細(xì)長桿的案例
干貨 | ANSYS軟件在海洋海工領(lǐng)域的應(yīng)用
波浪載荷因素是海工結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞性能的重要影響因素，挪威船級(jí)社提出針對(duì)不同的海工結(jié)構(gòu)類型，應(yīng)采用不同的力學(xué)分析方法，比如細(xì)長桿梁結(jié)構(gòu)、大體積結(jié)構(gòu)的整體性能評(píng)估、復(fù)雜波浪載荷下的詳細(xì)結(jié)構(gòu)性能評(píng)估等等。其中，細(xì)長桿梁結(jié)構(gòu)可直接采用ANSYS Mechanical直接進(jìn)行受力分析，大體積結(jié)構(gòu)的整體性能評(píng)估采用ANSYS Aqwa進(jìn)行水動(dòng)力分析，復(fù)雜波浪載荷下的詳細(xì)結(jié)構(gòu)性能評(píng)估采用ANSYS CFD進(jìn)行流體流動(dòng)分析。
當(dāng)海工結(jié)構(gòu)體的特征尺寸小于最小波長的五分之一時(shí)，通常可把該結(jié)構(gòu)看為細(xì)長類結(jié)構(gòu)，可以采用Morison方程等波浪理論去生成載荷譜，在ANSYS Mechanical中直接進(jìn)行應(yīng)力、變形分析，如海工桿梁支架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與疲勞壽命計(jì)算。
細(xì)長桿梁ANSYS Mechanical結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析
對(duì)于船舶、潛艇、大型容器等大尺度海工結(jié)構(gòu)體，必須考慮結(jié)構(gòu)體與波浪直接的相互耦合作用，對(duì)于整體性能的分析，可采樣ANSYS Aqwa基于波浪的輻射衍射進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)計(jì)算，可用于模擬海工多體系統(tǒng)停泊，海工結(jié)構(gòu)耐波性，動(dòng)力定位系統(tǒng)，港口防波性，海工結(jié)構(gòu)連接、卸載、斷開場(chǎng)景，水上水下安裝，海上抬升和運(yùn)輸?shù)裙r。
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波浪載荷因素是海工結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞性能的重要影響因素，挪威船級(jí)社提出針對(duì)不同的海工結(jié)構(gòu)類型，應(yīng)采用不同的力學(xué)分析方法，比如細(xì)長桿梁結(jié)構(gòu)、大體積結(jié)構(gòu)的整體性能評(píng)估、復(fù)雜波浪載荷下的詳細(xì)結(jié)構(gòu)性能評(píng)估等等。其中，細(xì)長桿梁結(jié)構(gòu)可直接采用ANSYS Mechanical直接進(jìn)行受力分析，大體積結(jié)構(gòu)的整體性能評(píng)估采用ANSYS Aqwa進(jìn)行水動(dòng)力分析，復(fù)雜波浪載荷下的詳細(xì)結(jié)構(gòu)性能評(píng)估采用ANSYS CFD進(jìn)行流體流動(dòng)分析。
當(dāng)海工結(jié)構(gòu)體的特征尺寸小于最小波長的五分之一時(shí)，通常可把該結(jié)構(gòu)看為細(xì)長類結(jié)構(gòu)，可以采用Morison方程等波浪理論去生成載荷譜，在ANSYS Mechanical中直接進(jìn)行應(yīng)力、變形分析，如海工桿梁支架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與疲勞壽命計(jì)算。
細(xì)長桿梁ANSYS Mechanical結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析
對(duì)于船舶、潛艇、大型容器等大尺度海工結(jié)構(gòu)體，必須考慮結(jié)構(gòu)體與波浪直接的相互耦合作用，對(duì)于整體性能的分析，可采樣ANSYS Aqwa基于波浪的輻射衍射進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)計(jì)算，可用于模擬海工多體系統(tǒng)停泊，海工結(jié)構(gòu)耐波性，動(dòng)力定位系統(tǒng)，港口防波性，海工結(jié)構(gòu)連接、卸載、斷開場(chǎng)景，水上水下安裝，海上抬升和運(yùn)輸?shù)裙r。
