SOLIDWORKS Simulation在 SolidWorks 中模擬跌落測(cè)試

1、在SolidWorks中模擬跌落測(cè)試定義算例如果在您正使用 PDA 或手機(jī)時(shí)有人碰到了您的胳膊，而使設(shè)備不慎跌落到地上，這時(shí)如何才能保護(hù)設(shè)備的工作零件？或者，當(dāng)碼放儲(chǔ)存罐的吊車不慎將其跌落，儲(chǔ)存罐的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生什么情況？到目前為止，要了解此類意外情況的結(jié)果，需要對(duì)所研究的結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞性物理測(cè)試，或者執(zhí)行非常復(fù)雜的非線性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)有限元分析 (FEA)，而這種復(fù)雜的分析更適用于模擬汽車碰撞。在 SolidWorks 中，設(shè)置跌落測(cè)試就像設(shè)置其他任何算例一樣。步驟 1 定義算例并選擇材料用戶打開一個(gè)算例，并將其命名為“跌落測(cè)試”。然后，如果尚未在 SolidWorks 模型中指定材料，則用戶需要輸入

2、材料；可以為裝配體中的不同零部件指定不同的材料。隨后轉(zhuǎn)到設(shè)置菜單。步驟 2 指定跌落高度、地板方向和地板剛度在設(shè)置算例時(shí)，用戶可以選擇指定跌落高度（即沖擊距離）或沖擊速度，這些可以通過在跌落測(cè)試之前執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)學(xué)算例來確定。如果選擇高度算例，則需要指定從物體的重心（或物體中心）還是從物體的底部進(jìn)行測(cè)量，還要輸入重力的方向（或物體跌落的方向）。如果指定跌落高度，程序會(huì)自動(dòng)計(jì)算碰撞前瞬間的速度 (2gh)1/2。地板或物體跌落到的其他表面的默認(rèn)角度垂直于重力。但是，用戶可以更改角度，并且可以根據(jù)需要輸入關(guān)于掉落物體落到地板上時(shí)發(fā)生的任何摩擦的數(shù)據(jù)。這種摩擦取決于物體跌落到的物體表面的材料，例如瀝青或

3、混凝土。而且，會(huì)假設(shè)默認(rèn)地板比跌落的物體要硬（或剛度大）很多。用戶可以將地板更改得柔軟一些，并指定其剛度 木質(zhì)地板與鋪著地毯的地板的剛度不同。通過指定裝配體中可能相互接觸的各個(gè)零部件的表面，例如，用戶可以模擬在碰撞后這些零部件之間的交互作用.步驟 3 運(yùn)行分析并研究結(jié)果為了使模擬最大程度地發(fā)揮作用，在運(yùn)行分析之前應(yīng)該考慮幾個(gè)問題：A. 在碰撞后進(jìn)行觀測(cè)或者求解需要多長(zhǎng)的時(shí)間碰撞后的求解時(shí)間以微秒為單位?？偝掷m(xù)時(shí)間取決于物體在反彈后經(jīng)受所有可能的沖擊應(yīng)力之前所經(jīng)歷的時(shí)間。如果用戶要研究任何二次碰撞，應(yīng)該將該時(shí)間計(jì)算到持續(xù)時(shí)間內(nèi)。當(dāng)所研究的物體撞擊地板時(shí)，沖擊點(diǎn)處會(huì)形成應(yīng)力波，該應(yīng)力波會(huì)傳到物體的

4、另一端，然后再傳回來。這種效果類似于將石頭扔到池塘中時(shí)水面的波紋效果。SolidWorks 模擬軟件 會(huì)在內(nèi)部計(jì)算此應(yīng)力波在物體內(nèi)部傳遞若干次的時(shí)間，并假設(shè)所有主要的應(yīng)力事件都在該時(shí)間內(nèi)發(fā)生并被捕獲。設(shè)想一下玩具滑翔機(jī)的機(jī)頭首先著地的情況。應(yīng)力波會(huì)從撞擊地板的滑翔機(jī)機(jī)頭產(chǎn)生，然后傳遞到機(jī)翼和機(jī)尾。如果要研究二次碰撞，則模擬需要運(yùn)行相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。一個(gè)簡(jiǎn)單直觀的示例就是下面所示的玩具汽車，它跌落時(shí)后輪先著地，接著是前輪，這樣就會(huì)有首次和二次碰撞。B如何從結(jié)果中選擇要保存的時(shí)間步長(zhǎng)？默認(rèn)情況下，SolidWorks 會(huì)保存 25 個(gè)步長(zhǎng)的詳細(xì)結(jié)果，以及每個(gè)關(guān)鍵步長(zhǎng)中 20 個(gè)步長(zhǎng)的位置結(jié)果。由于每次

