使用軟體：Simcenter 3D / Structure 多步驟非線性分析
前言
最近台灣地震頻發，近期電力設施受損、供電不穩定，如同颱風季節一般，家戶遭遇到停電的機會大增。一般居家除了會有緊急照明設備之外，應該也都會準備照明用的手電筒。不過在使用時，若忙中有錯，不免會掉落地面。這時摔了之後能不能夠繼續使用，就依賴手電筒本身設計的好壞了。落摔試驗 (Drop Test) 或是落下衝擊 (Drop Impact)，在普遍的 3C 產品上，不論是產品本身、或是產品包材，都是產品最終測試驗證的必備環節。實務操作上，落摔試驗機可以提供絕大部分的實驗操作需求。落摔試驗幾乎都是在 1/1000~1/100 秒極短時間內完成，落摔試驗步驟的精確影像捕捉，尚且需要昂貴的高速攝影機器。但在產品設計的角度上，與其等待產品做出樣品成品後做實驗、摔壞了再來修改設計，還不如在設計早期階段，尤其是塑膠模具開模之前，透過CAE軟體工具模擬方式，先找出產品結構的潛在問題。
西門子 Simcenter 3D / Structure 結構分析模組，在模擬落摔問題處理上，有兩種方式：第一種是使用 Response Dynamics 動態響應分析模組(SOL103)，在碰撞位置給予極短時間的衝擊力(F-t 函數)條件輸入，來計算應力、變形等動態響應；第二種是使用 Multi-Step Nonlinear 多步驟非線性分析模組 (SOL401/ SOL402)，來精確模擬落摔、碰撞、到回彈狀態的瞬態精確時間步行為。本案例使用西門子 Simcenter 3D / Structure 結構多步驟非線性分析模組，用第二種方法來模擬緊急照明用手電筒、在 60 cm 高度於特定角度自由落下(終端初始速度3.430 m/s)、碰撞地面後到回彈間的狀況，來驗證設計是否符合材料結構強度以及變形要求。
西門子 Simcenter 3D / Structure 結構分析模組，在模擬落摔問題處理上，有兩種方式：第一種是使用 Response Dynamics 動態響應分析模組(SOL103)，在碰撞位置給予極短時間的衝擊力(F-t 函數)條件輸入，來計算應力、變形等動態響應；第二種是使用 Multi-Step Nonlinear 多步驟非線性分析模組 (SOL401/ SOL402)，來精確模擬落摔、碰撞、到回彈狀態的瞬態精確時間步行為。本案例使用西門子 Simcenter 3D / Structure 結構多步驟非線性分析模組，用第二種方法來模擬緊急照明用手電筒、在 60 cm 高度於特定角度自由落下(終端初始速度3.430 m/s)、碰撞地面後到回彈間的狀況，來驗證設計是否符合材料結構強度以及變形要求。
分析模型
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網格設定
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負載條件定義
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落摔分析模擬結果 - 動畫
落摔分析模擬結果 - 鄰近碰撞點的外殼結構應力變化
其他產品落摔分析案例 (手機，電池包)
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Drop Test API 介面
結論
利用 Simcenter 3D，能夠快速處理 CAD 模型幾何、建立有限元素模型、定義分析條件、快速求解，並易於相互比較模型結果。Simcenter 3D 強大的有限元素前處理功能包括 0D 1D 2D 3D 等各種有限元素，能夠處理板金、螺栓、以及複雜幾何物件，並能利用強大的組立件 AFEM 功能，輕易結合各零件的 FEM，組成複雜的組立件模型。在落摔分析條件定義上，更容易地能利用接觸面 (Contact)、以及組立件黏合 (Glue) 定義功能，完成組立件的落摔分析條件設定。落摔分析的求解器，更支援大變形、大應變、以及材料非線性行為。除了使用標準操作流程，西門子針對落摔試驗的特殊分析問題，也有整合開發了 Drop Test API，將流程與相關指令按鈕整合在一起，讓用戶更容易地從事落摔分析的建模與計算工作。(目前支援到2306版本)
Simcenter 3D 內在的 NASTRAN 求解器計算快速，後處理功能操作容易，讓設計工程師們在設計初期階段就能觀察產品性能，進而提升產品設計品質與縮短開發時間。至於產品疲勞壽命、振動衝擊、設計最佳化等議題，也都是由結構分析延伸的 Simcenter 3D 其他模組應用，未來在Simcenter 3D 單一的操作介面內都可輕鬆完成。
Simcenter 3D 內在的 NASTRAN 求解器計算快速，後處理功能操作容易，讓設計工程師們在設計初期階段就能觀察產品性能，進而提升產品設計品質與縮短開發時間。至於產品疲勞壽命、振動衝擊、設計最佳化等議題，也都是由結構分析延伸的 Simcenter 3D 其他模組應用，未來在Simcenter 3D 單一的操作介面內都可輕鬆完成。
