變厚度的案例
如何在APEX中實現變厚度殼單元
利用有限元分析解決工程實際問題的過程中，經常遇到需要把變厚度薄板簡化為殼單元的問題，本文就針對這一問題，詳細闡述了如何在MSC APEX中實現變厚度殼單元。
首先我們來觀察下圖所示的模型：模型中存在變厚度的錐形薄板以及板料厚度的突變。
1、 導入幾何模型
2、 抽中面
為了獲得高質量的中面，使用APEX的中間面增量功能漸進的抽取中面，抽取中面后使用縫合面功能縫合面之間的小間隙，抽取后的中面如下圖：
3、 劃分網格
設置網格尺寸大小為0.5mm，對中面劃分網格，劃分的網格如下圖所示：
4、 賦予殼單元厚度
使用APEX中的自動厚度計算功能自動給殼單元賦予相應的厚度：
界面參數設置如下：
1、選擇自動檢測面以提取厚度
2、選擇基于分組容差自動確定等厚度或者錐形厚度
3、厚度限制：10mm
4、容差組：0.02mm
（PS:此模型厚度變化范圍為0.2mm~1.2mm，為了讓軟件能夠更精確的識別模型的厚度特征，設置一個較小的容差值0.02mm）
首先選擇抽取的中面，鼠標中鍵確定，然后選擇幾何模型，鼠標中鍵確定，賦予完厚度的殼單元如下圖所示：
賦予完厚度的殼單元與幾何模型完全匹配。如上所述，我們可以利用APEX軟件簡單輕松地實現變厚度的殼單元。
本文操作視頻鏈接：https://url.cn/5hEIPK3?sf=uri
展開 基于TSDT與DQM的高階氣動彈性求解器：復合材料變剛度/變厚度非線性顫振分析
針對傳統商業有限元在處理變剛度復合材料（VSCL）與變厚度幾何時存在的網格畸變、計算耗時長、非線性極易發散等痛點，本人開發了一套基于 MATLAB 的高階半解析氣動彈性求解器。
本求解器直接基于連續介質力學方程進行離散，可實現復合材料板殼/懸臂翼面的極速參數掃描與深區非線性分岔追蹤。現分享部分計算結果，并承接相關復雜工況的定制計算與數據圖表輸出。
一、 核心理論框架
結構本構： 采用三階剪切變形理論（TSDT），精準計及蜂窩軟芯等夾層結構的橫向剪切效應，避免一階理論（FSDT）的非保守性誤差。
氣動模型： 基于超聲速一階活塞理論。
數值離散： 采用梯形/任意四邊形域等參映射，結合算子化微分求積法（DQM），以極少的網格節點實現高精度全局離散，徹底消除有限元長寬比災難。
二、 求解器核心功能邊界
復雜特征兼容： 支持曲線纖維變剛度路徑空間分布、支持展向厚度漸縮/雙楔形截面、支持各種經典邊界條件（懸臂、簡支等）。
線性頻域分析： 極速提取復特征值，繪制高分辨率 V-g / V-f 根軌跡圖。支持多約束下的全參數空間顫振邊界尋優。
非線性時域分析（核心優勢）： 基于 von Kármán 大變形假設，采用時域雙軌分岔追蹤法。可穩定提取極限環振蕩（LCO）幅值分岔拓撲。
深區高維相空間分析： 支持深度超臨界區的高次諧波 FFT 分析、繪制龐加萊截面、捕捉吸引盆分裂與模態躍遷。
三、 業務對接
本求解器運行效率極高，單工況特征值提取僅需數秒。
如果您課題組遇到商業軟件不收斂、或者急需底層數據支撐機理分析，歡迎私信聯系。
展開 Abaqus抽殼處理 附使用ABAQUS抽殼下載
圖 6 面延伸設置
5.使用“加工~殼~放樣”工具生成變厚度部分的中面，依次選擇變厚度部分兩邊的邊線即可。生成過渡部分的方法很多，大家可以根據需要靈活采用。具體設置如圖 7 。預覽無誤后點擊確認即可。完成后可以在裝配中查看最終效果，最終效果如圖 8 所示。
圖 7 放樣設置
圖 8 完成抽殼后的結果
6. 非變厚度部分直接賦截面后的即可，變厚度部分需要建立厚度隨幾何變化的截面。下半部分厚度為 5mm，上半部分厚度為 10mm。經過簡單計算可知，過渡段截面厚度 S 與其 Y 坐標值的關系為：