潛艇類結(jié)構(gòu)ANSYS Awqa水動(dòng)力分析
復(fù)雜波浪載荷下的詳細(xì)結(jié)構(gòu)性能評(píng)估，需要模擬海水波浪沖擊海工平臺(tái)等結(jié)構(gòu)的壓力分布狀況，獲得精確的載荷值，用于細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和疲勞壽命仿真計(jì)算，需采用ANSYS CFD進(jìn)行流動(dòng)模擬分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)各方向的力載荷，拖曳力、升力等參數(shù)，再結(jié)合ANSYS Mechanical進(jìn)行受力分析。
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19、在車床上校直細(xì)長桿的方法
細(xì)長桿在車削前必須先校直，否則會(huì)造成加工余量不均勻而車不圓，或因彎曲離心大而增加桿的彎曲度，無法車削。在車床上進(jìn)行細(xì)長桿校直，可采用以下方法。
（1）采用錘擊方法。先將細(xì)長桿的一端用三爪卡盤夾住約10mm，一端頂尖支承。用較低的速度使工作旋轉(zhuǎn)，用粉筆在工件畫出高點(diǎn)后，停車。左手拿一塊凹形的鐵塊，使凹面靠在工件高點(diǎn)的反面，右手拿手錘打擊工件的高點(diǎn)。打擊力的大小與工件彎曲的情況成正比。這樣反復(fù)幾次，工件就校直了。這種方法適用桿細(xì)而長時(shí)。
（2）用杠桿撬壓法。細(xì)長桿在車床安裝好后，開車使工件旋轉(zhuǎn)，用一根長300mm的木棍搭在中拖板和方刀臺(tái)上，搖動(dòng)中拖板，使木棍壓向工件彎曲部分。繼續(xù)移動(dòng)中拖板，跟緊尾座頂尖，以防工件脫出，待工件繼續(xù)旋轉(zhuǎn)幾秒鐘，再將中拖板慢慢退出，并適當(dāng)松退尾座頂尖，視工件是否校直。如還彎曲，再繼續(xù)按上述方法進(jìn)行，直到校直為止。此方法適工件較短的情況下。
（3）用反擊法。在細(xì)長桿較長、直徑相對(duì)大一些的情況下，先把兩端的中心孔鉆好，用主軸頂尖和車床尾座頂尖將它頂起來。然后，用手使工件轉(zhuǎn)動(dòng)，找出工件上的高點(diǎn)，并用粉筆畫上記號(hào)。這時(shí)，用一塊約25mm厚40mm寬，比車床大導(dǎo)軌寬長的鐵塊或比較大的木塊，加微信：Yuki7557 送宏程序教程一份，橫放在大導(dǎo)軌上，在上面放一個(gè)頭部不是60°尖形而是V型或凹弧型的螺紋千斤頂，支承在工件變曲的高點(diǎn)，稍微用力支起一些，左手用手握住工件，右手用手錘的圓頭打擊工件的彎曲的低點(diǎn)。打擊的次數(shù)、力度和在工件的長度，與彎曲的大小成正比。這樣校直的工件，還不易恢復(fù)彎曲。
除上述在車床上校直細(xì)長桿的方法外，還可以采用在機(jī)床外目測(cè)，在平臺(tái)上目測(cè)用上述方法校直。
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(二）應(yīng)對(duì)之策
1.第一是減小切削力至最小
(1）使用鋒利的刀片來降低切削力
(2）切深一定時(shí)使用小的刀尖圓弧半徑
(3）對(duì)于細(xì)長刀桿的鏜刀和車削細(xì)長軸零件應(yīng)采用90度主偏角刀具
(4）對(duì)于細(xì)長桿的銑刀反而是圓刀片銑刀最有利于消振
(5）細(xì)長桿立銑刀銑削深型腔時(shí)常采用插銑方法
(6）面銑刀采用疏齒不等距銑刀來減小銑削振動(dòng)
(7）內(nèi)孔鏜削時(shí)刀片刃形角越小越好
2.提高刀桿的靜態(tài)剛性(StaticToughness)
使用整體硬質(zhì)合金或重金屬刀桿提高刀桿的靜態(tài)剛性
3.提高刀具的動(dòng)態(tài)剛性—被動(dòng)阻尼避振刀桿
機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有限元分析通用規(guī)則
一：術(shù)語列表
機(jī)械產(chǎn)品：mechanical products
結(jié)構(gòu)有限元分析：structural finite element analysis
通用規(guī)則：general principals
節(jié)點(diǎn)：node
單元：element
零維單元：zero dimensional element
一維單元：one dimensional element
