結構力學分析的案例
進行計算結構力學分析要領以及軟硬件配置
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進行計算結構力學分析要領以及軟硬件配置 1.rar
『分享』基于proE MECHANIC的壓縮機Ⅱ級活塞結構力學分析
基于proE MECHANIC的壓縮機Ⅱ級活塞結構力學分析<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-10-22 10:27:41被藍狐評為2星級，為發貼者加分40。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
基于PROE MECHANIC的壓縮機Ⅱ級活塞結構力學分析.PDF
結構力學分析與研究
基于ANSYS workbench電梯結構力學分析與研究.pdf
結構力學分析（靜力、動力、疲勞）、多體系統仿真、鑄造/成型過程模擬算法分析，及工作站硬件配置推薦
結構力學分析（靜力、動力、疲勞）
- 核心算法: 有限元法，分為隱式和顯式兩種求解器。
- 靜力分析: 主要使用隱式有限元法。它通過求解一個巨大的全局剛度矩陣方程 [K]{u}={F} 來計算結構在載荷下的靜態響應。
- 動力分析: 兩種方法都用。
模態分析、諧波響應、隨機振動等，通常使用隱式有限元法。跌落、沖擊、爆炸等高速瞬態事件，必須使用顯式有限元法。
- 疲勞分析: 本身不是一種求解器，而是基于靜力或動力分析（通常是隱式）的結果，結合材料S-N曲線等理論，進行壽命評估。
計算特點:
- 隱式分析: 核心是求解大型稀疏線性方程組。計算量集中在矩陣的分解和迭代求解上，對內存容量、內存帶寬和CPU的單核性能（頻率和緩存）都比較敏感。
- 顯式分析: 核心是時間步進。為了保證計算穩定，時間步長極小，導致總計算步數巨大。但每一步中，每個單元的計算相對獨立，是典型的“ embarrassingly parallel”（高度并行）問題。
計算平臺:
- 隱式分析:
CPU多核計算(絕對主力): 主流求解器如 Abaqus/Standard, ANSYS Mechanical, Nastran 都對多核CPU有深度優化，是進行大規模結構分析的標準配置。CPU單核計算(依然重要): 求解器中的某些串行部分（如矩陣預處理、模型組裝）對CPU主頻依然敏感。GPU計算(新興力量): GPU加速在隱式分析中正在發展，尤其是在直接求解器和迭代求解器上，但成熟度和普適性尚不如顯式分析。
- 顯式分析:
GPU計算(絕對優勢): GPU的并行架構與顯式算法完美匹配。LS-DYNA, Abaqqus/Explicit, Pam-Crash 等求解器在GPU上可獲得數十倍的加速。
展開 
筑牢力學專業根基，開啟結構仿真進階路：一文了解張量分析與連續介質力學
</p><h3><strong>三、張量分析在連續介質力學中的應用</strong></h3><p><strong>張量分析為連續介質力學提供了不可或缺的數學工具，極大地便利了物理量的描述（應力、應變張量場分析）、坐標變換以及力學方程的推導（質量、動量、能量守恒方程推導）</strong>。不止如此，連續介質力學也為張量分析賦予了豐富的實際意義和應用價值。</p><p>比如在研究非牛頓流體、微極連續介質等復雜介質時，需要引入新的張量概念和運算規則。同時張量分析的新成果也為連續介質力學提供了更強大的理論支持，使得連續介質力學能夠處理更加復雜的物理現象，如在生物力學領域，利用張量分析可以更好地研究軟組織（肌肉、血管等）的力學行為。</p><p>除了理論層面的相互滲透，二者在工程應用中也協同進步，實現了不斷發展。