其設置方法見圖 9。
圖 9 變厚度殼截面的設置
下載地址：使用ABAQUS抽殼
展開 Ansys ACP中LookUp_Table的用法
Ansys ACP中LookUp_Table的用法
通過三個簡單小案例，掌握Ansys ACP中的LookUp_Table1D及LookUp_Table3D的用法，實現壓力容器圓頂及桶身處的任意變角度、變厚度纖維鋪設目的。
圖1 Look_UP_Table1D的變厚度變角度用法
圖2 Cylinder 處的Look_UP_Table3D變厚度變角度用法
圖3 Dome 處的Look_UP_Table3D變厚度變角度用法
ansys workbench中設置變厚度殼單元
對于厚度尺寸相對于其他幾何尺寸較小的結構，我們常常采用殼單元來代替三維實體單元進行分析。殼單元模型雖然不像三維實體模型那樣更接近真實模型，但其單元及節點數量少，計算量小，在工程中對復雜模型進行簡化時，采用殼單元能大大降低工作量和計算難度。
在建立殼單元模型時，我們需要輸入殼的厚度值，該厚度值可以在DM中設置，也可以在Mechanical中設置。DM中僅允許輸入常量厚度值（即等厚度），在Mechanical中可以設置隨某一坐標變量變化的厚度值。
等厚度模型
厚度隨坐標變化的模型
大多數情況下，以上厚度設置是能夠滿足工程分析需要的。但是，有一天突發奇想，我想建一個厚度值隨多個坐標值變化的模型，現有的方法以函數進行輸入厚度隨坐標變化時，只允許輸入一個變量，怎么辦？
workbench提供了一個很好的工具—External Data。用它，可以將任意位置的厚度值進行任意編輯，然后導入到Mechanical中。
展開 復合材料視頻操作案例3
帶減層設計曲面變厚度構件受拉層內損傷分析
原始文件：composite_structure.prt
分析類型：(層內)損傷分析
3D模型：帶減層設計曲面變厚度板
算例概述：
此模型中間段的復材帶有減層設計(ply drop-off)。在定義復材物理性質過程中，先將CAD模型中段切成3段，劃分網格之后用基于鋪層的方法定義復合材料物理性質(Ply-based Method)(損傷參數來自于本地材料庫)，繼而拉伸2D單元成3D單元，最后加邊界條件，載荷求解。
步驟：
1. 幾何處理
導入CAD模型：composite_structure.prt
Composite INTRA-laminar damage_Aero.zip
創建仿真文件。對理想化部件i_prt進行操作操作，首先提升體，然后將中間段變厚度部分切成等寬度3份(10mm)
注：對于i_prt的操作不會影響到原始CAD文件，但是會影響后續的FEM, SIM文件
2. 網格劃分
3. 復材性質定義(基于鋪層的方法)
4. 邊界條件
5. 載荷
6. 求解器設置：
7. 后處理
詳細步驟見附件，模型原文件見附件。
操作視頻下載鏈接：http://pan.baidu.com/s/1o6Tai1c
優酷：http://v.youku.com/v_show/id_XMTUwNTA4MTA5Ng==.html
展開 一文搞懂ANSYS_ACP復雜實體模型復合材料纏繞鋪層設計（Ⅳ型儲氫罐高精度建模及壓力作用分析） ￥99.66
其中詳述了ANSYS ACP在復合材料鋪層設計中的操作流程及變角度、變厚度、實體貼合碳纖維鋪層等內容，為Step by Step可復現教程文檔，借助此過程可掌握復雜實體模型的復材鋪層設計技術，另外本文所采用的儲氫罐模型來源于真實Ⅳ型儲氫罐模型，亦可為儲氫罐設計應用提供技術支撐。
