能量损失的唯一原因是材料的屈服。

跌落测试分析需要大量的求解时间,分析时间一般是限制在发生碰撞后很短的一段时间内，这也是模型最容易发生破坏的时间段。

补充,要模拟物体跌落并撞击坚硬表面的情况，模拟软件必须迭代求解如下等式，因为当物体跌落并撞击地板时，力和刚度在不断变化。

补充,FEA可以使用两种方法来求解此等式。

它们分别称为隐式求解和显式求解。

COSMOSWorks的跌落测试模拟使用显式求解技术。

尽管这两种方法的精确度相同，但是碰撞问题（例如动态跌落测试）的隐式求解方法需要更长的时间。

原因如下：

隐式求解方法首先要计算位移“x”，这需要对刚度矩阵进行求逆。

与矩阵乘法（显式求解所使用的方法）相比，所有计算机必须使用更多的资源和时间来进行矩阵转置。

显性方法计算的是加速度，因此只需对质量矩阵进行求逆，由于这是个对角矩阵，因此很简单。

另一方面，显式技术也有缺点，需要非常小的时间增量才能提供良好可靠的解。

补充,真实条件下的问题通常可以通过其中一种方法来解决，但是根据问题的本质，一种方法可能比另一种更快。

对于没有动力的零部件并且载荷变化缓慢的线性问题，隐式方法的成本更低或者速度更快。

但是，对于涉及瞬态载荷的问题（例如冲击或跌落测试），用显式方法求解更为经济。

对于具有纯粹非线性行（需要对刚度矩阵进行常量更新）的问题，使用显式性方法求解也更为经济实用。