掉落测试研究 (Drop Test Studies)

掉落测试研究会评估对具有硬或软平面的零件或装配体的冲击效应。 掉落物体到地板上是一种典型的应用,该研究也由此而得名。 程序会自动计算冲击和引力载荷。 不允许其它载荷或约束。

设置
掉落测试设置 PropertyManager 可让您使用以下选项来设置掉落测试研究:

定义落差高度 (h)、引力加速度 (g) 和冲击基准面的方向。 程序通过 v = (2gh)1/2 计算冲击时速度 (v)。 实体作为刚体按引力的方向移动,直到其碰到硬面。

定义冲击时速度 (v)、引力加速度 (g) 和冲击基准面的方向。 程序根据冲击时速度的方向确定冲击区域。

注意: 在最初冲击发生之前不考虑旋转。

计算
程序解出动态问题为时间函数。 一般运动方程式为:

FI(t) + FD(t) + FE(t) = R(t)

其中 FI(t) 是惯性力,FD(t) 是阻力,FE(t) 是弹性力。 所有这些力都与时间相关。

在静态分析中,此方程式简化为: FE(t) = R(t),惯性力和阻力由于速度和加速度较小而忽略不计。

目前暂不考虑阻尼。 外部力 R(t) 包括引力和冲击力。

在时域中直接积分求解此方程式有两种方法:隐性方法和显性方法。 显性方法不需要组合或分解刚度矩阵;优点是节省计算时间和资源。 但时间步长必须小于使解收敛的临界值。 临界时间步长通常很小。

隐性积分方法也能给出一个合理的解,并且时间步长通常比显性方法所需的临界时间步长大一或两阶。 但在每个时间步长都需要大量的计算。

COSMOSWorks 使用显性时间积分方法求解掉落测试研究。 它自动根据最小的要素大小估算临界时间步长,使用更小的值防止发散。 在适当时可以抑制很小的特征,或使用网格控制来防止产生很小的要素。 程序根据求解的进度从内部调整时间步长。

有关显性方法的更多信息,请参阅: An Explici Finite Element Primer,作者 Paul Jacob 和 Lee Goulding,2002 NAFEMS Ltd.

收敛
网格中的有效过渡有助于收敛。 快速的网格过渡可能导致发散。 解算器通过监视能量平衡来检查此条件。 当能量平衡表示发散时,会提供信息并停止。

模型会破裂吗?
研究不能自动回答这个问题。 也不能预测零部件是否会由于冲击而分离。 但您可以使用结果来评估这类事件发生的可能性。 例如,您可以使用最大应力来预测材料失效,使用接触力来预测零部件的分离。

 

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