慣性釋放的案例
基于Optistruct慣性釋放案例-1 ￥15
大家現在用的hyperworks版本都比較高，這里以hyperworks14.0版本為例：
1、施加好載荷后，設置好控制卡片及相關變量，不加虛約束及其它任何形式的約束，采用慣性釋放分析汽車擺臂的受力變形情況。
應力分布圖
位移分布圖
2、施加好載荷后，設置好控制卡片及相關變量，在相應的節點處施加虛約束（操作方法及具體位置信息見操作文件），采用慣性釋放分析汽車擺臂的受力變形情況。
應力分布圖
位移分布圖
結論：從以上兩種施加慣性釋放的方法得到的結果來看，應力分布有一定的差異，應力最大的地方（危險點的位置）幾乎沒多少差異，位移變形形式差異比較大。更加詳細的說明，兩種慣性釋放結果差異原因分析，慣性釋放心得與體會見收費內容部分。
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展開 ANSYS知識普及系列23——workbench之慣性釋放用處
材料特性：
E = 2e11 Pa
ν = 0.3
ρ = 7850 kg/m3
載荷和約束：A端面fixed，B端面施加force=2e5N
慣性釋放關的結果：
載荷與約束
慣性釋放開的結果
SimSolid慣性釋放
但是很多分析，例如飛機在飛行時、輪船在航行（物體整體具有加速度）時，要想計算結構上的應力分布，需要采用慣性釋放(inertia relief)，在結構上施加一個虛假的約束反力來保證結構上合力的平衡。采用慣性釋放可以消除有限元方法靜力分析過程中約束點的反力對結構應力狀態的影響。
一、模型簡介
此次用于計算的模型如下圖所示，注意該模型由網格生成表面存在明顯幾何交界線：
圖一、 模型
二、材料及邊界條件設置
材料選用SimSolid自帶材料steel。采用Structural linear模塊進行計算，在SimSolid軟件中進行慣性釋放分析不需要定義約束，但是要定義慣性釋放structural - interial load - Inertia relief
在右側孔處添加集中力Z向300000N，集中力采用Remote Load施加，載荷示意圖如下圖所示：
圖二、 集中力
三、結果
提高自適應值后，應力趨于穩定，表明結果收斂，無需繼續提高自適應值。
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展開 慣性釋放工況下拓撲優化方法探討
3）在有限元分析設置中移除遠程質量點，進行完全慣性釋放，關閉弱彈簧選項，然后進行拓撲優化分析，GENESIS設置不變得到結果如下：
圖6完全慣性釋放拓撲優化結果
在ANSYS中慣性釋放，利用自身的質量施加一個加速度來提供慣性載荷，慣性載荷平衡外部載荷來消除剛體位移。我們可以發現拓撲優化后的結構在四個底角是沒有支撐材料分布的，這種結構類似于航天領域的火箭頭部結構，受力狀態也與其類似，近似在真空的情況下底部提供推力的結構。
04總結
本次案例是基于WORKBENCH平臺中GENESIS模塊拓撲優化功能探討慣性釋放如何影響支架的拓撲優化。在拓撲優化過程中，在給定的優化目標和約束條件下，通過求解將得到最優的質量分布和幾何結構。然而，實際工程中為靜態等效荷載的沖擊荷載不一定要用在具有約束的結構上。在無約束結構上的任何荷載的反饋都是來源于結構質量分布。在拓撲優化方面，可以采用靜載荷的慣性釋放法對自由結構進行優化，而不需要額外的約束。
慣性釋放屬于一種典型工況，普遍出現航空航天，汽車，船舶等工業領域，例如在處理汽車轉向節強度仿真分析中普遍采用此方法，受制于制造工藝，針對轉向節等傳統鑄件的減重優化也是輕量化設計的一個難點，尤其新能源汽車，飛行汽車等對零件質量較為敏感的產品對此有較大的需求。
目前部分企業已經開始探索和布局面向DfAM零部件設計的技術，相信未來增材打印和拓撲優化會用于更多的領域，突破現有的技術框架，制造出更驚人的產品。
作者：胡世鑫，工學碩士，安世亞太DfAM賦能業務部結構仿真工程師。
擅長結構強度耐久和動態沖擊領域，有豐富的仿真工程經驗，目前從事增材產品的拓撲優化，結構仿真工作
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基于Optistruct慣性釋放案例-2 ￥15
慣性釋放按照設置虛約束的方法，你會發現這個虛約束施加起來是個問題，該施加到哪里，分別控制哪些節點的哪些自由度。控制總的自由度數是等于6，這個是毋庸置疑的。看了一下教程上的慣性釋放案例練習了一下，發現照著上面一步一步操作都出現了問題，技術鄰上也有朋友出現這個問題，還發了問題求助。出現的問題如下圖：