二維單元：two dimensional element
三維單元：three dimensional element
質(zhì)量單元：mass element
彈簧單元：spring element
桿單元：bar element
梁單元：beam element
殼單元：shell element
二維實(shí)體單元：two dimensional solid element
三維實(shí)體單元：three dimensional solid element
高階單元：high order element
低階單元：low order element
材料屬性：material property
邊界條件：boundary condition
約束和荷載：constraint and load
強(qiáng)度和剛度：strength and stiffness
應(yīng)力集中：stress concentration
結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析：structural statics analysis
結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析：structural dynamics analysis
二：網(wǎng)格劃分
01 合理選擇單元類型。細(xì)長桿用桿單元或者梁單元，薄壁件用殼單元等。
02 合理定義網(wǎng)格密度。
展開 MeshFree平臺(tái)天線概念模型分析中的應(yīng)用
導(dǎo)入完成后即可進(jìn)行材料設(shè)置，對(duì)于該模型，除上部拋物面反射體和支撐桿采用環(huán)氧樹脂材料外，其余部分均采用結(jié)構(gòu)鋼材料。一種較方便的方式是先統(tǒng)一在模型樹中制定材料為結(jié)構(gòu)鋼，然后在圖形區(qū)點(diǎn)選反射體部分，通過右鍵菜單重新指定為環(huán)氧材料。點(diǎn)選后通過右鍵操作的方式非常方便且不易誤操作，在處理零件數(shù)較多的模型過程中便捷性更加明顯。
圖 2 模型樹中的Welded連接和圖形區(qū)中的相應(yīng)連接區(qū)域
隨后Analysis Conditions菜單中設(shè)置約束和載荷，在該模型中完全約束底部8個(gè)螺栓，并對(duì)底座法蘭下平面施加Y向約束。然后，添加重力載荷和作用于反射體拋物面的等效風(fēng)載荷。至此，線性靜態(tài)分析工況的設(shè)置已全部完成。對(duì)于模態(tài)分析工況，只需將模型樹中的約束條件通過鼠標(biāo)拖拽至該工況的Boundary列表下即可。運(yùn)行分析默認(rèn)會(huì)計(jì)算所有工況，存在多個(gè)工況時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行選取。
MeshFree的計(jì)算過程對(duì)計(jì)算機(jī)資源的消耗并不算大，兩個(gè)工況同時(shí)提交，求解過程耗時(shí)約5分鐘。計(jì)算完成后，軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)入結(jié)果顯示狀態(tài)，即可方便的查看分析結(jié)果。
圖 3 線性靜態(tài)分析和模態(tài)分析結(jié)果
3 對(duì)比計(jì)算
由于該模型所涉及的細(xì)節(jié)數(shù)量并不算多，在不進(jìn)行幾何清理操作的情況下，也可以通過自由劃分四面體網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，軟件自動(dòng)生成的網(wǎng)格及靜力分析結(jié)果如下圖所示。對(duì)比軟件具備很強(qiáng)的通用性，而且經(jīng)常被視為一個(gè)門檻較低的CAE分析平臺(tái)。在圖中所示的網(wǎng)格數(shù)量下，整個(gè)分析過程及兩個(gè)工況的計(jì)算時(shí)長與MeshFree大致相當(dāng)。但是顯然模型中的薄壁結(jié)構(gòu)和細(xì)長桿特征，多數(shù)單元都在某一個(gè)或兩個(gè)維度上的尺寸遠(yuǎn)大于其他維度，多數(shù)網(wǎng)格質(zhì)量非常不理想。要獲得精度更可靠的分析結(jié)果，特別是在更復(fù)雜的工況條件下，必須對(duì)模型重新劃分高質(zhì)量的網(wǎng)格，而這必然需要CAE工程師付出更多的時(shí)間代價(jià)。
展開 Ansys Workbench ACT插件，由窗口選中體單元，提取體積和表面積，計(jì)算幾何特征尺寸 ￥20