付費文件包含完整仿真流程文件一套、所使用的全部幾何文件和軟件逐步操作教程文檔一個。教程文檔十分詳細，共計51頁、7000余字，用戶可根據教程文檔進行學習以及逐步操作實現對Ⅳ型儲氫罐碳纖維復合材料的鋪層設計與仿真。
文檔教程收獲：
掌握ACP變角度、變厚度的復雜形狀實體復合材料纏繞鋪層設計技術。
學會ACP軟件厚度增強、鋪層修剪、沿指定路徑擠出、鋪層貼合實體等技能。
熟練掌握IV型儲氫罐的等比例、高精度復合材料設計建模技術，為儲氫罐設計應用奠定工程技術基礎。
文件部分截圖如下：
圖1 模型三維圖
圖2 Ⅳ型儲氫罐有限元模型
圖3 T700碳纖維鋪層厚度云圖
圖4 T700碳纖維不同角度復材鋪設纖維方向
圖5 60MPa壓力作用下等效應力云圖
圖6 教程文檔目錄截圖
展開 DfAM專欄 | nTopology—面向增材制造的高效設計平臺
基本模塊：包括數據導入導出、隱式模型轉換/創建/特征操作、布爾運算、驅動設計的場（Field）創建、點陣晶格設計等；
增材制造模塊：設置打印平臺、添加支撐、切片，以及抽殼、晶格填充輕量化設計；
蜂窩/多孔材料模塊：變尺寸、變厚度的晶格填充，復雜表面紋理設計，快速生成蜂窩/多孔材料；
有限元分析模塊：線性靜力、模態、屈曲、穩態熱分析、點陣結構均質化材料分析，并支持有限元模型/網格的輸出；
輕量化模塊：晶格填充、表面加強筋設計、變厚度的抽殼設計等；
拓撲優化模塊：考慮增材懸垂角等制造約束，自動幾何光順、重構，基于拓撲優化的材料密度分布自動進行變厚度的點陣晶格設計。
展開 MeshWorks強大的2D中面網格建模功能
同樣，在目前流行的一體壓鑄的車身結構中，變厚度的鑄件（如前炮塔，后地板鑄件）往往也需要建立2D的中面網格用于耐久或碰撞分析。
MeshWorks一直以網格變形和網格參數化、概念設計等功能而著稱，但實際上MeshWorks同樣具備非常完備和強大的基礎網格劃分功能。
?MW擁有強大的CAE網格劃分引擎，可以對鑄件、塑料件、鈑金件等部件進行快速的2D及3D網格劃分。
?集成高級自動化的網格劃分功能，創建高質量的網格，幾乎不需要前期的幾何清理工作。
?MeshWorks采用全面的基于人工智能的特征識別引擎，其從而生成的網格模型可以到達極高的幾何精度。
?龐大模型的網格建模由網格參數模板控制，可以方便設定多種特征（如倒角、圓管、圓角及機加工表面）等網格劃分控制參數及方法。
?強大的特征移除和抑制工具可移除圓角、肋、凸臺等特征，創建精簡的網格模型。
?提供集成工具箱，可以方便設定材料、屬性及連接關系。
?MeshWorks具備多種多樣的六面體網格劃分方法，如自動笛卡爾六面體劃分方法，參數化拉伸六面體劃分方法等。
MeshWorks發布的23.3版本對2D中面網格的建模進行了大幅度的增強：
自動生成中面網格質量大幅提高
高精度捕捉幾何特征
極佳的網格流向
高效的變厚度賦予能力
強大的自動網格質量修復功能
經過大量的模型測試，
MeshWorks的中面網格建模時間可比市場上同類產品減少30%-40%！
以下是一些場景對比情況，僅供參考：
若您想咨詢MeshWorks軟件購買事宜，請下方掃碼或聯系18665820511或Meng_L@depusa.com。
展開 solidThinking Inspire 在衛星動量輪支架優化設計中的應用
針對柵格分布密度、柵格厚度、殼體厚度進行綜合優化。其中最薄 0.3mm，最 厚 1mm，殼體整體采用變厚度設計(方案 F6)。優化后，結構前 2 階基頻分別為 237.7Hz、 248.4Hz，強度裕度為 0.1，滿足要求，計算結果如圖 6 所示。通過本輪優化，再次減輕重 量 37g，最終結構重量為 322.9g。
