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基于ANSYS-LS-DYNA的电子产品跌落仿真研究基于ANSYS/LS-DYNA的电子产品跌落仿真研究摘要：随着电子产品的快速发展，跌落是造成其损坏的主要因素之一。
为了降低电子产品的损坏率，需要进行跌落仿真研究以提高产品的可靠性。
本文基于ANSYS/LS-DYNA软件，研究了电子产品在跌落过程中的受力情况，并进行了分析和模拟。
1. 引言跌落是电子产品在使用过程中常见的一种情况，其引起的问题主要包括产品损坏、内部元器件松动或损坏以及连接线脱落等。
因此，电子产品在设计过程中需要引入跌落仿真技术，预测产品在跌落过程中的受力情况，以提高其可靠性。
2. 研究方法本研究采用ANSYS/LS-DYNA软件进行电子产品的跌落仿真研究。
首先，建立电子产品的三维模型，包括外壳、内部元器件、连接线等。
然后，根据实际跌落情况进行模拟设置，包括跌落高度、跌落角度、跌落材料等。
接下来，设置仿真参数，如材料力学参数、边界条件等。
最后，进行跌落仿真计算，并分析仿真结果。
3. 模型建立在建立电子产品的三维模型时，需要考虑产品的实际结构和材料特性。
根据产品的外形和尺寸，采用CAD软件建立电子产品的几何模型，并将其导入到ANSYS/LS-DYNA软件中。
然后，根据产品的材料特性，对模型进行材料属性的设定，包括材料的弹性模量、泊松比等参数。
同时，根据产品的实际连接方式，在模型中设置连接线和焊点等。
4. 仿真设置跌落仿真的准确性和可靠性主要依赖于仿真设置的合理性。
在设置跌落仿真时，需要考虑跌落的高度、角度、速度等参数，以及跌落材料的物理特性。
同时，还需要设置仿真过程中的边界条件，如应用外部载荷、支撑面的材料性质等。
5. 仿真计算与分析进行跌落仿真计算后，可以得到电子产品在跌落过程中的受力情况、应力分布以及变形程度等结果。
根据仿真结果，可以评估电子产品在不同跌落条件下的可靠性，从而指导产品设计和优化。
6. 结果与讨论通过跌落仿真研究，可以得到电子产品在跌落过程中的受力情况和变形程度等信息。
——————————————收稿日期：2010－05－24基于ANSYS/LS －DYNA 的陶瓷球轴承仿真与分析王胜1，杨强2，苗晓锋1（1.陕西广播电视大学，陕西 西安 710068；2.西安北方华山机电有限公司，陕西 西安 710043）摘要：陶瓷球轴承以其自身特点广泛应用于机械、机床、精密仪器、船舶、航空等方面，为了更好的发挥陶瓷球轴承特性，以B7005C 滚动轴承为例，运用ANSYS/LS －DYNA 软件，建立了陶瓷球轴承的实物模型与有限元模型，实现了陶瓷球轴承的试算与相关参数的显示运动学仿真，分析了陶瓷球轴承运动过程中的转速、载荷、时间与应力、应变、加速度、载荷、振动之间的关系，结果表明，与已有的滚动轴承运动的理论和实际情况基本吻合。
关键词：滚动轴承；显示动力学；仿真中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2010) 11－0033－04Simulation and analysis of ceramic ball bearing based on ANSYS/LS －DYNAWANG Sheng 1，YANG Qiang 2，MIAO Xiao-feng 1(1.Shanxi Radio and TV University, Xi’an 710068, China;2.Xi'an North Huashan Mechanical & Electrical Co., Ltd., Xi’an 710043, China)Abstract ：Ceramic ball bearings are widely used in its own machinery, machine tools, precision instruments, ships, aviation for its features. In this paper, the physical and finite element analysis model of B7005C rolling bearing was built, the paper also achieved the