現針對這個問題我已解決，運行的結果如下：
工況1
工況2
工況3
工況4
技術鄰上針對慣性釋放的仿真案例相對較少。上述模型是我對書中模型進行了關于本案例方法指導無關緊要的刪除簡化，本案例提供的是該簡化模型，書上的模型運行的結果如下圖所示，動起來很可愛！
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更加詳細的說明，出現錯誤的原因分析，慣性釋放心得與體會見收費內容部分。
再次歡迎各路高手共同討論學習CAE仿真！
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展開 汽車下擺臂強度分析——慣性釋放法（Inertia Relief Anglysis） ￥15
慣性釋放原理
慣性釋放典型應用與模擬飛機的飛行、
汽車在試驗場的行駛以及衛星在太空中的遨游等實際工程應用。
慣性釋放的原理是先計算不平衡外力作用下結構的運動（加速度），通過慣性力構造一個平衡的力系，
使得支座反力等于零，
可以消除不適當的約束對變形和應力狀態的影響，
求解得到的節點位移其實是描述所有節點相對于該支座的相對運動，
從而消除了因為直接對支座進行約束時產生的約束端附近的應力集中。
知識拓展
在牛頓定律的基礎上，引人慣性力的概念，可以導出研究非自由質點系的另一種方法——動靜法。
動靜法以我們熟悉的靜力學方法研究非自由質點系的運動學問題，
使動力學問題求解之動力學方法更易于掌握。
并且由于方法上的改進使得“動”“靜”相通，產生了理論上的飛躍。
主要學習的內容
1、利用ADAMS/CAR 自帶的麥弗遜懸架，根據下擺臂硬點建立簡化版下擺臂。
2、在hypermesh進行網格劃分、材料編輯、屬性編輯。
3、在hypermesh建立局部坐標系，使坐標系與adams/CAr中建立的marker坐標系相同，介紹右手法則。
4、根據adams/CAR中提取的載荷，在hypermesh中建立相應的載荷。
5、設置卡片信息，主要是慣性釋放設置。
6、建立載荷步，使用
OptiStruct
提交計算。
以下內容step by step介紹了整個操作流程。
1、建立下擺臂數模
使用Adams/ car自帶的麥弗遜懸架建立下擺臂總成。
下擺臂總成硬點信息。
在CATIA中建立硬點，并建立下擺臂數模。
建立數模如下，本次建模沒有實際工程意義，只是用于說明慣性釋放法的操作流程。
展開 車身開閉件耐久分析簡介
目前主流整車研發企業，在真實樣車完成試制之前，對車身開閉件的開閉耐久性能虛擬開發，主要有三種評價方法：慣性釋放法、多體動力學法和瞬態非線性方法。本文簡單介紹了三種分析方法的優缺點及在汽車研發中的運用（文中的疲勞僅指鈑金及焊點的疲勞特性）。
慣性釋放法
慣性釋放法基于外部載荷與慣性力之間存在近似平衡的假設，獲取關閉時產生的鎖扣力，預測車身開閉件疲勞壽命的一種方法。使用慣性釋放方法，首先需要確保關閉件的一階固有頻率，排除產生結構共振的可能性；其次利用關閉過程中的慣性力，計算鎖扣力；為確保仿真的精確性，慣性釋放法需要通過與歷史數據對比，確定鎖扣載荷；最后評估應力應變結果，通過應變疲勞方法預測開閉件鈑金的疲勞壽命。
展開 5月29-30日 北京+線上 | Hypermesh機械結構強度分析及網格劃分
掌握慣性釋放法分析
結構靜強度
1、慣性釋放法簡述
2、慣性釋放創建
3、慣性釋放法結果處理
4、實例
備注
1、開課前老師會針對學員反饋的技術問題進行分析，對共性問題在課堂中老師會與學員共同分析探討、個性問題將在課下單獨交流。
OptiStrut加載曲線
設置求解為Linear Static，慣性釋放INREL = -2。
動態加載
1 創建兩條曲線，分別如下圖所示。
2 創建Load Collectors—TSTEP，N=100，DT=0.04。
3 創建Load Collectors—Constraints，load type選擇DAREA，僅選擇dof3，值為1；左右都要創建。
4 創建Load Step Inputs—TLOAD1，將左側約束與曲線1關聯；同理再創建TLOAD1，關聯右側約束及曲線。
5 創建DLOAD，包含上述兩個TLOAD1。
6 設置求解，transient direct（此方法不支持慣性釋放，因此不用設置），選擇DLOAD，TSTEP。
結果對比
選擇瞬態分析的第0.2s，及第0.6s；分別對應靜態分析的10N及28N；應力云圖相同。
展開 客車車架減重17%且不降低客車性能和安全性
一旦工程師團隊確定并審核了優化設計方案，就可以采用慣性釋放分析來驗證新的設計。對基準設計和優化設計施加標準G載荷來提取作用在輪胎上的力。
