基于ansys的產(chǎn)品墜落法仿真分析

基于ansys的產(chǎn)品墜落法仿真分析

在各種攻擊環(huán)境中，落在產(chǎn)品上是最重要的因素。落在風(fēng)險的影響越大，無論商店還是設(shè)計師都會關(guān)注產(chǎn)品的落在風(fēng)險上。尤其是高科技電子產(chǎn)品,比如筆記本電腦,它們的破損大多數(shù)是由于跌落沖擊引起的。目前市場上這些產(chǎn)品的包裝都采用瓦楞紙箱。瓦楞紙箱具有重量輕、結(jié)構(gòu)性能好等優(yōu)點,在產(chǎn)品和包裝件之間再設(shè)置緩沖襯墊,能有效地降低產(chǎn)品在跌落時受到的破損。本研究應(yīng)用ANSYS分析軟件建立筆記本電腦、襯墊和瓦楞紙箱的有限元模型,模擬實際運輸流通環(huán)境和倉庫堆碼環(huán)境下模型的跌落情況,從而求得不同情況下筆記本電腦的應(yīng)力應(yīng)變等情況。通過分析所得實驗結(jié)果,可以采取不同的防范措施來達(dá)到最大程度地降低產(chǎn)品破損率的目的。1有限預(yù)算1.1anasas公司介紹ANSYS軟件是一款大型的CAE通用有限元分析軟件,它集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁場、聲場和耦合場分析于一體。ANSYS用戶涵蓋了機械、航空航天、能源、交通運輸、土木建筑、水利、電子、生物、醫(yī)學(xué)和教學(xué)科研等眾多領(lǐng)域。ANSYS公司由美國著名力學(xué)專家、美國匹茲堡大學(xué)力學(xué)系教授JohnSwanson博士于1977年創(chuàng)建并發(fā)展起來,總部設(shè)在美國賓西法尼亞州的匹茲堡,是目前世界CAE行業(yè)中的最大公司。ANSYS/LS-DYNA提供顯式計算功能,用于解決高度非線性結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題,主要提供模擬板料成形、碰撞、爆炸、大變形沖擊、材料非線性等計算能力。1.2初始模型的建立本研究選用的實驗對象是神州筆記本電腦,型號為F213E,規(guī)格為:長338mm、寬247mm、厚32mm,總重為2.19kg。根據(jù)所選用的型號和規(guī)格,采用的瓦楞紙箱的型號為0201型,楞型為B型,紙箱規(guī)格為435mm×162mm×350mm,紙板為單瓦楞紙板。襯墊(EPS)形式采用左右兩側(cè)全托形式。利用ANSYS的圖形建模模塊建立筆記本電腦、襯墊和瓦楞紙箱的實體模型。在建模前先對單元屬性和模型的材料參數(shù)進(jìn)行定義。有限元模型采用4節(jié)點薄殼單元和8節(jié)點實體單元。外包裝箱用殼單元shell163模擬,緩沖襯墊用solid164實體單元模擬,地面用殼單元shell163模擬。為分析方便,將筆記本電腦當(dāng)成一個集中質(zhì)量并用solid164實體單元模擬。有限元模型中共有3048個單元節(jié)點和10424個單元。模型各部分之間接觸界面均采用面-面接觸。模型中各部分主要材料參數(shù)見表1,模型見圖1。1.3anasyss分析建立好模型后,要對模型進(jìn)行網(wǎng)格化。ANSYS的運算要通過有限元法才能進(jìn)行,所以劃分有限單元是進(jìn)行ANSYS分析的一個重要內(nèi)容。ANSYS系統(tǒng)提供2種網(wǎng)格劃分,一種為自定義網(wǎng)格劃分,另一種為系統(tǒng)智能劃分,但不論是哪種劃分方式,對實體模型網(wǎng)格劃分得越細(xì),ANSYS軟件分析得出的結(jié)果越精確,但分析所需要的時間也越長。