圖 8 優化后產品狀態
圖 9 優化后計算結果
綜合以上方案，結構優化過程如圖 7。
圖 10 結構優化全過程
3 分析與結論
由表 2 分析結果可知，利用 Inspire 優化后，支架重量為 322.9g，在保證剛度、強度設計的前提下，比原設計減重 68%，達到了“功能優先”的設計目標。
表 2 分析結果
綜上所述，綜合考慮拓撲優化技術和 3D 打印技術，采用高剛、高強的輕質柵格夾層殼 結構，通過徑向、軸向、周向的變厚度設計，達到結構承載比為 4%的輕質高強結構。相比以前的設計，利用 Inspire 優化軟件，經過一輪迭代就可以確定最優傳力路徑，大大簡化設計流程，節約時間成本，突出了“功能優先”的設計理念。
展開 NEi Nastran復合材料培訓
■鋪層結構：NEi Nastran對于每一鋪層可先定義材料性質、鋪層角、鋪層厚度，然后通過由下到上的順序逐層疊加組合為復合材料層合結構；也可以通過直接輸入材料本構矩陣來定義復合材料性質。
■板殼和梁單元截面形狀：NEi Nastran利用截面形狀工具可定義矩形、I型、槽型等各種形式；還可以定義各種函數曲線以模擬變厚度截面。
3.特殊層合結構的模擬
變厚度板殼鋪層切斷：將切斷的某鋪層厚度定義為零，即可模擬鋪層切斷前后的板殼實際形狀。
不同鋪層板殼的節點協調：NEi Nastran板殼層單元的節點均可偏置到任意位置，使不同鋪層數板殼的節點在中面或頂面、底面對齊。
蜂窩/泡沫夾層結構：NEi Nastran通過板殼層單元來模擬夾層結構的特性，夾層面板和芯子可以是不同材料。
板－梁－實體組合結構：NEi Nastran將實體、板殼與梁等不同類型單元通過MPC技術相聯系，各類單元的節點不需要重合并協調，便于葉片等復雜結構模型的處理。 針對復雜裝配體，NEi Nastran還提供自動接觸功能，完成復雜裝配體的分析。自動接觸功能使建模時間減少80%以上。
4.復合材料有限元模型的檢查
復合材料結構模型建立后，可以將板殼和梁單元顯示為實際形狀，還可以通過圖形顯示和列表直觀地觀察鋪層厚度、鋪層角度和鋪層組合形式，方便模型的檢查及校對。
5.復合材料層合結構分析
NEi Nastran層單元支持各種靜強度剛度、非線性、穩定性和振動特性等結構分析。完成分析后，可以圖形顯示或輸出每個鋪層及層間的應力和應變等結果（雖然一個單元包含許多鋪層），根據這些結果可以判斷結構是否失效破壞和滿足設計要求。
展開 
ANSYS薄壁結構模型處理技術 附王新敏ANSYS工程結構數值分析講義下載
對于幾何模型的厚度與短邊長度的比值小于0.1時，對承彎構件需要采用殼單元。使用殼單元模擬薄的實體結構，可以降低模型的規模，而且滿足精度要求。
把實體模型轉換成殼模型的傳統處理方法是通過刪除實體，保留所需要的面。對面之間的縫隙進行人工建面連接，在劃分網格時對殼進行偏置，使模型的幾何位置保持與原形一致。但該方法的處理工作量較大，要彌補殼之間的縫隙，處理細節特征，并為變厚度殼的實常數賦值，因此需要采用新的技術來提高效率。
ANSYS提供了絕大部分的CAD接口。下面針對薄壁結構，說明在讀入幾何模型后，如何快速地把CAD薄實體模型，處理成滿足有限元分析的殼模型。
1抽取中面
ANSYS可以對薄實體進行抽中面，可以處理各種T型截面、變厚度、有小突臺等復雜特征的薄實體。自動抽中面的過程可以手動操作，而且可以對所有操作腳本化。在對類似結構抽中面時可以直接讀入命令流，而避免重復操作。