帶有所有增加的重量和安裝物的有限元模型用于設計的驗證。慣性釋放的工況包括剎車、轉彎和加速。
ECE R66安全標準剩余空間的有限元模型
結論
尺寸優化的方法成功地對基準設計進行了重量優化。在保持車輛設計和運營性能的同時，車架總重減小了17%。扭轉剛度稍稍減小但仍在客車車架最低要求之上。相比基準設計，頻率特性有一定的提高。對于傾覆分析，按照ECE R66標準，基準設計和優化設計在30°時均為“穩定”的。另外考慮到優化模型整個客車的尺寸來說，侵入數值大小成功地維持在較低的水平。
通過對車架采用尺寸優化成功地減輕重量，NEPTECH客車制造商有信心新的設計可以降低燃油消耗和二氧化碳排放。
展開 利用OptiStruct進行客車車架減重17%且不降低客車性能和安全性
一旦工程師團隊確定并審核了優化設計方案，就可以采用慣性釋放分析來驗證新的設計。對基準設計和優化設計施加標準G載荷來提取作用在輪胎上的力。
帶有所有增加的重量和安裝物的有限元模型用于設計的驗證。慣性釋放的工況包括剎車、轉彎和加速。
結論
尺寸優化的方法成功地對基準設計進行了重量優化。在保持車輛設計和運營性能的同時，車架總重減小了17%。扭轉 剛度稍稍減小但仍在客車車架最低要求之上。相比基準設計，頻率特性有一定的提高。對于傾覆分析，按照ECE R66標準， 基準設計和優化設計在30°時均為“穩定”的。另外考慮到優化模型整個客車的尺寸來說，侵入數值大小成功地維持在較低 的水平。
通過對車架采用尺寸優化成功地減輕重量，NEPTECH客車制造商有信心新的設計可以降低燃油消耗和二氧化碳排放。
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汽車行業分享丨SimSolid 在鋼結構設計中的應用及體會
圖3.1 方式1-默認綁定連接
圖3.2 方式2 創建角焊縫連接
② 邊界條件設置：在載荷模塊，選擇力/位移工具，如圖4.1所示，定義管接頭端部的作用載荷，主管左側施加921 kN，右側施加載荷545 kN，左側支管受拉伸載荷251.6 kN，友側支管受壓縮載荷275 kN；由于接頭沒有約束邊界條件，因此需要利用慣性釋放的方法計算結構的靜力平衡問題，選擇慣性載荷工具，定義慣性釋放，如圖4.2所示。
載荷定義結束后，顯示載荷加載及方向的模型如圖5.1所示，分析模型的邊界結構樹如圖5.2所示。
圖4.1 端部載荷定義
圖4.2慣性釋放定義
圖5.1 模型載荷條件
圖5.2模型結構樹
? 3.2.2 求解設置
本案例考慮金屬材料非線性，并且結構具有一定的薄板特性，因此求解設置如下圖6所示：
圖6 求解及結構設置
? 3.3.3 結果討論
①理論結果：鋼管材料Q235，屈服強度235MPa，設計強度215MPa，角焊縫的設計強度160MPa。根據鋼結構設計規范計算K型鋼節點支管的承載能力，計算過程如下：
上式中：θ??為受壓支管軸線與主管軸線的夾角，θ??
為受拉支管軸線與主管軸線的夾角，θ??為反應主管軸向應力狀態對承載能力的影響，θ??反映了支管與主管外徑比的參數，θ??反應支管間隙等因素對節點承載力的影響，f表示鋼管的設計強度。各參數的詳細取值及計算公式可查閱文末參考文獻《鋼結構原理與設計》，這里不在贅述。
展開 NX Nastran屈曲分析
屈曲分析有兩類：
?
線性屈曲分析亦稱特征值屈曲分析，可考慮固定的預載荷，可使用慣性釋放。
?
非線性屈曲分析包括幾何非線性屈曲分析，彈塑性屈曲分析以及非線性后屈曲分析。
基于HyperWorks 的自卸車車架靜強度分析
本案例基于Altair HyperWorks 的慣性釋放原理對某礦用自卸車的車架進行CAE 靜強度分析，旨在找出
方案初期的設計缺陷，合理優化車架結構。有助于降低產品設計成本，縮短新車型的開發周期。
屈磊_基于HyperWorks的自卸車車架靜強度分析.pdf
2019年Altair認證工程師考試公告
模型質量的管理和查看、集中質量單元
載荷檢查
四、結構線性求解與優化：
OptiStruct文件結構
OptiStruct基本計算參數、內存控制基本選項、共享內存式單機并行計算
OptiStruct計算結果信息文件.out
模態求解的基本選項、單位制
靜力學結果輸出控制
慣性釋放求解控制選項
OptiStruct拓撲優化和OSSmooth
五、后處理：
應力分析：2D、3D單元應力云圖結果解讀
一維單元：單元力解讀
約束反力查看
生成圖片、視頻等結果文件、結果標注
慣性釋放分析的結果解讀
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