（一般而言，當(dāng)零部件的尺寸大于材料標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣件時(shí)，零部件的表面或內(nèi)部缺陷發(fā)生的概率會(huì)增加，從而導(dǎo)致零部件尺寸越大，疲勞壽命越低）
對(duì)與規(guī)則幾何形狀的零部件，有相應(yīng)的經(jīng)典公式提供特征尺寸的計(jì)算；例如圓形細(xì)長桿的特征尺寸是直徑；薄板零部件的特征尺寸是板厚等；但是實(shí)際工作中的零部件幾何形狀千差萬別，沒有統(tǒng)一的經(jīng)典公式可以提供特征尺寸的計(jì)算；在FKM手冊(cè)中給出了一個(gè)通用公式，用于估計(jì)零部件疲勞危險(xiǎn)區(qū)域的局部特征尺寸；
FKM關(guān)于循環(huán)載荷的疲勞評(píng)估中，提及可以使用循環(huán)載荷下的有限元應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行疲勞損傷估計(jì)。此時(shí)，除了需要由應(yīng)力結(jié)果估計(jì)危險(xiǎn)疲勞區(qū)域，提取危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力結(jié)果外，還需要給出危險(xiǎn)疲勞區(qū)域的特征尺寸。在Ansys Workbench中，用戶可以方便的查看應(yīng)力結(jié)果云圖，從而大體評(píng)估出危險(xiǎn)疲勞區(qū)域。并且用戶可以通過選取高應(yīng)力區(qū)域的單元體，再通過特征尺寸一般計(jì)算公式，來估計(jì)高應(yīng)力區(qū)域的特征尺寸，進(jìn)行進(jìn)行合理的FKM疲勞評(píng)估。
但是，Ansys Workbench中，當(dāng)用戶選中了某個(gè)/某些體單元后，在選擇信息欄中并不能直接給出單元體積和表面的有效信息輸出。并且通過查詢資料，即使在APDL經(jīng)典界面中對(duì)與體單元也是僅僅只能輸出體積（沒有體單元表面的輸出）；并且對(duì)與FKM特征尺寸的一般計(jì)算公式中，關(guān)于表面積A，也并不是指每個(gè)體單元所有面的表面積的總和。而是只需要所有選中體單元的外表面和，對(duì)與中心區(qū)域的體單元其表面積不參與特征尺寸的計(jì)算。這就進(jìn)一步降低了由體單元直接獲得有效表面積的可能性。
解決方法：
筆者這里使用一種較為笨的方法進(jìn)行選中體單元的特征尺寸提取方法：
1. 在Workbench界面，根據(jù)用戶在圖形窗口選定的網(wǎng)格體單元。
展開 單輪珩磨內(nèi)外圓。
在車床或其他機(jī)床（鏜床、銑床）上，采用單輪珩磨，就可以代替磨削來降低內(nèi)圓（軸套、軸承、箱體孔和液壓缸等）和外圓（細(xì)長軸、細(xì)長桿和軸類等）的表面粗糙度值，可以從精或半精加工的Ra=3.2～6.3μm，很快降低到Ra=0.4～0.8μm，而且不會(huì)產(chǎn)生燒傷和裂紋。其工作原理是利用細(xì)粒度磨料和樹脂結(jié)合劑的珩磨輪對(duì)工件表面進(jìn)行低速磨削。
一、珩磨輪的制造與珩磨工具
1、珩磨輪磨料、粒度和結(jié)合劑的選擇。
一般工件材料珩磨時(shí)，選用剛玉類磨料，如白剛玉（WA）、鉻剛玉（PA）和棕剛玉（A）等。若珩磨硬質(zhì)合金，應(yīng)選用碳化硼為磨料，結(jié)合劑為樹脂結(jié)合劑。磨料的粒度應(yīng)根據(jù)工件要求的表面粗糙度值來選擇。若工件表面粗糙度值要求Ra=0.4～0.8μm時(shí)，磨料粒度為F100～F180；若要求Ra=0.012～0.05μm時(shí)，磨料粒度為W20～W40。總之，選擇粒度的原則是：若粒度粗，則珩磨后的工件表面粗糙度值大，加工效率高；反之，則表面粗糙度值小，加工效率低。
2、珩磨輪的尺寸。
珩磨輪的寬度一般為25～35mm，直徑為60～80mm。其內(nèi)孔一般為銅套或滾動(dòng)軸承。
3、珩磨輪的制作方法。
先車削一個(gè)珩磨輪中間的銅套（兩端帶臺(tái)階）和澆注模，澆注模的內(nèi)腔大小和深度與珩磨輪的外徑（φ80mm）和寬度相同，并在內(nèi)端面車出銅套定位的臺(tái)階，以便使銅套的中心和珩磨輪的中心同軸。珩磨輪由磨料70%、環(huán)氧樹脂20%、乙二胺7%、鄰苯二甲酸二丁酯3%的質(zhì)量比組成。為了便于脫模，除澆注模內(nèi)腔車有3°的斜度外，還在澆注模內(nèi)壁涂上硅油。如果要使珩磨輪組織疏松和產(chǎn)生氣孔，提高珩磨能力，可在磨料粉中加少量酒精。澆注前，首先把環(huán)氧樹脂加熱到70～80℃，磨料粉加熱到60℃，把這兩種材料混合后，再加入鄰苯二甲酸二丁酯和乙二胺，攪拌均勻后，再加熱到70～80℃，并迅速攪拌3min，即可澆注模內(nèi)。