利用系統(tǒng)智能劃分法對實體進(jìn)行網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格劃分后圖形如圖2所示。2瞬態(tài)動力學(xué)基本運動方程動態(tài)跌落仿真分析也是一種瞬態(tài)動力學(xué)分析,也稱時間歷程分析,是用于確定任意隨時間變化載荷的結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)的一種方法?？梢杂盟矐B(tài)動力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)在靜載荷、瞬態(tài)載荷作用下隨時間變化的位移、應(yīng)力和應(yīng)變等情況。載荷與時間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼變得很重要,瞬態(tài)動力學(xué)分析求解的基本運動方程如下:[M]{ü}+[C]{u。}+[K]{u}={F(t)}[Μ]{ü}+[C]{u。}+[Κ]{u}={F(t)}式中:[M]為質(zhì)量矩陣;[C]為阻尼矩陣;[K]為剛度矩陣;{ü}為節(jié)點加速度向量;{u。}{u。}為節(jié)點速度向量;{u}為節(jié)點位移向量。在任意給定的時間t,這些方程都可以看作是一系列考慮了慣性力和阻尼力的靜力學(xué)平衡方程。2.1倉庫堆碼環(huán)境本試驗分2種情況做跌落模擬。一種是運輸流通環(huán)境,假設(shè)筆記本電腦在運輸途中不小心跌落,跌落的高度為500mm,X方向速度為5m/s,與地面剛性撞擊。另外一種是倉庫堆碼環(huán)境,假設(shè)筆記本電腦在倉庫堆碼時由于某種因素而跌落,跌落的高度為500mm,與地面剛性撞擊。這2種情況都是與地面發(fā)生剛性撞擊,并且假想的是一種理想化的平跌落。2.2克氏原螯蝦出入管不缺失時，在堆碼時長為零的情況下,應(yīng)力分布隨時間的變化情況,有以下幾種情況本研究利用LS-DYNA程序進(jìn)行計算求解,LS-DYNA的計算結(jié)果及后處理可以提供整體結(jié)構(gòu)或某一點的動態(tài)響應(yīng)。某一點的信息包括某位置的應(yīng)力、變形隨時間的變化情況或包裝件質(zhì)心的加速度等。圖3～6分別是某任意時刻筆記本電腦在2種不同情況下跌落的應(yīng)力分布云圖和加速度隨時間變化的曲線圖。在跌落過程中,如果產(chǎn)品的最大加速度值超過了產(chǎn)品的脆值G,這時產(chǎn)品就會發(fā)生破損。圖3和圖4表明在運輸過程中跌落引起產(chǎn)品的應(yīng)力集中在產(chǎn)品的中間,而在倉庫堆碼跌落時產(chǎn)品的應(yīng)力分布相對比較分散。圖5和圖6表明在運輸過程跌落時產(chǎn)品的最大加速度比堆碼跌落時要大,這也說明如果在運輸過程時跌落更容易達(dá)到產(chǎn)品的脆值,從而引起產(chǎn)品的損壞。2.3最大加速度仿真在近似工況下,在跌落實驗機上進(jìn)行上述2種情形的產(chǎn)品跌落測試。實驗結(jié)果表明,在模擬運輸過程中跌落時,產(chǎn)品的最大加速度可達(dá)56g,而在倉庫堆碼中跌落時,產(chǎn)品的最大加速度只有46g,這與軟件仿真結(jié)果一致,說明了仿真結(jié)果的可靠性。3減少運輸和堆碼時因意外式損壞引起的損傷利用ANSYS有限元法來模擬分析產(chǎn)品的跌落和受力情況,可以節(jié)省很多成本,避免了破壞性試驗帶來的不必要的損失。通過分析還可以得到更多優(yōu)化的保護(hù)產(chǎn)品的措施,減少產(chǎn)品在運輸和堆碼時因意外跌落引起的損壞。通過模擬得到的各種信息可為包裝箱和緩沖墊等