calculation of ceramic ball bearing and kinematic simulation of the relevant parameters, analyzed the relationship of the speed, load, time and stress, load, acceleration vibration in the process of ceramic ball bearing movement. The results show that the rolling movement is basically consistent with the actual situation. Key words ：rolling bearing ；display dynamics ；simulation随着制造业的发展，轴承的工作转速越来越高，为减小离心力和陀螺力矩使其能满足更高的要求，滚动体材料改为密度较小的陶瓷材料，其特点在于硬度高、密度低、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、无磁性、绝缘性好、弹性模量大、摩擦系数小、热胀系数小等。
利用ANSYS/LS-DYNA仿真计算ANSYS/LS-DYNA的前后处理器是ANSYS/PRE-POST,求解器LS-DYNA，是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。
LS-DYNA在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）J.O.Hallquist博士主持开发，时间积分采用中心差分格式，当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形动力响应，是北约组织武器结构设计的分析工具。
LS-DYNA的源程序曾在北约的局域网Pubic Domain公开发行，因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。
从理论和算法而言，LS-DYNA是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础。
1988年，J.O.Hallquist创建利沃莫尔软件技术公司（Livermore Software Technology Corporation），LS-DYNA开始商业化进程，总体来看，到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常大的进步。
1996年功能强大的ANSYS前后处理器与LS-DYNA合作，命名为ANSYS/LS-DYNA，目前是功能最丰富，全球用户最多的有限元显式求解程序。
ANSYS/LS-DYNA的用户主要是发达国家的研究机构、大学和世界各地的工业部门（航空航天、汽车、造船、零件制造和军事工业等）。
应用领域是：高速碰撞模拟（如飞机、汽车、火车、船舶碰撞事故引起的结构动力响应和破坏）、乘客的安全性分析（保护气囊与假人的相互作用，安全带的可靠性分析）、零件制造（冲压、锻压、铸造、挤压、轧制、超塑性成形等）、罐状容器的设计、爆炸过程、高速弹丸对板靶的穿甲模拟、生物医学工程、机械部件的运动分析等。
ANSYS/LS-DYNA强大功能的基础是求解器的理论基础和丰富算法。
下面仅就LS-DYNA在模拟冲压、锻压和铸造等工艺过程的功能和特色进行说明：1. 冲压薄板冲压过程的物理描述是：在模具各部件（通常是凸模、凹模和压料板）的共同作用下，板料发生大变形，板料成形的变形能来自强迫模具部件运动外功，而能量的传递完全靠模具与板料的接触和摩擦。
6科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N信 息 技 术不少物体的损坏大都源于跌落碰撞,研发人员往往耗费大量的时间和成本,针对产品做相关的质量试验,最常见的结构试验就是跌落试验。
这种方法可靠,但也存在这许多不足之处,如:试验的操作过程需要耗费大量的人力、财力,从而增加产品成本;试验发生的历程短,很难观察到试验过程中的现象;很难观察到产品内部特性和内部现象;测试的条件难以控制,使得试验重复性很差等等。