展開 車工大師傅留下的十招，學(xué)會(huì)都是大神！
4．深孔加工的防震
在深孔加工中，由于孔徑小，鏜刀刀桿細(xì)長，在車削孔徑Φ30～50mm，深度在1000mm左右深孔件時(shí)難免產(chǎn)生震動(dòng)，為防止刀桿震動(dòng)，最簡易有效的方法是在刀桿體上附加兩塊支撐物(用夾布膠木等材料)其大小正好與孔徑大小一致。在切削過程中由于夾布膠木塊起到定位支撐的作用，刀桿就不易產(chǎn)生震動(dòng)，可加工出質(zhì)量好的深孔件。
5．小中心鉆的防斷
在車削加工中，鉆小于由Φ1.5mm的中心孔時(shí)，中心鉆極易折斷，簡易有效的防斷方法是在鉆中心孔時(shí)，不要鎖緊尾座，讓尾座的自重和機(jī)床床面之間產(chǎn)生的摩擦力來進(jìn)行鉆中心孔，當(dāng)切削阻力過大時(shí)，尾座會(huì)自行后退，因而保護(hù)了中心鉆。
6．車削薄壁工件的防震
在薄壁工件的車削過程中，由于工件的鋼性差，經(jīng)常產(chǎn)生震動(dòng)；尤其在車削不銹鋼及耐熱合金時(shí)，震動(dòng)更為突出，工件表面粗糙度極差，刀具使用壽命縮短。下面介紹幾種生產(chǎn)中最為簡單的防震方法。
(1)在車削不銹鋼空心細(xì)長管工件的外圓時(shí)，孔內(nèi)可灌滿木屑并塞緊，在工件兩頭再同時(shí)塞上夾布膠木堵頭，然后把跟刀架上的支撐爪換成夾布膠木材料的支撐瓜，修正好所需的圓弧即可進(jìn)行不銹鋼空心細(xì)長桿的車削加工，這種簡易的方法可有效地防止空心細(xì)長桿在切削加工中的震動(dòng)和變形。
(2)在車削耐熱(高鎳鉻)合金薄壁工件內(nèi)孔時(shí)，由于工件剛性差，刀桿細(xì)長，在切削過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的共振現(xiàn)象，極易損壞刀具，產(chǎn)生廢品。如果在工件的外圓上纏上橡膠條、海綿等減震材料，就可有效地達(dá)到防震的作用。
展開 高階技巧——機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的力學(xué)原則
柔性準(zhǔn)則的措施：
1.增加等截面桿的長度；
2.避免截面突變；
3.安裝緩沖器；
4.選用彈性模量小的材料。
12、避免長壓桿失穩(wěn)準(zhǔn)則
對(duì)金屬構(gòu)件，壓應(yīng)力是拉應(yīng)力的多倍，但壓狀態(tài)下，失穩(wěn)破壞會(huì)破壞強(qiáng)度，設(shè)計(jì)上應(yīng)避免。
注意檢查是否有細(xì)長桿受壓結(jié)構(gòu)。
改進(jìn)措施有：
1.加大截面慣性矩；
2.減小壓桿長度；
3.加強(qiáng)支撐約束性；
4.截面形狀與約束方式的最優(yōu)組合；
5.合理選材
處于彈塑階段的中小柔度桿，用高強(qiáng)度鋼；
對(duì)大柔度桿，高強(qiáng)度鋼不能提高其穩(wěn)定性，須用普通鋼
13、 熱變形自由準(zhǔn)則
使結(jié)構(gòu)因?yàn)槭軣岬淖冃巫杂伞?具體措施：
1.留有熱變形的間隔
2.加膨脹節(jié)
3.或?qū)⒐艿雷龀蓮澋摹?END
文章來源機(jī)械設(shè)計(jì)資源分享
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問題 1：梁的撓度計(jì)算………………………………………………………………1
問題 2：開孔板受拉力………………………………………………………………12
問題 3：用 ADINA－M 建模計(jì)算開孔板受拉力………………………………… 25
問題 4：受彎曲載荷作用的細(xì)長桿…………………………………………………32
問題 5：周邊開槽圓棒受彎曲載荷作用……………………………………………37
問題 6：方箱拖帶流場(chǎng)問題…………………………………………………………44
問題 7：塊體和剛性柱面間的接觸問題……………………………………………53
問題 8：薄殼體分析……………………………………………………………… 67
問題 9：圓柱體熱應(yīng)力分析……………………………………………………… 77
問題 10：沖擊荷載作用的梁－直接積分………………………………………… 88
問題 11：沖擊荷載作用的梁—模態(tài)疊加………………………………………… 92
