跌落分析介绍_ACT_Mechanical_LS-DYNA_Workbench_System_显式动力学_断裂_碰撞

跌落分析介绍

Neil

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本期主题

跌落分析

在Workbench中进行跌落分析主要有两种主流方法：显式动力学 (Explicit Dynamics) 和 LS-DYNA。本文将重点介绍流程更自动化、对初学者更友好的显式动力学模块。

Explicit Dynamics 模块

2025·INVITATION

此方法利用Workbench内置的跌落分析向导，能快速完成设置。

## 第一步：创建分析系统

启动ANSYS Workbench。在左侧的Analysis Systems工具箱中，找到并拖拽或双击 Explicit Dynamics 到项目流程图区域。

## 第二步：定义材料属性

双击工程数据单元格Engineering Data。在材料库中可选择现有材料（如铝、PC_ABS等），或创建新材料。

对于精确的跌落分析，仅定义线弹性材料（杨氏模量、泊松比）是不够的，通常需要添加塑性材料模型（如Bilinear Isotropic Hardening）乃至更复杂的失效准则，以模拟材料可能发生的永久变形或断裂。

## 第三步：导入或创建几何模型

右键点击Geometry单元格，选择Import Geometry导入已有模型，或选择New Geometry进入DesignModeler创建模型。

建模技巧：为节省计算时间，可将跌落物体放置在非常接近撞击面的位置，然后通过赋予其一个等效的初速度来模拟从一定高度跌落。

初速度计算公式为 v = sqrt(2 * g * h)，其中g为重力加速度，h为跌落高度。

对于薄壁结构，可以考虑使用壳模型（在DM中通过Mid-Surface功能抽取中面），这能显著提升计算效率。

## 第四步：设置模型（关键步骤）

双击Model单元格进入Mechanical操作界面。赋予材料：在Geometry下为每个部件指定之前定义好的材料。

定义接触：系统通常会自动生成部件间的接触。检查这些接触，默认的“Bonded”接触可能不适用于跌落后的分离，通常需要设置为Frictional（摩擦接触）。 ]

划分网格：右键点击Mesh，选择Insert -> Sizing。在细节窗口中，选择需要控制的几何体，并指定合适的单元尺寸。网格质量直接影响结果精度和计算时长。

## 第五步：施加载荷与边界条件

使用跌落测试向导：这是最便捷的方法。返回Workbench主窗口，选中Explicit Dynamics单元格，在工具栏中点击**Drop Test Wizard**。在向导中，依次设置跌落高度、跌落方向（角度）、撞击面的摩擦系数等。向导会自动为您添加快捷的初速度、重力加速度和地面的固定约束。

手动设置（如不使用向导）：初速度：右键点击Explicit Dynamics分析分支，选择Insert -> Velocity。施加在跌落物体上，大小和方向根据向导计算或手动输入。

重力加速度：右键点击Explicit Dynamics，选择Insert -> Standard Earth Gravity，并指定正确的方向（指向地面）。

固定约束：对代表“地面”的物体施加Fixed Support。

## 第六步：求解设置与计算

在Analysis Settings中设置分析的结束时间。这个时间应足够长，以捕捉到整个跌落、撞击和回弹的过程，通常为数毫秒。 ]

添加结果监控：右键点击Solution Information，选择Insert -> Force Reaction，并选择地面，以监控撞击过程中的接触力变化。

点击Solve按钮开始计算。

## 第七步：结果后处理

计算完成后，可以查看和分析各种结果。

总变形：查看模型在跌落过程中的动态变形情况。

等效应力：分析应力集中区域，判断结构是否发生屈服或破坏。

塑性应变：如果材料定义了塑性，此项可以显示材料发生永久变形的区域。 ]]

能量与动能：检查能量历史曲线，确保动能已完全转换为内能或其他形式，这是判断分析是否有效的重要依据。

LS-DYNA 模块

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对于更复杂或专业的跌落碰撞问题，LS-DYNA是行业标准工具。

主要流程差异：

创建系统：从Analysis Systems中拖拽**Explicit Dynamics (LS-DYNA Export)**。

其前期流程（材料定义、几何建模、网格划分）与显式动力学模块类似。

设置完成后，不需要在Workbench内直接求解，而是通过Solve生成一个K文件。

然后将此K文件提交给独立的LS-DYNA求解器进行计算。

总结

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初学者或标准跌落分析：推荐使用Explicit Dynamics模块配合Drop Test Wizard，可以快速入门并获得可靠结果。 ]]

高级用户或复杂场景（如需要考虑材料碎裂、流固耦合等）：推荐使用LS-DYNA模块，它提供了更强大的材料模型和求解能力。

无论选择哪种方法，清晰地理解问题、正确定义材料属性和接触关系是确保跌落分析结果准确可信的关键。

来源：Ansys 实战训练

ANSYS实战：轿车50km/h正面撞击钢板仿真全流程（附关键参数）

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