利用LS-D YNA对其进行相关的模拟仿真可以很好的解决上述问题。
A N S Y S /L S -D Y N A 是世界上最著名的通用显式动力分析程序,能够模拟真实世界的各种复杂几何非线性、材料非线性和接触非线性问题,特别合适求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成形等非线性动力冲击问题,同时可以求解出热、流体及流固耦合问题。
本文利用LS-D YNA中提供的跌落测试的程序模块,分析箱体的跌落过程。
1 仿真环境与原理1.1仿真硬件环境仿真硬件环境如图1所示,包括交换机、P C 机、笔记本组成的网络环境。
1.2仿真软件环境仿真软件环境分系统软件和应用软件两种,具体包括以下几点。
基于A N S Y S /L S -D Y N A 的箱体跌落仿真黄黎1 赵立军2 甘朝虹1(1.中国人民解放军装备学院研究生院; 2.中国人民解放军装备学院信息装备系 北京 101416)摘 要:通过箱体跌落试验,我们可以获得箱体跌落受力与形变方面的数据与结论,用以各个领域的研究。
但是由于跌落问题的瞬态性,获取跌落中的数据需要反复用箱体进行跌落,数据捕捉难度大,且试验成本昂贵。
随着计算机仿真技术的发展,借助计算机仿真技术,我们能够很好地解决这一问题。
本文基于ANSYS/LS-DYNA进行了箱体跌落仿真,阐述了ANSYS软件对箱体跌落的仿真过程,通过对原有箱体建立模型并进行跌落仿真获取了箱体的形变和应力数值。
利用ANSYS/LS-DYNA仿真计算ANSYS/LS-DYNA的前后处理器是ANSYS/PRE-POST,求解器LS-DYNA，是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。
LS-DYNA在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）J.O.Hallquist博士主持开发，时间积分采用中心差分格式，当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形动力响应，是北约组织武器结构设计的分析工具。
LS-DYNA的源程序曾在北约的局域网Pubic Domain公开发行，因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。
从理论和算法而言，LS-DYNA是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础。
1988年，J.O.Hallquist创建利沃莫尔软件技术公司（Livermore Software Technology Corporation），LS-DYNA开始商业化进程，总体来看，到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常大的进步。
1996年功能强大的ANSYS前后处理器与LS-DYNA合作，命名为ANSYS/LS-DYNA，目前是功能最丰富，全球用户最多的有限元显式求解程序。
ANSYS/LS-DYNA的用户主要是发达国家的研究机构、大学和世界各地的工业部门（航空航天、汽车、造船、零件制造和军事工业等）。
应用领域是：高速碰撞模拟（如飞机、汽车、火车、船舶碰撞事故引起的结构动力响应和破坏）、乘客的安全性分析（保护气囊与假人的相互作用，安全带的可靠性分析）、零件制造（冲压、锻压、铸造、挤压、轧制、超塑性成形等）、罐状容器的设计、爆炸过程、高速弹丸对板靶的穿甲模拟、生物医学工程、机械部件的运动分析等。
ANSYS/LS-DYNA强大功能的基础是求解器的理论基础和丰富算法。
下面仅就LS-DYNA在模拟冲压、锻压和铸造等工艺过程的功能和特色进行说明：1. 冲压薄板冲压过程的物理描述是：在模具各部件（通常是凸模、凹模和压料板）的共同作用下，板料发生大变形，板料成形的变形能来自强迫模具部件运动外功，而能量的传递完全靠模具与板料的接触和摩擦。