對于T字形截面、凹槽，在抽取中面后會有縫隙，可以采用自動延伸功能消除縫隙。機翼工字型鋼如圖1（a）所示，抽完中面后，由于板是有厚度的，會在連接處出現縫隙，如圖1（b）所示，可以采用自動延伸功能縫補縫隙，如圖1（c）所示。
圖1 機翼工字型鋼抽中面圖
金屬模壓零件結構的厚度是變化的，而且變化范圍通常較大，可以通過設定厚度范圍，然后抽取中面。如果各個構件之間的厚度差別較大，可以分別抽中面。對局部的復雜特征，可以在剖面上創建線，使所抽面的位置在線上。抽完中面后，實體的厚度會直接賦給面作為實常數，而無需人工干預。上述做法可以大大減少給殼單元賦厚度的工作量。
展開 ANSYS復合材料仿真分析及其在航空領域的應用
2.復合材料的層合結構定義：
鋪層結構：ANSYS對于每一鋪層可先定義材料性質、鋪層角、鋪層厚度，然后通過由下到上的順序逐層疊加組合為復合材料層合結構；也可以通過直接輸入材料本構矩陣來定義復合材料性質。
板殼和梁單元截面形狀：ANSYS利用截面形狀工具可定義矩形、I型、槽型等各種形式；還可以定義各種函數曲線以模擬變厚度截面。
3.特殊層合結構的模擬：
變厚度板殼鋪層切斷：將切斷的某鋪層厚度定義為零，即可模擬鋪層切斷前后的板殼實際形狀。
不同鋪層板殼的節點協調：ANSYS板殼層單元的節點均可偏置到任意位置，使不同鋪層數板殼的節點在中面或頂面、底面對齊。
蜂窩/泡沫夾層結構：ANSYS通過板殼層單元來模擬夾層結構的特性，夾層面板和芯子可以是不同材料。
板－梁－實體組合結構：ANSYS將實體、板殼與梁等不同類型單元通過MPC技術相聯系，各類單元的節點不需要重合并協調，便于飛機等復雜結構模型的處理。
4.復合材料有限元模型的檢查：復合材料結構模型建立后，可以將板殼和梁單元顯示為實際形狀，還可以通過圖形顯示和列表直觀地觀察鋪層厚度、鋪層角度和鋪層組合形式，方便模型的檢查及校對。
5.復合材料層合結構分析ANSYS層單元支持各種靜強度剛度、非線性、穩定性、疲勞斷裂和振動特性等結構分析。完成分析后，可以圖形顯示或輸出每個鋪層及層間的應力和應變等結果（雖然一個單元包含許多鋪層），根據這些結果可以判斷結構是否失效破壞和滿足設計要求。
6.復合材料失效準則ANSYS已經預定義了三種復合材料破壞準則來評價復合材料結構安全性，包括最大應變/應力失效準則，蔡－吳（Tsai-Wu）準則。每種強度準則均可定義與溫度相關，考慮不同溫度下的材料性能。另外，用戶也可自定義最多達六種的失效準則，對特殊復合材料進行失效判斷。
展開 自己參照教程做的FEA的例子
自己參照教程做的MIDAS/FEA的一些例子
變厚度板.rar
0_塊前后處理.rar
橋墩—自動網格劃分.rar
橋墩-映射網格劃分.rar
桶倉.rar
曲線鋼箱梁橋.rar
預應力箱梁+縱向鋼束.rar
預應力橋墩.rar
OptiStruct在轉向系統關鍵性焊縫研究中的應用
目前常用的結構拓撲優化方法有：變厚度法、變密度法及均勻化方法。變厚度法的數學模型簡單，但優化對象受到很大的限制。變密度法是人為的建立一種材料密度與材料特性之間的關系，拓撲優化計算以后得到單元的密度值為0或1，拓撲優化結構比較清晰。均勻化方法是最為流行的方法，拓撲優化后單元的密度值是介于0～1之間的連續值，得到的是一種比較模糊的拓撲結構。
變密度法用于一維單元的拓撲優化，目前可以采用的單位為桿單元、梁單元、彈簧單元和焊接單元。一般來說，優化的解會涉及到大量的中間密度的單元，這就需要用到罰函數來判斷單元的密度。
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