利用ANSYS LS-DYNA重启动技术模拟手机多次跌落-附教程

导读：在智能手机的可靠性验证中，多次跌落测试是考核其结构耐久性的关键环节。传统的有限元仿真方法通常对每次跌落进行独立的模拟，计算冗余度高，耗时漫长。本文旨在推广一种基于ANSYS LS-DYNA显式动力学求解器的重启动分析技术，该技术可在一个仿真模型中高效、精准地连续模拟手机的多角度、多次跌落过程，极大地节约了计算资源和工程师的时间成本，为产品设计优化提供快速迭代的依据。目前已经收录到我在仿真秀官网的视频课程《ANSYS LS-DYNA碰撞与冲击仿真实战》，欢迎读者朋友试看 。  

一、写在文前

现代手机设计需要确保其能够承受来自不同高度、不同角度（如正面、背面、侧面、角部）的多次冲击。使用CAE仿真进行预测已成为行业标准，但传统的仿真流程面临巨大挑战：  

1）资源浪费：每次跌落仿真都需要从初始状态开始计算，包括重力预加载、自由落体等重复阶段，占用了大量计算时间。  

2）建模繁琐：工程师需要为每一次跌落单独设置模型、初始条件和输出，工作繁琐且容易出错。  

3）状态不连续：独立仿真无法考虑上一次跌落造成的累积损伤（如塑性应变累积、材料失效、残余应力），导致结果不够准确。  

如何高效、准确地模拟连续跌落过程，成为困扰仿真工程师的一大痛点，ANSYS LS-DYNA提供的重启动（Restart）功能是解决上述问题的利器，重启动允许用户从一个已完成的分析（父分析）的结果文件开始，继续新的分析（子分析），并可以修改模型、加载条件等。  

在多次跌落仿真中，我们主要应用小型重启动（Small Restart），其允许用户从某个时间点重新启动分析，并可以施加新的速度、位移载荷，甚至可以禁用某些已经失效的部件单元，这完美契合了模拟手机以新姿态再次跌落的需求。  

重启动分析工作原理简析：  

1)父分析（第一次跌落）正常计算并输出重启动文件（d3dump01， d3dump02， ...）。  

2)父分析结束后，手机会处于一个静止状态（可能已发生变形）。  

3)在重启动分析中，LS-DYNA读取指定的重启动文件，将模型状态（位移、应力、应变、温度等）完全继承下来。  

4)工程师通过修改关键字文件，移除之前施加的速度，并为手机整体施加一个新的初始速度（对应新的跌落角度和高度），同时可以根据上次结果删除已破碎的部件。  

5)求解器基于新的初始条件，继续计算第二次跌落过程。  

6)此过程可循环重复，模拟任意次数的跌落。  

二、仿真操作流程  

1、创建首次跌落模型  

在Workbench中建立Explicit Dynamics(LS-DYNA)分析系统。  

1）完成几何导入、材料定义（含塑性、失效准则）、网格划分。  

2）设置初始条件：为手机整体施加Z方向初速度 Vz = -sqrt(2*g*h)。  

3）定义边界条件：固定刚性目标地面。  

4）设置输出控制。

2、求解并生成重启动文件：  

求解首次跌落。计算完成后，在工作目录下生成d3dump系列文件。  

3、设置重启动分析：  

1)在Workbench中，拖拽一个新的LS-DYNA Restart系统。  

2)将其Setup单元格与第一个系统的Solution单元格相连，这将继承初始模型的几何和设置。  

3)双击新系统的Setup进入Mechanical界面，此时模型状态是第一次跌落后的最终状态。  

4、修改模型和条件：  

1）施加新速度：插入一个新的Initial Condition -> Velocity，选择手机整体，根据新的跌落角度（例如，绕X轴旋转45°再跌落）计算并输入新的速度矢量（Vx, Vy, Vz）。  

2）修改模型（可选）：如果首次跌落后有部件完全失效，可以通过命名选择定位并抑制该部件。  

3）修改结果输出时间：调整分析时间以确保能捕捉到第二次碰撞。  

5、求解重启动分析：  

1）求解新系统：LS-DYNA会自动从重启动文件读取状态，并应用新的速度进行求解。  

2）后处理即可观察到带有第一次损伤的手机如何进行第二次跌落。  

6、循环迭代：  

重复步骤3-5，即可进行第三、第四、第N次跌落模拟。  

三、计算结果  

在手机从1m高度下落时，第一次碰地和第二次碰地的应力云图分别如图2所示，可见最大应力为273MPa，小于材料的屈服极限，不会发生破坏。  

第一次跌落 

第二次跌落  

四、ANSYS LS-DYNA碰撞与冲击仿真实战

总之，ANSYS LS-DYNA的重启动技术，将看似复杂的“多次跌落”仿真从一个耗时冗长的任务，转变为一个高效、精准且自动化的标准流程。它不仅是软件的一项功能，更是提升产品研发效率、缩短上市周期、降低开发成本的核心策略。对于手机、平板、可穿戴设备等消费电子企业而言，尽早引入并掌握这一先进仿真流程，将在激烈的市场竞争中构筑起可靠性的领先优势。

   

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1、以下是课程大纲  

第一章 课程概述及软件讲解

第1讲：课程简介

第2讲：软件讲解、显式动力学和分析流程介绍

第二章 显式动力学基本理论

第3讲：质量缩放与时间步长

第4讲：沙漏控制和2.3能量曲线

第三章 仿真流程详解

第5讲：汽车防撞梁撞击

第6讲：几何模型处理讲解

第7讲：材料设置讲解

第8讲：接触设置讲解

第9讲：网格划分讲解

第10讲：载荷和边界条件讲解

第四章 案例实战

第11讲：汽车碰撞--案例简介

第12讲：汽车碰撞--求解设置与结果分析

第13讲：无人机整机跌落--简介

第14讲：无人机整机跌落--模型处理

第15讲：无人机整机跌落--求解设置与后处理

第16讲：手机跌落与重启动--案例简介

第17讲：手机跌落与重启动--仿真设置与计算结果

第18讲：手机跌落与重启动--多次跌落与重启动设置

第19讲：子弹侵彻失效--简介

第20讲：子弹侵彻失效--仿真流程

第21讲： 电动汽车电池包挤压--案例介绍

第22讲：电动汽车电池包挤压--模型设置与后处理

第23讲：鸟撞飞机发动机--案例简介

第24讲：鸟撞飞机发动机--仿真流程

第25讲：鸟撞机翼结构--案例简介

第26讲：鸟撞机翼结构--仿真全流程

来源：仿真秀App