問題 12：地震載荷作用的梁－譜分析…………………………………………… 96
問題 13：網(wǎng)格誤差估計(jì)（以開孔板為例）………………………………………101
問題 14：框架推垮（Pushover）分析…………………………………………111
問題 15：聲學(xué)分析……………………………………………………………… 128
問題 16：用 ADINA-M 建模分析轉(zhuǎn)軸交叉部分……………………………… 142
問題 17：用 ADINA-M 建模分析開裂問題…………………………………… 153
問題 18：流場(chǎng)中流體與柔性結(jié)構(gòu)的相互作用………………………………… 170
問題 19：管道內(nèi)的流體流動(dòng)和質(zhì)量傳遞……………………………………… 183
展開 
《ANSYS8.0結(jié)構(gòu)分析及實(shí)例解析(附光盤)》
本書目錄
出版說明
前言
第1章概述
1.1ANSYS8.0簡介
1.2ANSYS8.0基本操作
1.3ANSYS8.0結(jié)構(gòu)分析
第2章模型建立過程及實(shí)例詳解
2.1模型建立基本過程
2.2直接法實(shí)體建模實(shí)例詳解
2.3自底向上建模方法實(shí)例詳解
2.4自頂向下建模方法實(shí)例詳解
第3章結(jié)構(gòu)線性靜力分析過程及實(shí)例詳解
3.1結(jié)構(gòu)線性靜力分析基本過程
3.2平面應(yīng)力問題分析實(shí)例詳解——帶孔薄板兩端承受均布載荷
3.3平面應(yīng)變問題分析實(shí)例詳解——輸氣管道受力分析
3.4軸對(duì)稱問題分析實(shí)例詳解——軸類零件受拉分析
3.5梁分析實(shí)例詳解——工字梁端面受力分析
3.6桁架分析實(shí)例詳解——三角桁架受力分析
3.7殼分析實(shí)例詳解——薄壁圓筒受力分析
3.8接觸分析實(shí)例詳解——鋼球和剛性平面接觸分析
3.9復(fù)雜結(jié)構(gòu)靜力分析實(shí)例詳解——內(nèi)六角扳手受力分析
第4章結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析過程及實(shí)例詳解
4.1結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析基本過程
4.2模態(tài)分析實(shí)例詳解1——齒輪模態(tài)分析
4.3模態(tài)分析實(shí)例詳解2——諧振器模態(tài)分析
4.4諧響應(yīng)分析實(shí)例詳解——彈簧質(zhì)量系統(tǒng)受諧載荷
4.5瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析實(shí)例詳解1——鐘擺擺動(dòng)分析
4.6瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析實(shí)例詳解2——滑塊滑動(dòng)磨擦生熱
4.7譜分析實(shí)例詳解——地震位移譜作用下的板梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)
第5章非線性分析過程及實(shí)例詳解
5.1非線性分析基本過程
5.2幾何非線性實(shí)例詳解1——圓柱殼體受力分析
5.3幾何非線性實(shí)例詳解2——細(xì)長桿屈曲分析
5.4幾何非線性實(shí)例詳解3——金屬圓盤彈塑性分析
5.5材料非線性實(shí)例詳解1——螺栓蠕變松馳分析
5.6材料非線性實(shí)例詳解2——橡膠圓筒受壓分析
5.7材料非線性實(shí)例詳解3——圓盤大應(yīng)變分析
5.8狀態(tài)非線性實(shí)例詳解——卡頭壓進(jìn)卡座的力學(xué)過程分析
第6章復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析過程及實(shí)例詳解
6.1復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析基本過程
6.2復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析實(shí)例詳解
展開 技術(shù)研究 | 霍普金森桿在高分子復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能中的應(yīng)用
目前，在高應(yīng)變率沖擊測(cè)試中，人們普遍使用的是Hopkinson(霍普金森)桿，霍普金森裝置，英文簡稱 SHP(T)B，應(yīng)變率范圍 102～104。
