021-60253575qing.xie@weseetech.com
达索系统授权代理商 申请试用

跌落碰撞分析

概述

跌落冲击属于冲击动力学范畴。冲击动力学是固体力学中重要的研究方向,它涉及物理、力学和材料科学等多种学科,主要研究弹性体在瞬变、动载荷作用下的运动、变形和破坏规律。当物体的局部位置受到冲击载荷的作用时,结构将在很短的时间内达到最大的响应,物体结构的动态响应主要表现在结构的变形以及随时间而发展,最终引起结构的断裂、贯穿或破坏等。结构在冲击载荷作用下产生的响应形式取决于结构的几何尺寸、材料参数、初始缺陷、载荷峰值以及载荷持续时间等诸多因素,因而结构动力响应问题非常复杂。

当结构受到冲击载荷作用时,通常要考虑应力波的传播和结构的动态响应,这也是冲击动力学的两类基本问题。考虑应力波是研究物体局部扰动及其传播问题,它将动态响应作为一个过程来研究:对于结构动态响应是忽略扰动传播过程,直接研究结构的变形、断裂及其与时间的关系。

由于冲击形式的复杂性,这两类基本问题应用的冲击对象也不同,有的冲击着重考虑应力波效应,而有的更侧重于结构的动态响应。冲击结构动力学研究的对象包括许多由不同材料制成的、几何形状千差万别的结构,外载的时空特性和碰撞速度范围也都有极大的差异;在结构的动态响应过程中可能出现极为复杂的力学现象,如几何的大变形、大转动,高应变率下材料性能的变化,以至于结构的断裂、动态屈曲和破坏等等。因此,要掌握在冲击载荷作用下实际工程结构的动力响应,尚有许多问题需要研究。

对冲击结构的动力学分析,首先应该对构件的几何形状、材料性能和外载特征进行必要的简化,建立恰当的力学模型,并通过对这些力学模型的研究来揭示冲击载荷作用下结构动力响应的主要特征。同时发展相应的理论、计算和试验方法,为分析更复杂冲击载荷下的行为提供依据和公式。

在实际问题中,很多冲击过程都是一种复杂的非线性动态响应过程,具有特殊的动力特性,而且受冲击结构有可能迅速超越弹性阶段而进入塑性流动状态,并可能出现撕裂、屈曲等各种形式的破坏或失效,对于结构在高速冲击载荷作用下的动态响应通常难以用传统的理论计算和分析方法来解决。

在新产品的开发中,样品的物理测试用来验证产品在使用过程中面临各种突发事件的可靠性和稳定性。传统的验证方式大都在各种实验室内进行诸如破坏性试验等测试,虽然也能得出是与否的结论,但存在如下问题:

1.只有在产品制造实现之后,才能进行试验。一旦发现缺陷而对设计做出修改,就意味着原样机的报废与新样机的再制,既耗费时间又增加成本;

2.绝大多数物理测试属外观观察试验,无法提供充分和准确的改进信息;

3.设计流程属于开环控制,修改前后的设计结果之间缺乏继承性,难以逐步完善和优化产品设计。  

因此,在电子电器、包装运输、核工业、运动产品、航空航天、军工产品等各行各业,跌落分析都成为产品可靠性分析和设计中不可或缺的重点。

综上,随着有限元软件和计算机技术的迅速发展,计算机模拟测试已经逐渐成为一种可以替代实际测试的研究方法。对比实际样品的测试,计算机模拟不仅更经济省时,而且能提供更为全面的信息。

深入研究个人手持电子产品的冲击和跌落问题是具有挑战的工作。难点来源于:

复杂的几何体:典型的组成包括材料为 (1mm厚)热塑塑料的前后薄壁外壳,两个或更多个印制电路板(PCB)、连接件、钣金片、橡胶垫、电池、金属弹簧和一个LCD显示屏,PCB板是三明治结构,由2到6个螺钉固定。

许多元件间的接触作用:各个元件置于主PCB板和前后外壳之间,由粘接剂或铆头固定,各个元件之间和内壁会发生接触。

以上结构为薄壁结构,传统方法采用壳单元模拟。但从CAD软件中导入的模型中往往包括上千个表面,提取中面并划分壳单元是一个需要高技巧和丰富经验,并且非常耗费时间的工作。然而划分四面体的实体单元可以在有限元软件中自动完成,并且只需要几分钟。在这样的情况下需要选择精度和可靠性都很高的四面体单元。

跌落和碰撞问题一般需要采用显式动力学方法进行求解,考虑装配预应力的跌落和碰撞分析需要结合隐式和显式的方法进行求解。ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中均提供10结点的修正四面体单元,模拟接触问题精度很高,并且两个求解器的模型可以无缝转化,这样为进行冲击和跌落分析提供了一种快捷、精确的方法。所以世界上重要手机和汽车生产商如摩托罗拉、诺基亚、宝马等都首选ABAQUS作为跌落和碰撞分析的求解器。右上两图为摩托罗拉公司手机跌落分析模型和宝马公司汽车碰撞分析模型。


© 2016 - Copyright WESEE - All Rights Reserved Designed by GreatMo