</p><p>在土木工程的結構力學分析中，對建筑結構在地震等復雜載荷下的應力應變分析，以及機械工程的材料加工變形分析，都離不開兩者的緊密結合。它們的協同運用能夠顯著提高分析的準確性和可靠性，為工程設計和優化提供堅實依據。并且，隨著工程實踐的不斷推進，它們在相互促進中持續改進，為解決各類工程難題提供了更為有效的方法和技術。</p><p><strong>那么，如何才能學習了解張量分析與連續介質力學呢？</strong>小鄰在此為大家推薦<strong>《張量分析與連續介質力學》</strong>這門精品課程！課程旨在幫助用戶系統地學習張量分析與連續介質力學的基本理論和高級概念，進而深入鉆研理論物理、材料科學等前沿領域，為未來的學術探索和職業發展筑牢根基 。
展開 借助結構力學分析板球比賽中的獲勝關鍵點
利用結構分析確定板球板的最佳擊球點
首先，讓我們來了解一下球板背后的物理原理。球板的彎曲模態會產生不同的振型，進而影響球板性能。自由支撐的球板具有多種振動彎曲模態，手持的球板可以被看作一個固定懸臂梁。
球板前兩種彎曲模態會對性能產生很大的影響，這兩種模態之間存在一個最佳位置，此位置具有最小的振動和最低的能量損失。
對于一個典型的板球板來說，手柄是擊球時對應變最敏感的部位。較厚邊緣具有更好的耐性。此外，球板背后木材較多的區域（隆起的部位）具有更好的彈力，可以在擊球時傳遞更大的作用力。因此，最佳擊球點位于球板上較寬的區域。
仿真軟件應用于板球板建模
工程師們為一個由普通柳木制作的球板創建三維模型。他們在選擇了柳木作為球板材料，通過對柳木的性能進行研究分析，在模型材料中添加了更多的參數。除手柄被固定以外，球板的其他全部區域均被模擬為自由對象。
三維球板模型視圖
工程師使用結構力學模塊分析了固體結構的變形，以及應力和應變。同時他們還執行了特征頻率分析，以便找出固有振動頻率和與之相對應的球板振型。
最后發現了板球板的前六種振型、特征模態及特征頻率，如下圖所示。色條表示從球板自然位置的位移。當球板在指定頻率下位于其止動位置時，圖中紅色代表大振幅，藍色代表小振幅。
圖像由 Y. Mulchand，A. Pooransingh 和 R. Latchman 提供
假定球板模型的尺寸和材料屬性與真實的球板完全相同，但他們并未考慮球板的使用時間。雖然球板的最佳擊球點完全由幾何結構決定，但是材料數據的變化將會影響模型的固有頻率。
最后得出一個結果，離球板頂部 10~15 厘米處存在一個最佳擊球點，它位于球板中間，集中在中下部區域。另一個擊球點距離手柄 20 厘米，位于手柄與肩部的連接處。
展開 案例分享｜基于 Altair SimSolid 的大型通用工裝結構力學仿真分析及試驗對標
因此，對工裝采用剛度和強度的結構力學分析。
約束：對工裝底部4個腳進行全約束，即約束dof1～dof6。
載荷：對工裝與產品的連接點進行加載，剛度載荷大小為1000N，測量點位上橫梁中間位置，目標值為≤0.5mm；強度載荷大小為5000N，最大應力＜材料屈服強度×0.8。
工裝仿真分析工況如圖5所示：
圖5 工裝仿真分析工況示意圖
3.4 仿真分析結果
工裝剛度仿真分析結果如圖6所示：
圖6 工裝剛度仿真分析位移云圖
由圖6所示，工裝剛度工況，指定點位移為0.104mm。
工裝強度仿真分析結果如圖7所示：
圖7 工裝強度仿真分析應力云圖
由圖7所示，工裝強度工況，最大應力為45.8MPa，低于材料屈服強度的0.8倍。
小結：有限元仿真分析網格劃分、連接、分析設置等，總共耗時7天時間（平均每天按照7個小時計算）。
備注：此有限元仿真分析為工作一年工程師的效率。
四、SimSolid仿真分析
鑒于有限元仿真分析耗時耗力，因此考慮 SimSolid 無網格軟件。