SHPB實(shí)驗(yàn)裝置圖
SHPB 實(shí)驗(yàn)的基本原理建立在二個(gè)基本假定的基礎(chǔ)上，即一維假定(又稱平面假定)和應(yīng)力均勻假定。一維假定認(rèn)為應(yīng)力波在細(xì)長桿的傳播過程中，彈性桿中的每個(gè)橫截面始終保持為平面狀態(tài)；應(yīng)力均勻假定認(rèn)為應(yīng)力波在試件中反復(fù) 2～3個(gè)來回，試件中的應(yīng)力處處相等。由此可利用一維應(yīng)力式中 C0、A、E、A0、L 分別為彈性桿的波速、橫截面積、彈性模量、試件的橫截面積及原始長度．由此得到試件的動(dòng)態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變率隨時(shí)間變化趨勢(shì)，進(jìn)而在時(shí)間尺度上得出三者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
SHPB實(shí)驗(yàn)原理圖
自1949年世以來，SHPB經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)量的主要設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測(cè)量方法精巧、加載波形易控制等優(yōu)點(diǎn)，其所測(cè)量的應(yīng)變率范圍也是人們所關(guān)心的一般工程材料應(yīng)變率敏感性變化比較劇烈的范圍。但是過去的Hopkinson 技術(shù)主要應(yīng)用在金屬及其合金材料上，這類材料拉壓特性基本對(duì)稱而且塑性變形能力較大，而復(fù)合材料由于其結(jié)構(gòu)的多變性，其阻抗、延展性等與金屬相差較大，故此裝置仍需要不斷的發(fā)展。
動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)
一般認(rèn)為復(fù)合材料是粘彈性材料，為了保證加載時(shí)材料內(nèi)應(yīng)力均勻性，可以在輸入桿的頭端粘貼銅片作為波形整形器，波形整形器的作用是延長入射波的上升沿，增加試樣有效的加載時(shí)間，保證試樣中的軸向應(yīng)力均勻。一般來說，當(dāng)試樣兩端面的軸向應(yīng)力差小于5％時(shí)，就可以認(rèn)為試樣中的軸向應(yīng)力已達(dá)到均勻。
典型的沖擊壓縮應(yīng)力脈沖信號(hào)
動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)
與動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)相比較，動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)比較復(fù)雜，需要對(duì)壓桿進(jìn)行改裝。
展開 《ANSYS10.0有限元分析理論與工程應(yīng)用（附光盤）》
【目錄】
第1章 概述
1.1 有限無數(shù)值模擬技術(shù)
1.2 ANSYS10.0限遠(yuǎn)程序簡介
1.3 ANSY10.0基本操作
第2章 線性退靜力學(xué)分析
2.1 線性靜力學(xué)分析
2.2 梁分析實(shí)例分——工字梁承載分析
2.3 板分實(shí)例解析——薄板圓孔構(gòu)件承載分析
2.4 函數(shù)加載法分析實(shí)例解析——大壩內(nèi)應(yīng)力分析
第3章 非線性分析
3.1 非線性分析基本過程
3.2 幾何非線性分析實(shí)例解析——細(xì)長桿屈曲分析
3.3 幾何非線性分析實(shí)例解析——膜結(jié)構(gòu)分析
3.4 材料非線性分析實(shí)例解析——?dú)堄鄳?yīng)力分析
3.5 材料非線性分析實(shí)例解析——橡膠圓超彈分析
3.6 材料非線性分析實(shí)例解析——平板蠕變松馳分析
3.7 狀態(tài)非線性分析實(shí)例解析——鋁材擠壓過程分析
第4章 動(dòng)力學(xué)分析
4.1 動(dòng)力學(xué)分析基本過程
4.2 模態(tài)分析實(shí)例解析——模型飛機(jī)翼模態(tài)分析
4.3 諧響應(yīng)分析實(shí)例解析——有預(yù)應(yīng)力的吉他弦諧響應(yīng)分析
4.4 瞬態(tài)動(dòng)力分析實(shí)例解——桿類構(gòu)件承載塑性響應(yīng)
4.5 譜分析實(shí)例解析——地震位譜作用下析梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)