第33卷 第2期 2011-2(上)【131】基于ANSYS/LS-DYNA的进近灯光杆塔撞击应力数值仿真Numerical simulation for pole impact stress analysis based on ANSYS/LS-DYNA张积洪，李德根ZHANG Ji-hong, LI De-gen（中国民航大学 航空自动化学院，天津 300300）摘 要：本文针对机场内进近灯光站点所使用的进近灯光杆塔，从应力分析的角度出发，利用有限元分析软件ANSYS，建立了飞机撞击进近灯光杆塔应力仿真的有限元模型，得到了灯塔的应力、速度、位移等参数。
从而为进近灯光杆塔易折结构设计、维护和损伤评估等提供理论上的支持。
验证了基于ANSYS/LS-DYNA非线性动力有限元分析方法在求解高速碰撞响应分析问题中的可行性。
关键词：撞击；应力；数值模拟；ANSYS/LS-DYNA中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2011)2(上)-0131-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.2(上).430 引言在机场内，各种各样的目视助航设施（例如进近灯光杆塔、气象设备、无线电导航设施）安装在靠近跑道、滑行道和机坪之处，飞机在着陆、起飞或地面操作中，偶然会碰撞上这些设施，而一旦碰撞上，必将会对飞机造成一定程度的损坏，所以这些设施设备及其支撑结构要求必须是易折的，并且其安装高度要尽可能地低，以保证飞机在碰撞到这些设施设备时不致失控。
刚性设计（左）的进近灯光站点正在由新的易折结构（右）代替，如图1所示。
图1 刚性设计（左）的进近灯光站点正在由新的易折结构（右）代替本文从应力的角度，采用有限元分析的方法，试图得到进近灯光杆塔灯塔在撞击过程中的应力，并进而分析进近灯光杆塔破断的原因，为易折结构的优化设计及其强度的提高提供一种方法和手段。
1 显式有限元动力分析的理论基础碰撞过程是一个瞬态的复杂物理过程，它包含以大位移、大应变为特征的几何非线性和以材料弹塑性变形为典型特征的材料非线性，这些非线性物理现象的综合作用结果使进近灯光杆塔塔碰撞过程的精确描述和求解十分困难。
利用ANSYS/LS-DYNA仿真计算ANSYS/LS-DYNA的前后处理器是ANSYS/PRE-POST,求解器LS-DYNA，是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。
LS-DYNA在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）J.O.Hallquist博士主持开发，时间积分采用中心差分格式，当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形动力响应，是北约组织武器结构设计的分析工具。
LS-DYNA的源程序曾在北约的局域网Pubic Domain公开发行，因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。
从理论和算法而言，LS-DYNA是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础。
1988年，J.O.Hallquist创建利沃莫尔软件技术公司（Livermore Software Technology Corporation），LS-DYNA开始商业化进程，总体来看，到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常大的进步。
1996年功能强大的ANSYS前后处理器与LS-DYNA合作，命名为ANSYS/LS-DYNA，目前是功能最丰富，全球用户最多的有限元显式求解程序。
ANSYS/LS-DYNA的用户主要是发达国家的研究机构、大学和世界各地的工业部门（航空航天、汽车、造船、零件制造和军事工业等）。
应用领域是：高速碰撞模拟（如飞机、汽车、火车、船舶碰撞事故引起的结构动力响应和破坏）、乘客的安全性分析（保护气囊与假人的相互作用，安全带的可靠性分析）、零件制造（冲压、锻压、铸造、挤压、轧制、超塑性成形等）、罐状容器的设计、爆炸过程、高速弹丸对板靶的穿甲模拟、生物医学工程、机械部件的运动分析等。
ANSYS/LS-DYNA强大功能的基础是求解器的理论基础和丰富算法。