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因此，對工裝采用剛度和強度的結構力學分析。
約束：對工裝底部4個腳進行全約束，即約束dof1～dof6。
載荷：對工裝與產品的連接點進行加載，剛度載荷大小為1000N，測量點位上橫梁中間位置，目標值為≤0.5mm；強度載荷大小為5000N，最大應力＜材料屈服強度×0.8。
工裝仿真分析工況如圖5所示：
圖5 工裝仿真分析工況示意圖
3.4 仿真分析結果
工裝剛度仿真分析結果如圖6所示：
圖6 工裝剛度仿真分析位移云圖
由圖6所示，工裝剛度工況，指定點位移為0.104mm。
工裝強度仿真分析結果如圖7所示：
圖7 工裝強度仿真分析應力云圖
由圖7所示，工裝強度工況，最大應力為45.8MPa，低于材料屈服強度的0.8倍。
小結：有限元仿真分析網格劃分、連接、分析設置等，總共耗時7天時間（平均每天按照7個小時計算）。
備注：此有限元仿真分析為工作一年工程師的效率。
四、SimSolid仿真分析
鑒于有限元仿真分析耗時耗力，因此考慮 SimSolid 無網格軟件。
展開 “有限元分析通用規則”國家標準正式發布
這些都制約了機械產品結構有限元力學分析技術水平的發展。要解決這些問題，只有制定統一適用的標準，對機械產品結構有限元力學分析建模的命名規則、網格劃分方法等做出系統性規定，促進仿真分析技術水平的提高，從而實現機械產品結構設計水平的提升。
三、主要技術內容的說明
編制完成后的《機械產品結構有限元力學分析通用規則》為機械產品結構設計和分析人員提供有限元力學仿真分析的標準指南。通過對機械產品結構有限元仿真建模方法、內容以及評估的規范定義，實現機械產品結構有限元力學分析模型的高度完整性、高可靠性和高重用性。有效保障和促進機械產品有限元分析的正確、高速發展，為機械產品結構設計規范、流程規范和質量規范提供切實可行的技術支撐，提高機械產品結構設計的高可靠性和自主創新能力，降低設計風險其主要技術內容說明如下：
1、術語和定義
以機械產品為對象，針對結構有限元力學分析建模過程，確定了機械產品結構有限元力學分析建模的術語。這些術語包括有限元建模、材料屬性、邊界條件、應力集中、單元、零維單元、一維單元、二維單元、三維單元、質量單元、彈簧單元、節點、桿、梁、板/殼、實體、高階單元、低階單元、約束、位移、載荷、強度、剛度、結構靜力學分析、結構動力學分析、長寬比、長細比、翹曲度、偏斜度、內角、幾何非線性和材料非線性。
2、范圍
本標準規定了機械產品結構有限元力學分析的類型、流程、一般要求、模型建立規則、有限元分析（簡稱“分析”）、結果評估、結果輸出、報告編寫。
本標準適用于機械產品結構的有限元力學分析。
3、有限元分析類型
對機械產品結構有限元力學分析的分析類型進行了規定。
4、有限元分析的流程
對機械產品結構有限元力學分析流程進行了規定。
展開 【CAE案例】基于結構仿真的斷裂力學分析
一類是理論假設的缺陷，例如反應堆壓力容器的缺陷分析（圖1）：
圖1 假設裂紋
還有一類就是現實中真正存在的缺陷（圖2），例如：轉子中存在的缺陷，材料收縮時產生的裂紋以及渦輪葉片中存在的缺陷等等。
圖2 真實裂紋
更為專業的缺陷研究就是通過實驗的方式（圖3），通常采用CT試樣進行金屬材料的裂紋擴展性能研究：
圖3 實驗室試驗裝置及試驗件
在研究斷裂問題的時候，我們免不了會遇到一系列的挑戰。首先，在缺陷建模（圖4）中，我們需要考慮：1.交叉表面；2.網格自動重塑；3.裂紋前沿網格細化；4.復雜結構。
圖4 缺陷建模
其次，在塑性損傷建模中，我們需要考慮：1.網格依賴性（圖5）；2.體積自鎖（圖6）；3.網格大變形（圖7）。
圖5 網格依賴性
圖6 體積自鎖
圖7 網格大變形
第三，我們還需考慮到結構效應：從實驗室樣件尺寸到真實部件全尺寸的轉變（圖8）。
