前 言
在消費電子產品行業中，面對巨大的市場和激烈的競爭，設計人員一直在探尋如何有效縮短研發時間，降低開發成本，提升產品品質。近年來，CAE 模擬已越來越多應用在消費電子和高科技行業，在產品設計中合理使用 CAE 模擬是提升研發效率的有效途徑。而電子產品整機跌落模擬是其中一種常見的模擬類型。
林麗 汪雷 高上地 尤智雄
（大北歐通訊設備中國有限公司）
通過跌落分析，可以在設計早期查看結構的變形和損傷，以趕在開模之前對結構進行合理的改良：
跌落前後結構對比
跌落分析與實驗結果對比
跌落模擬設置過程-模擬工程師曾經的“痛苦源泉”
然而整機跌落分析設置本身卻曾經是分析工程師的『痛苦源泉』——由於需要考慮整機所有部件（除了小部分簡化）的結構和材料，通常模型十分複雜，對模擬工程師來說，是最不願意面對的模擬任務：
這其中，需要耗費大量的模擬工程師幾何清理和網格調整的時間，很多時候還需要和結構設計工程師進行多次幾何修正與確認的溝通。而網格劃分的品質不僅會直接影響計算時間，更讓人崩潰的是，很可能因為某個網格的品質較差，在計算過半，已經花費了大量等待時間後，模型有時會因網格變形太嚴重，導致求解突然中斷，而且網格品質的處理缺乏明確的方法或標準流程，只能不斷耗費大量的計算時間以期待獲得好的結果。
在一些比較標準的部件上，還可能通過經驗的積累，建立通用的網格模版，然而消費類電子產品反覆運算快，外形和整體設計的變化都很大，很難形成比較通用的模版，並且往往有很多小特徵，例如拔模角，小臺階，熱鉚柱，小縫隙等等，給模型簡化和網格劃分都帶來很大的困難。
但另一方面，例如耳機等消費類電子產品通常並不要求劃分六面體網格，因為這的確很難做到，只需要劃分高品質的四面體單元即可，因此 SimLab 提供的方便易用的幾何簡化功能，和高效的四面體網格劃分技術十分適用。
SimLab 提供了快速的幾何簡化功能，這使得模擬工程師可以自行快速批量處理小圓角，小臺階以及簡化電子元器件和螺紋等。大大節約了和結構設計師之間的溝通成本，以及結構工程師的工作量。
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SimLab 中提供了一些幾何清理工具，可以方便用於螺栓，電子元器件，logo 等特徵簡化。
SimLab 中的共結點操作，可以快速合併小的間隙
SimLab 中高效的四面體網格劃分技術
與之前我們所採用的某有限元軟體的前處理模組相比，在 SimLab 中，無需進行繁瑣的幾何切分，虛擬拓撲等操作，只需要執行簡單的 Mesh Control (網格控制)，即可快速高效的劃分高品質的四面體網格，下圖展示了使用其它有限元軟體前處理器和 SimLab 劃分的四面體網格品質對比。
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可以看到不額外增加更多的幾何切分和精細控制的情況下，SimLab 劃分的網格品質遠高於其它軟體。尤其在一些細節處，例如這個例子中，卡扣這樣的小特徵，在 SimLab 中無需做切分和單獨細化，即可獲得品質較高的細節處的網格，而與 SimLab 相比，其他軟體生成的卡扣網格則明顯有較大的畸變，並且網格大小過渡態強烈，還需要進一步操作調整才有可能達到 SimLab 的類似效果。
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而從網格數量上來看，對於該部件，其他軟體劃分的網格總數約為 25W, 而 SimLab 僅為 15W，網格總數下降了 40%。
在後續的計算中，同樣採用 Abaqus Standard 求解器，用准靜態分析多個卡扣的複雜接觸問題，SimLab 劃分的網格具有明顯的優勢，由於整體網格品質顯著高於其它軟體，解決了之前計算不收斂的問題。
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網格劃分
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Solver
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Result
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其他軟體
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Abaqus/standard
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很難收斂
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SimLab
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Abaqus/standard
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計算收斂
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值得一提的是，即便是與 Altair 自家的 HyperMesh 相比，在劃分四面體網格的效率方面，SimLab 也是遠超 HyperMesh（當然，HyperMesh 在六面體網格劃分方面更具優勢）,尤其對於一些小特徵很多的結構。
通過自訂 Mesh Template 進一步提高前處理效率
儘管默認的網格模版已經能滿足大部分需求，但做一些個性化的設置可以更有針對性的解決特定問題，因此，在 SimLab 中定義網格模版是一個非常推薦的方式——在模擬工程師有了一定的 SimLab 使用經驗後，可以將網格劃分經驗統一在 SimLab 的 Mesh Template 中，可以輕鬆的將個人經驗轉換為團隊成果。
以一個典型的耳機模型為例，如今，通過採用自訂的網格模版，即便針對整機60+的部件，模擬工程師只需讓程式自動運行15分鐘，喝上一杯咖啡的時間，就可以獲得高品質的網格，讓跌落模擬設置不再是一項痛苦的工作。
Meshing 60+ parts within 15mins using Meshing Template in SimLab
在前處理方面，除了高效的幾何清理和四面體網格劃分技術，SimLab 還提供了跌落設置的“一條龍服務”——已經預先定義好的跌落模版。
只需點擊 SimLab 介面中的 DropTest 圖示，就可以使用了。
雖然跌落分析本身的設置就不複雜，但是採用模版還是節約了不少手工的工作，例如根據高度換算落地瞬間速度，根據不同地板角度換算速度分量等，也讓整個跌落設置的流程更清晰，不容易犯錯，並且也可以適用於不同的求解器，例如 Radioss 和 Abaqus Explicit 都是適用的。
（圖片來自 SimLab 官方教程）
SimLab + OpenRadioss 極大提升模擬效率
而自 Altair 的 Radioss 開源為 OpenRadioss 以來，採用 SimLab 的優勢愈加凸顯，採用開源軟體計算沒有 License 的限制，可以用更多的核心數進行並行求解，計算效率倍增。具體提升情況如何呢？
我們做了一個內部的統計，自從2018年開始逐步使用 SimLab，到2023年全面採用 SimLab，一個典型的6方向跌落模擬所用的前處理的時間，從56小時降低到8小時，即粗略估計，一個模擬工程師過去需要用一周的時間處理跌落的模型，而如今，只需要一天。而自2023年以來，隨著 Radioss 的開源，由於平行計算中，沒有了 License 的限制，求解的時間也有了很大的飛躍。
總結
SimLab 是一個簡單易上手的工具，尤為適合實體四面體網格劃分——其易用的幾何簡化工具，高效的四面體網格劃分技術，流程清晰的跌落設置模版，以及與開源軟體 OpenRadioss 的無縫銜接——可以極大提升電子產品跌落模擬的效率，降低對工程師的時間精力佔用，從而讓模擬團隊投身到更有意義的分析工作當中。
資料提供 : Altair