下面仅就LS-DYNA在模拟冲压、锻压和铸造等工艺过程的功能和特色进行说明：1. 冲压薄板冲压过程的物理描述是：在模具各部件（通常是凸模、凹模和压料板）的共同作用下，板料发生大变形，板料成形的变形能来自强迫模具部件运动外功，而能量的传递完全靠模具与板料的接触和摩擦。
由此可见，对于成形过程的模拟，软件的接触（contact）算法的理论和精度决定程序的可靠性，除此之外，由于板料的位移和变形很大，用来模拟板料的单元类型应满足这一要求。
进行一定的假设：模具为刚体，模具的运动可直接作为冲压系统的位移边界条件。
将冲压过程的物理模型转化为力学模型，即动量方程、边界条件、初始条件。
可描述为：在给定的模具位移条件下，求得板料的位移函数，并在任意时刻同时满足动量方程、边界条件和初始条件。
这已经是一般性的力学问题，可采用有限元的方法进行求解。
LS-DYNA在分析冲压时模具定义为刚体，因此板料和模具都应用壳单元进行离散。
LS-DYNA的单元都采用Lagrange增量方法进行描述。
其壳单元算法共有16种，可用于板成形分析使用的单元有11中，可分类为四节点和三节点单元；单点积分、多点积分单元和缩减积分（select-reduced）单元。
单元采用co-rotational坐标系统分离单元运动中的变形和刚体运动。
使用单点积分的求解速度很快，一般都可得到可靠的结果。
当单元的翘曲和弯曲变形较大时，可通过增加沿壳厚度方向的积分点数目保证精度。
用于板料成形的材料模式是各种弹塑性材料，可考虑各向异性、强化特征。
强化类型包括指数强化、随动强化、等向强化、混合强化以及应变率对材料强化的影响。
应变率的影响归结为两种方式，1.采用Cowper-Symonds模型；2.以表格方式给定任意应变率下的应力-应变曲线。
部分材料模式引用Hill或Barlat的各向异性屈服假设，并假定壳单元的平面应力状态，因此几乎专用于板成形模拟。
并且还能够通过给定材料的FLD（flow limit dia.）判断板料在拉延过程中局部开裂现象。
LS-DYNA目前的接触类型有30余种，适于板成形分析的有12种，都采用罚函数方法（penalty），在接触计算过程中考虑壳单元厚度及其变化。
值得说明的是：1.拉延筋与板料接触（contact-drawbead），可认为是非线性弹簧算法，需给定单位长度拉延筋的对板料的阻力变化曲线。
2.LS-DYNA 新增加三种接触类型（forming类型接触）专用于板成形模拟，这些接触类型降低了对模具网格的连续性要求，并且计算速度更快。
LS-DYNA进行板成形分析时可选择使用3D adaptive mesh功能，可在计算过程中对板料网格进行局部加密，网格加密的准则可选择为：1.板厚变化；2.曲率变化；3.单步长接触穿透深度值。
2. 锻压锻压过程是金属体积成形过程，与板成形相比，其物理描述和力学模型中相同，但单元、材料、模具定义不同。
在锻压过程中往往考虑模具的变形，单元采用实体单元，材料在多数情况下经历较大的温度变化，为热塑性材料。
LS-DYNA的实体单元可分为三大类：1.结构单元；2.ALE单元（包括Euler流体单元）；3.声单元。
进行锻压分析时要采用结构实体单元，这些单元可分为单点积分、多点积分和缩减积分（select-reduced）单元；节点带旋转自由度（nodal rotations）和不带旋转自由度单元。
单元采用co-rotational坐标系统分离单元运动中的变形和刚体运动，并在应力更新中采用Jaumann应力率，避免因刚体运动产生应力。
在剪切变形较大时，可选择使用Green-Naphdi应力率。
变形结构单元为8节点6面体，可退化为6节点5面体或4节点4面体。
LS-DYNA的热塑性材料通过列表给定不同温度下的材料性质，例如常用的一种各向同性热塑性材料可将整个温度范围分成7段，每个温度段内可定义不同弹性模量、泊松比、屈服应力、硬化模量、热膨胀系数等参数，这种材料采用线性硬化模式。
材料的热性能（比热、导热系数等）可为各向同性或各向异性。
在LS-DYNA中结构材料和热材料的定义是分开的，并且在接触传热分析中定义相关热接触界面，因此可进行结构和热场的耦合分析。
在多数锻压分析中，随着金属件成形过程的继续，初始网格的变形逐渐加大，将导致单元精度降低甚至发生畸变，因此必须使用网格重新划分功能（remeshing）。
网格重划分包括以下几个步骤：1.检查网格的变形程度，若超过规定的变形度停止计算，保存结果；2.检查需要改变位置的节点，调整节点位置，保证材料边界不变，材料内部节点可自由移动。