圖8 試驗件到真實部件的尺寸轉變
02 解決辦法
在結構仿真中，提供線彈性斷裂力學、非線性斷裂力學、擴展有限元（XFEM）以及裂紋結構網格處理等功能，可對脆性斷裂、延性斷裂和裂紋擴展進行仿真分析。
我們基于結構仿真的斷裂力學分析模塊，在SALOME_MECA中可以實現：
（1）缺陷網格的顯性建模：
基于SALOME_MECA中的Zcracks/blocFissure功能，采用DEFI_FOND_FISS命令可以實現缺陷網格的顯性建模。
圖9 含缺陷網格建模
（2）缺陷網格的隱性建模
基于SALOME_MECA中的XFEM功能，采用DEFI_FISS_XFEM命令可以實現缺陷網格的隱性建模。
展開 三輪車車架設計的力學性能分析
三輪車的設計完成之前需要進行優化，確保滿足安全要求，但事實證明，三輪車的復雜結構為設計的優化帶來了一定的難度。
我常常會將三輪車與孩子們聯系在一起，把它們想象成色彩鮮艷的小玩具，與其實用價值比起來，它們的存在更像是為人們帶來一種享受。然而，三輪車確實也是一種可持續的客運方式，甚至可以用來運輸散裝貨物。
我們可以借助仿真來研究三輪車的結構并確保它能符合安全要求。為了檢測和解決三輪車設計中可能存在的薄弱區域，工程師們對車架的力學性能進行評估，從而在早期階段就能發現缺陷，在創建物理原型機之前優化三輪車的設計。
通過結構力學分析研究鋁制三輪車車架
研究團隊的模型為一個 6063-T83 鋁材制造的三輪車車架，其車把和中軸采用 4130 鋼。從下方示意圖可以看到，車架由標準的三輪車部件組成，包括后部的乘客區或載貨區。
三輪車部件（左）和網格（右）
為了分析這個設計，研究人員在幾何結構的不同區域施加了載荷。盡管他們只模擬了三輪車部件的車架，但還使用了其他零件（如立管、前叉、車把等）來定義負載條件，這些條件包括：
沖擊力（淡藍色）
車把上的推力和拉力（灰色和橙色）
中軸上的踩踏力（黃色）
騎行者的重力（藍色）
乘客的重力（綠色）
幾何結構上施加的各種載荷的位置
水平沖擊情況表示三輪車突然撞擊墻壁，并假設騎行者已撞離座位，但乘客還在車上。因此，這種情況只考慮沖擊力和乘客的重力。
工程師針對每一種載荷工況，對模型的應力分布和變形分布進行了簡單的評估，從而確定設計問題，開發出更安全的三輪車。
檢查三輪車車架設計的臨界區域
總的來說，仿真結果表明，在每一種載荷工況下，三輪車車架設計都會有一些區域容易受到抗拉屈服強度超過 214 MPa、疲勞極限超過 69 MPa 的應力作用。
展開 
機械產品的有限元分析終于有國家標準了
1.4 調研機械產品行業結構有限元力學分析研究與應用情況
通過實地考察和查詢等方式，進行了廣泛的調研工作，走訪了機械產品行業重點單位，了解了這些單位在機械產品結構有限元力學分析流程、軟件工具等方面的基本情況。
機械產品結構有限元力學分析技術在大量推廣和應用的同時，存在一些突出的問題。例如不同工程師對仿真分析中的模型命名、簡化原則和模型檢查等方面存在明顯的差異，加上人為主觀因素干預等等諸多因素造成各個工程師之間仿真分析自稱體系、相互隔離，導致仿真分析結果只能成為設計中形式化的工具，甚至可能誤導決策。這些都制約了機械產品結構有限元力學分析技術水平的發展。
要解決這些問題，只有制定統一適用的標準，對機械產品結構有限元力學分析建模的命名規則、網格劃分方法等做出系統性規定，促進仿真分析技術水平的提高，從而實現機械產品結構設計水平的提升。
機械產品結構有限元力學分析常用流程圖
四、結束語
眼下，中國工業領域正不斷踐行《中國制造2025》行動綱領，推動傳統制造業的轉型升級和健康穩定發展。此次成功制定機械產品制造方面的國家標準，無疑助力了我國制造業的跨越發展。
轉自公眾號——ANSYS學習與應用
旨在分享，若侵即刪.
