4. 几何准备与简化
跌落冲击仿真的几何准备与常规静力分析有本质区别。静力分析关心的是刚度与应力分布，几何可以相对完整；而显式动力学跌落分析关心的是能量传递路径、接触位置和惯性效应，几何中大量对结果无贡献的细节会显著增加单元数量、缩小稳定时间步长，甚至引入虚假的应力集中。因此，几何准备的核心目标可以概括为一句话：保留影响质量分布、刚度路径和接触行为的关键特征，去除其余一切。
一、几何清理：先修好，再简化
清理是简化的前提。跌落模型常见的几何缺陷包括：微小面碎片、重复面、缝隙与短边、非流形边、自相交以及导入时产生的公差失配。这些缺陷在网格划分阶段会直接导致失败或产生畸形单元。建议按以下顺序处理：
- 缝合与合并：将公差设为模型最小特征尺寸的 1/10 左右（例如最小特征 0.5 mm，公差取 0.05 mm），缝合相邻面，合并距离过近的顶点。
- 修复面与边：删除面积小于 0.1 mm² 的碎片面，删除长度小于 0.2 mm 的短边，用延伸或修剪消除缝隙。
- 检查干涉：跌落件与地面、支撑件之间不应存在初始穿透，否则求解器会在第一步就产生巨大的接触力。初始间隙建议保留 0.1～0.5 mm。
二、细节去除：判断"是否影响跌落响应"
细节去除不是无脑删特征，而是基于物理判断。判断标准是：该特征是否显著改变质量、刚度或接触面积。以下特征通常可以安全去除：
- 直径小于 2 mm 的螺栓孔、定位孔、走线孔；
- 高度小于 1 mm 的凸台、筋条、文字与 Logo 浮雕；
- 半径小于 1 mm 的圆角与倒角（但接触区域的圆角必须保留，它决定接触刚度和应力峰值）；
- 装饰性凹槽、散热孔阵列（若数量多且尺寸小，可用等效质量补偿）。
去除细节后必须做质量补偿：记录被删除特征的总质量，通过调整材料密度或添加集中质量点补回，否则整机质量偏轻，跌落冲击加速度会偏大。例如某手持设备原始质量 0.42 kg，去除细节后模型质量 0.40 kg，可将密度乘以 1.05 进行补偿，或在外壳内表面附加 0.02 kg 的质量点。
三、中面抽取与实体/壳单元选择策略
跌落件多为薄壁结构，壁厚通常在 0.8～3 mm 之间。此时壳单元相比实体单元有明显优势：单元数量少、计算效率高、弯曲行为准确。中面抽取的适用条件是厚度均匀、厚度远小于其他两个方向尺寸（一般厚度/最小面内尺寸 < 1/10）。
抽取后需要检查三件事：中面是否连续、厚度是否被正确识别、抽面后是否出现缝隙或重叠。对于厚度突变区域（如加强筋根部），建议保留局部实体，形成"壳-实体混合模型"，并在交界处使用绑定接触或共节点连接。
实体单元适用于：厚壁区域、复杂三维应力状态、接触区域需要精确几何、以及无法抽中面的铸造件。选择策略可归纳为下表：
| 结构特征 | 推荐单元 | 理由 |
|---|---|---|
| 均匀薄壁（t < 3 mm） | 壳单元 | 效率高，弯曲准确 |
| 厚壁或块体 | 实体单元 | 三维应力状态复杂 |
| 接触区域圆角 | 实体或局部实体 | 接触刚度需真实几何 |
| 加强筋、凸台 | 壳+实体混合 | 兼顾效率与局部刚度 |
| 薄壁但厚度突变 | 壳为主，突变处实体 | 避免厚度识别错误 |
四、对称性的利用
跌落仿真中，对称性可以大幅缩减模型规模，但必须谨慎使用。对称面要求几何对称、材料对称、边界条件对称、载荷（冲击方向）对称。对于垂直跌落，若产品左右对称，可取 1/2 模型，在对称面上施加对称约束（法向位移为零，面内转动自由）。
需要注意：对称约束会阻止对称面法向的运动，这在垂直跌落中通常成立；但如果跌落姿态包含侧向分量或产品内部有非对称质量（如电池偏置），则对称性被破坏，不能使用。此外，对称模型无法捕捉整体扭转和侧向摆动，若关心这些响应，应使用全模型。
五、实操检查清单
完成几何准备后，建议按以下清单逐项确认，再进入网格划分：
- 几何是否封闭、无自由边、无重复面？
- 最小特征尺寸是否大于 0.5 mm？小于该值的特征是否已删除或简化？
- 模型总质量与原始设计质量偏差是否小于 2%？
- 接触区域是否保留了真实圆角？
- 抽中面后厚度是否与设计一致？厚度突变处是否已处理？
- 对称模型是否满足几何、材料、载荷三重对称？
- 跌落件与地面之间是否存在初始穿透？
几何准备的质量直接决定跌落仿真的可信度。一个清理干净、简化合理、单元选择得当的模型，不仅计算稳定，而且结果与物理试验的偏差可以控制在 10% 以内；反之，一个充满细节和缺陷的模型，即使求解器收敛，结果也可能完全不可用。