案例研究 2：头盔的跌落测试分析

案例研究 2：头盔的跌落测试分析

在本案例研究中，对头盔（见图 9.17）进行跌落测试分析，并评估其从 5 米高度跌落到刚性地板上的影响。

项目描述

确定头盔从 5 米高度跌落时与刚性地板的冲击，见图 9.18。请注意，5 米高度是从头盔的最低点测量的。头盔由 ABS 材料制成。

项目摘要

在本案例研究中，您将对头盔进行跌落测试分析。

以下顺序总结了案例研究大纲：

1. 开始跌落测试分析
2. 定义跌落测试设置
3. 施加材料
4. 定义结果选项
5. 生成网格
6. 运行跌落测试算例
7. 显示时间历程图解
8. 对结果进行动画演示
9. 保存结果

第 1 节：开始跌落测试分析

1. 启动 SOLIDWORKS，然后从位置 > SOLIDWORKS Simulation > Case Studies > C09 Case Studies > Case Study 2 中打开 Helmet。

注意：如果之前未下载，您需要通过登录 CADArtifex 网站（cadartifex.com/login）下载包含本章文件的 C09 Case Studies 文件。

2. 单击 CommandManager 中的 Simulation 选项卡。将出现 Simulation CommandManager 的工具。
3. 单击 Simulation CommandManager 中的 New Study 工具。Study PropertyManager 将出现在图形区域的左侧。
4. 单击 PropertyManager 的 Specialized Simulation 卷展栏中的 Drop Test 按钮。
5. 在 PropertyManager 的 Name 卷展栏的 Study name 字段中输入 Helmet Drop Test Study。
6. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮 。Helmet Drop Test Study 将添加到 Simulation Study Tree 中，见图 9.19。

第 2 节：定义跌落测试设置

现在，您需要定义跌落测试设置。

1. 在 Simulation Study Tree 中右键单击 Setup 选项，然后在出现的快捷菜单中单击 Define/Edit 工具，见图 9.20。将出现 Drop Test Setup PropertyManager，见图 9.21。

2. 确保 PropertyManager 的 Specify 卷展栏中的 Drop height 单选按钮被选中。
3. 在 PropertyManager 的 Height 卷展栏中选择 From lowest point 单选按钮。
4. 在 Unit 下拉列表中选择 m (meter) 选项，然后在 Height 卷展栏的 Drop Height from Lowest Point 字段中输入 5，见图 9.22。

5. 展开 FeatureManager Design Tree（现在位于图形区域的左上角），然后单击 Plane1 以定义重力方向，见图 9.23。重力方向定义为垂直于所选平面。此外，图形区域中将出现一个指向重力方向的箭头，见图 9.24。

6. 确保重力方向指向所选的基准面，见图 9.24。如果需要，您可以通过单击 PropertyManager 的 Gravity 卷展栏中的 Gravity Reference 按钮来翻转重力方向。
7. 确保 PropertyManager 的 Target 卷展栏中的 Normal to gravity 单选按钮被选中。
8. 确保 Target 卷展栏的 Target Stiffness 区域中的 Rigid target 单选按钮被选中。
9. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮。跌落测试设置即被定义。

第 3 节：施加材料

现在，您需要将材料施加到模型上。

1. 通过单击 Simulation CommandManager 中的 Apply Material 工具来调用 Material 对话框。
2. 将 ABS 材料施加到头盔，然后关闭 Material 对话框。

第 4 节：定义结果选项

现在，您需要定义结果选项，例如冲击后您想要运行分析多长时间以及要保存的结果图解数量。

1. 在 Simulation Study Tree 中右键单击 Result Options 选项，然后在出现的快捷菜单中单击 Define/Edit 工具。将出现 Result Options PropertyManager，见图 9.25。

2. 在 PropertyManager 的 No. of Plots 字段中输入 30，作为程序为所有节点保存的图解数量。
3. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮。

第 5 节：生成网格

1. 使用 Create Mesh 工具以默认网格参数生成基于曲率的网格。图 9.26 显示了划分网格后的模型。在此图中，基准面被隐藏。

第 6 节：运行跌落测试算例

1. 单击 Simulation CommandManager 中的 Run This Study 工具。将出现 Helmet Drop Test Study（算例名称）窗口，显示分析进度。分析过程完成后，Results 文件夹将添加到 Simulation Study Tree 中，其中包含应力、位移和应变结果。默认情况下，Results 文件夹中的 Stress 结果被激活。因此，冲击后模型上的应力分布和 von Mises 应力图解将出现在图形区域中，见图 9.27。

请注意，冲击时模型中的最大 von Mises 应力为 5.188e+01 (51.881) N/mm^2 (MPa)。

第 7 节：显示时间历程图解

1. 在 Simulation Study Tree 中右键单击 Results 文件夹。将出现一个快捷菜单，见图 9.28。

2. 在快捷菜单中单击 Define Time History Plot 工具。将出现 Time History Graph PropertyManager，见图 9.29。

请注意，在 PropertyManager 的 Response 卷展栏中，模型的所有节点都出现在一个字段中。您可以在此字段中选择一个或多个节点，以生成其响应图。或者，您可以在图形区域中单击一个或多个节点。

3. 在图形区域中单击模型顶部中心（冲击区域）的一个节点，见图 9.30。冲击区域处的节点 3901 被选中。请注意，冲击区域所选节点的编号在您的情况下可能会有所不同，具体取决于您的选择。此外，默认情况下节点编号 1 被选中。

4. 确保 PropertyManager 的 X axis 下拉列表中的 Time 选项被选中。
5. 确保 PropertyManager 中 Y axis 区域相应字段中的 Stress 和 VON: von Mises Stress 选项被选中。
6. 在 PropertyManager 的 Y-axis 区域的 Units 下拉列表中选择 N/mm^2 (MPa)。
7. 单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮。将出现 Time History Graph 窗口，见图 9.31。此窗口显示所选节点（1 和 3901）的 von Mises 应力与求解步骤的响应图。

请注意，所选节点（9071）上的最大 von Mises 应力约为 50 N/mm^2 (MPa)，发生在冲击后 355 微秒时。

第 8 节：对结果进行动画演示

现在，您需要对结果进行动画演示，以验证随时间变化的冲击。

1. 在 Simulation Study Tree 的 Results 文件夹中右键单击 Stress1 (-vonMises-) 选项。将出现一个快捷菜单。在此快捷菜单中，单击 Animate 选项。将出现 Animation PropertyManager。此外，物体跌落到刚性地板上的动画效果将出现在图形区域中。您可以放大物体的高应力区域（冲击区域）以近距离查看其效果。
2. 查看动画效果后，单击 PropertyManager 中的绿色对勾按钮以退出 PropertyManager。

第 9 节：保存结果

1. 单击 Standard 工具栏中的 Save 工具。模型及其结果将保存在位置 > SOLIDWORKS Simulation > Case Studies > C09 Case Studies > Case Study 2 中。接下来，关闭 SOLIDWORKS 会话。