展開 如何從力學概念角度來審視工程結構有限元分析？
力學概念對于有限元分析的指導作用
前文已述及，工程結構有限元分析求解的問題在本質上是力學問題。有限元分析軟件的求解器，本質上是基于有限元方法編制的力學問題的計算程序。
既然有限元分析求解的問題都是力學問題，那么力學概念當然可以為有限元分析的過程提供理論依據和指導。只有把問題的性質搞清楚了，才能調用正確的軟件計算模塊來分析，把問題的求解域和邊界條件弄清楚了，才能正確有效地建立計算模型。
力學概念清楚的軟件用戶
，不僅可以正確地完成分析任務，還可以通過力學概念來避免一些不必要的工作量，并且能夠運用有關的力學概念來驗證分析模型的正確性和有效性。
下面列舉一些力學概念或原理在指導有限元分析中的具體應用。
首先，
彈性理論的一些基本原理對有限元分析及其計算結果的解釋等方面都有指導作用。
根據解的唯一性定理，如果多個分析者計算同一問題時得到不一致的結果，那么這些人中間最多只有一個人的結果是對的。
在彈性理論中，在次要的邊界上可以用圣維南原理，通過靜力等效來簡化應力邊界條件，而這一簡化也同樣為有限元分析中約束和載荷的施加以及結果后處理中剔除加載點附近的應力奇異現象提供了理論依據。
確定邊界條件是有限元分析中的重要一環，在此環節中力學概念同樣可以提供指導。
在確定求解域時，根據平衡條件，可以對整體結構也可選擇結構的任意局部進行分析。因為處于平衡狀態的結構，其各個部分必然都是平衡的。如果選取結構的局部進行分析時，隔離體的邊界條件必須明確且能夠符合實際受力情況。因此，求解域的邊界通常選擇在約束條件比較明確的位置。在計算中常用的對稱性，其實也用到結構力學的對稱性分析的原理。常用的法向對稱包含結構對稱、載荷約束對稱或者結構對稱、載荷約束反對稱兩種情況。
展開 復合材料力學分析的三個方法
這些數據來自實驗測定或細觀力學分析。由于實驗測定方法較簡便可靠，工程應用往往采用它。在復合材料學學科范圍內，宏觀力學占很大比重 。
3. 復合材料結構力學
它從更粗略的角度來分析復合材料結構的力學性能，把疊層材料作為分析問題的起點,疊層復合材料的力學性能可由上述宏觀力學方法求出、或者可用實驗方法直接求出。它借助現 有均勻各向同性材料結構力學的分析方法，對各種形狀的結構元件(如板、殼)進行力學分析 其中有層合板和殼結構的彎曲，屈曲與振動問題，以及疲勞、斷裂、損傷、開孔強度等問題。ABAQUS可以進行復合材料結構力學維度的相關研究。
總之，復合材料的力學理論作為固體力學的一個新的學科分支，是近幾十年來發展形成的，它涉及根據復合材料的制造工藝、性能測試和結構設計等進行力學分析，隨著新復合材料的不斷發展和廣泛應用，復合材料力學理論也將不斷發展。
來源：碳纖維研習社
展開 自主CAE|PERA SIM耳片結構非線性有限元分析
1.摘要
PERA SIM Mechanical作為安世亞太自主研發的核心產品之一，是功能強大、模塊整合的機械仿真分析工具。PERA SIM Mechanical提供了全面的結構靜力、動力、線性、非線性及熱分析等功能，滿足各行業的結構分析需求。PERA SIM PreMech是安世亞太自主研發的高級結構前處理工具，能夠實現模型處理、網格劃分、網格編輯、質量檢查及修復等功能，實現高質量網格的劃分。本文以結構非線性模塊為例，基于PERA SIM Mechanical對耳片結構算例進行建模并分析，體現了PERA SIM Mechanical在有限元前處理、求解及后處理模塊的強大功能。
關鍵詞：PERA SIM Mechanical；結構非線性；結構力學分析；工程應用
2.引言
在實際工程應用當中，CAE軟件的應用非常廣泛。本文介紹了PERA SIM Mechanical在結構非線性分析領域的應用，如需了解進一步的細節，請與安世亞太當地技術人員聯系。
3.耳片結構介紹
本節使用耳片算例來演示PERA SIM Mechanical在結構非線性求解模塊的操作流程。下圖為算例模型文件。由一個耳片（黃色組件）和兩根軸（粉色組件）組成。
展開 