行业应用方案 | 显式跌落分析

Ansys 行业应用方案连载（16） | 显式跌落分析

跌落测试目前越来越受到3C、运输、航空航天以及包装等众多行业的重视，具有广泛的应用场景。跌落分析是典型的强非线性瞬态问题，涉及金属、玻璃、泡沫、纸板等材料的非线性以及破碎、大变形等几何非线性，一般采用显式算法来求解。

跌落测试仿真可以帮助用户找到优化设计的方向和思路，大幅地减少试验次数，缩短开发周期，降低成本并提升产品竞争力。

Ansys提供完备的跌落分析解决方案，从前处理（几何清理和网格划分）的SCDM，到并行求解LS-DYNA，以及实现参数化、流程自动化的WorkBench平台，再到实现优化设计的LS-Tasc、optiSLang等等。

• 手机跌落
  

• 家电产品跌落

• 电脑、服务器跌落

• 显示屏跌落

• 带包装/保护壳跌落

• PCB板跌落

• 鼠标跌落

• 相机跌落

• 智能手表跌落

  
  

• 直升机/无人机等坠撞
  

• 飞机陆上/水上迫降

• 卫星陆上/水上回收

• 降落伞仿真

• 空投过程仿真

• 鸟撞分析（扩展应用）

• 客舱设计

• 复合材料设计

• 电池包跌落
  

• BMS跌落

• 商用车A柱碰

• 船舶入水、海浪砰击

• 集装箱货物

  
  

• 侵爆仿真

• 核燃料容器跌落

• 核电设施抗撞击

• 混凝土防护设计

• 医疗设备跌落
  

• 专用工具跌落

• 防护网设计

• 防护头盔

一般情况下，类似于跌落、冲压、碰撞、侵彻之类的瞬态冲击问题，都适合采用显式有限元方法求解。Ansys一直致力于为客户提供最先进的有限元解决方案。对工程实际中的动力学过程进行数值模拟，需要根据实际问题的固有属性来选择合理的积分算法：

当待求问题的非线性快速发展或响应中高频部分占主导时 (例如跌落、碰撞以及波的传播等)，显式积分算法往往更受青睐。

当待求问题为准线性问题或低频部分占主导时 (例如结构振动、冲击后的响应问题等)，无条件稳定的隐式算法则更加合适。选择合理积分方法的关键在于确保算法鲁棒性的同时提供足够的仿真精度，还要尽量提高计算效率。显式算法由于计算稳定性的原因，需要采用较小的临界步长，但是，由于避免了迭代求解、显式算法不受收敛性的影响。

当待求问题属于高频成分占主导地位 (例如波的传播) 或相互作用时间极短的瞬态问题时，为了得到有意义的解答，必须采用较小的时间步长求解，这恰恰与显式算法步长受临界步长限制的要求是一致的。然而，隐式算法需要在每一时步进行矩阵求逆或迭代，耗费的计算资源较大。

汽车、电子，航空航天等行业广泛采用LS-DYNA 作为碰撞、跌落仿真及优化设计的解决方案，该解决方案提供了高度可扩展的多物理场求解器，能准确预测结构的动力学行为以及产生的影响。收购LS-DYNA后，Ansys 将在结构、流体、电磁、光学、安全和机器学习的仿真领域都拥有强大实力，将为全球相关客户提供更加全面强大的CAE解决方案。