3.将保存的结果映射到新的网格上。
4.重新对网格初始化并进行计算。
LS-DYNA对于二维与三维网格，皆提供重划分网格的功能。
另外，LS-DYNA早已采用一种更为先进的网格ALE，即任意拉格朗日-欧拉网格。
ALE网格进行Rezoning的目的和过程与Remeshing基本相同，但两者的网格描述存在本质差异（后者是拉格朗日网格）。
ALE结合拉格朗日和欧拉网格各自的优点，已广泛用于结构材料的极度变形。
有关ALE的技术在下面详细说明。
3．浇注前面已经提到，结构单元运动描述采用Lagrange方法，这是因为Lagrange描述中始终以初始构形为求解的参考构形，由材料点（material point，在Total Lagrange中是初始构形的X0 ，在Updated Lagrange描述中参考构形是上一个积分步的构形，即X n-1）来确定动量方程、运动-应变关系、应变-应力关系。
由此可见，任一单元的积分点在整个过程当中可以保持不变，即为同一材料点，这对于求解历史相关的变形问题是极为重要的，因为对于固体结构材料而言，正是如此。
对流体介质，LS-DYNA采用Euler 描述，即以当前构形（通常记为spatial point x），来确定动量方程、变形-应变关系、应变-应力关系，因此不同时步单元积分点不是相同的材料点，即物质可以在Euler网格间输运，由物质的运动导致压力和能量在Euler区传播。
Lagrange和Euler 是对物质运动的两种表述，这两种方法本质上是一样的，但由于采用的自变量（其自变量分别为X，t和x,t）不同，各自具备特点。
在形式上，前者的网格节点与材料点在物质运动过程中一一对应；而后者节点不动，材料点在Euler网格中移动。
在前者，任意材料点的历程都可以得到，在后者，只能得到t时刻Euler节点处材料点的特性，在下一时刻是另外一个材料点的特性，而处于此节点处的材料从何处来到那里去难以确定。
此外，在物理描述上，Lagrange和Euler在确定动量方程、质量方程、和能量方程时存在较大的不同，通常Euler方程采用保守形式，而Lagrange方程往往应用工程假设采用简化格式，这一点在质量方程的表达上尤为明显。
总之，Lagrange和Euler是对连续介质运动的两种描述，由于参考构形的选择不同（或者说是观测者位置不同），导致对物质运动的观测和描述的侧重点存在差异。
ALE方法最早是由Noh(1964)以耦合欧拉-拉格朗日的术语提出的，至80年代末90年代初才形成成熟理论并在少数分析程序中出现。
在ALE描述中，网格点可以随物质点一起运动，但也可以在空间中固定不动，甚至网格点可以在一个方向上固定，而在另一个方向上随物体一起运动。
ALE中，有限单元的剖分是对参考构形进行的，网格点就是参考点，网格是独立于物体和空间运动的，亦即参考构形是已知的，初始构形和现时构形是待求解的。
由于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法综合了纯拉格朗日和纯欧拉描述的优点，克服了各自的缺点，成为目前非线性连续介质力学中大变形分析的十分先进有效的方法。
早在91年，DYNA程序中就成功地引入ALE算法，在流体动力学、流体-结构相互作用、加工成型、碰撞、爆炸冲击、接触等大变形问题中得到了广泛的应用，如海啸、坝的决口、容器中流体的大幅度晃动和液体泄露、液体中高压气泡的扩展、水下爆炸、超高速碰撞、成型装药、鸟撞飞机、锻压等等。
ANSYS/LS-DYNA的算法除拉格朗日和ALE外，还包括欧拉和多物质流体求解。
欧拉构形主要有三种：一阶精度的Donor Cell；二阶精度的V an Leer；二阶精度的Van Leer +Half Index Shift。
多物质流体的单元构形主要有二种：流体+空材料和全空材料；多种材料的混合单元(压力平衡)。
这些模型都可以和通用的固体结构单元如solid、shell、brick和beam等单元自动耦合，不需要滑移界面。
同时，此类求解器的加入，使ANSYS/LS-DYNA具有了可压缩流体流动分析的能力，可求解如自由界面流动、波浪破碎、任意管道流动、流体混合、复合材料等的注塑成型、金属构件浇注成型、高速高压气体注入等复杂的流体和流体-结构耦合问题。