5、模擬可以包含數(shù)萬個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，因此有必要只保存重要的步長(zhǎng)，而不必在整個(gè)步長(zhǎng)序列上浪費(fèi)計(jì)算機(jī)資源。用戶可以通過使用默認(rèn)設(shè)置執(zhí)行第一遍分析獲得初步結(jié)果，以大幅縮短運(yùn)行分析所需的時(shí)間。這些可能意味著需要細(xì)分時(shí)段（并且用戶可以選擇細(xì)分哪些時(shí)段），從而節(jié)省總體求解的時(shí)間。C為什么要在 Solidworks 中運(yùn)行跌落測(cè)試？在 SolidWorks 在運(yùn)行跌落測(cè)試可以輕松地研究物體以不同方向跌落時(shí)所受的沖擊。例如，對(duì)于裝載危險(xiǎn)品的容器，由于要考慮以不同的方向跌落的情況，因此會(huì)有不同的設(shè)計(jì)要求。SolidWorks 跌落測(cè)試模擬還支持塑性，使工程師可以確定碰撞之后形成的凹陷之類的永久變形。塑料和金屬在應(yīng)力超過

6、它們的屈服點(diǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)永久變形（塑性變形）。例如，回形針在彎曲到特定的點(diǎn)時(shí)就會(huì)失去其形狀。此處討論的跌落測(cè)試可以在碰撞分析中考慮材料狀態(tài)。快速跌落測(cè)試分析背后的技術(shù)盡管有經(jīng)驗(yàn)的 SolidWorks 用戶可以很熟悉地找到涉及運(yùn)行跌落測(cè)試的步驟，但這些步驟背后的技術(shù)比看起來要復(fù)雜得多。要模擬物體跌落并撞擊堅(jiān)硬表面的情況，模擬軟件必須迭代求解如下等式，因?yàn)楫?dāng)物體跌落并撞擊地板時(shí)，力和剛度在不斷變化。FEA 可以使用兩種方法來求解此等式。它們分別稱為隱式求解和顯式求解。 SolidWorks 的跌落測(cè)試模擬使用顯式求解技術(shù)。盡管這兩種方法的精確度相同，但是碰撞問題（例如動(dòng)態(tài)跌落測(cè)試）的隱式求解方法需要

7、更長(zhǎng)的時(shí)間。原因如下：隱式求解方法首先要計(jì)算位移“x”，這需要對(duì)剛度矩陣進(jìn)行求逆。與矩陣乘法（顯式求解所使用的方法）相比，所有計(jì)算機(jī)必須使用更多的資源和時(shí)間來進(jìn)行矩陣轉(zhuǎn)置。顯性方法計(jì)算的是加速度，因此只需對(duì)質(zhì)量矩陣進(jìn)行求逆，由于這是個(gè)對(duì)角矩陣，因此很簡(jiǎn)單。另一方面，顯式技術(shù)也有缺點(diǎn)，需要非常小的時(shí)間增量才能提供良好可靠的解。真實(shí)條件下的問題通?？梢酝ㄟ^其中一種方法來解決，但是根據(jù)問題的本質(zhì)，一種方法可能比另一種更快。對(duì)于沒有動(dòng)力的零部件并且載荷變化緩慢的線性問題，隱式方法的成本更低或者速度更快。但是，對(duì)于涉及瞬態(tài)載荷的問題（例如沖擊或跌落測(cè)試），用顯式方法求解更為經(jīng)濟(jì)。對(duì)于具有純粹非線性行（需要對(duì)剛度矩陣進(jìn)行常量更新）的問題，使用顯式性方法求解也更為經(jīng)濟(jì)。總結(jié)通過技術(shù)以及通過 SolidWorks 軟件 的易用性獲得的速度使得用戶可以輕松地對(duì)其設(shè)計(jì)運(yùn)行跌落測(cè)試，并對(duì)預(yù)先總體模擬添加其他尺寸。雖然跌落測(cè)試難度很高，需要對(duì)數(shù)萬個(gè)時(shí)間非常短