第5章 熱力學(xué)分析
5.1 熱力學(xué)分析基本過程
5.2 穩(wěn)態(tài)熱力分析實(shí)例解析——自適應(yīng)網(wǎng)格法求解術(shù)體對(duì)流傳熱問題
5.3 瞬態(tài)熱力分析實(shí)例解析——鋼球淬過程分析
5.4 輻射熱分析實(shí)例解析——兩圓柱體的輻射傳熱
5.5 相變分析實(shí)例解析——鑄造過程熱分析
第6章 電磁場(chǎng)分析
6.1 電磁場(chǎng)分析基本過程
6.2 表態(tài)電場(chǎng)分析實(shí)例解析——薄圓導(dǎo)電分析
6.3 動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)分析實(shí)例解析——鐵芯線圈磁場(chǎng)分析
6.4 高頻電磁場(chǎng)分析實(shí)例解析——諧振腔工作分析
第7章 耦合場(chǎng)分析
7.1 耦合場(chǎng)分析基本過程
7.2 熱結(jié)構(gòu)耦合分析實(shí)例解析——包含焊縫的金屬圓退火冷卻分析
7.3 熱結(jié)構(gòu)直耦合分析實(shí)例解析——滑動(dòng)磨擦生熱分析
7.4 熱電耦合分析實(shí)例解析
展開 碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
穩(wěn)定性
除了強(qiáng)度與剛度要求，設(shè)計(jì)者還需考慮復(fù)合材料部件的失穩(wěn)，尤其是對(duì)一些細(xì)長桿結(jié)構(gòu)，在受壓時(shí)，應(yīng)該能夠保證其原有的直線平衡狀態(tài)。對(duì)于一些框架結(jié)構(gòu)部件，如果鋪層不均勻，也會(huì)產(chǎn)生翹曲失穩(wěn)，所以在制造過程中尤其注意。最好采用對(duì)稱鋪層，以防變形不均勻。
一般情況下，在部件沒有達(dá)到極限載荷之下，不允許產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。但是如果對(duì)于一些特殊要求，可以產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，那么設(shè)計(jì)過程中，要考慮失穩(wěn)過程不會(huì)因此影響極限載荷。
鋪層結(jié)構(gòu)
鋪層結(jié)構(gòu)是碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，如何把單層結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能傳遞到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件上，鋪層結(jié)構(gòu)起到承上啟下的作用。關(guān)于復(fù)合材料鋪層應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1. 樹脂是碳纖維復(fù)合材料力學(xué)性能的短板，所以盡量避免將載荷直接加到層間或者樹脂之間。也就是說，0°、±45°、90°的纖維都要有，否則載荷會(huì)將部件從沒有纖維排布的方向撕裂。
2. 為了防止層合板邊緣開裂，盡量避免重復(fù)單一方向的鋪層，設(shè)計(jì)時(shí)最多不超過5層。
3. 為了防止最外層鋪層的剝離，在部件的主載荷方向，應(yīng)鋪放±45°纖維，而不能鋪放0°和90°纖維。另外，避免最外層鋪層間斷或不完整。
4. 若使用非對(duì)稱鋪層，每層因同方向上熱膨脹系數(shù)不同會(huì)出現(xiàn)翹曲，因此，一般要采用對(duì)稱鋪層。
5. 當(dāng)增加補(bǔ)強(qiáng)鋪層時(shí)，每層階梯最少要3.8-6.4mm，附加鋪層也應(yīng)盡量采用對(duì)稱鋪層。
連接
碳纖維復(fù)合材料部件開發(fā)過程中，不太可能都采用整體成型技術(shù)，需要進(jìn)行部件與部件之間的連接的，則需要對(duì)連接形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。
一般來講，碳纖維復(fù)合材料部件的連接有三種形式：機(jī)械連接、膠結(jié)連接、混合連接。機(jī)械連接適用于連接件厚度大、可靠性要求較高、傳遞較大集中載荷的情況。膠結(jié)主要是利用粘結(jié)劑將零件連接成不可拆分的整體。
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