節(jié)點(diǎn)數(shù)值模擬的案例
學(xué)習(xí)記錄——Workbench含斜拉索&橋梁&小車行駛過程數(shù)值模擬
駛過程數(shù)值模擬
駛過程數(shù)值模擬
今天學(xué)習(xí)的案例是Workbench含斜拉索&橋梁&小車行駛過程數(shù)值模擬。難點(diǎn)是小車行駛過程中整車產(chǎn)生的重力引起的輪胎變形的不同等效形式和復(fù)雜時(shí)域載荷如何施加到系統(tǒng)模型當(dāng)中。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統(tǒng)的構(gòu)建
導(dǎo)入模型如圖所示。
1.2材料模型系統(tǒng)的構(gòu)建
密度：7850
楊氏模量：210e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統(tǒng)的構(gòu)建
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關(guān)系：轉(zhuǎn)動(dòng)、固定和移動(dòng)
1.3.3網(wǎng)格劃分
2.求解
2.1載荷邊界條件
轉(zhuǎn)動(dòng)副
2.2位移邊界條件
2.3求解設(shè)定
時(shí)間0.1s，初始步數(shù)25，最小步數(shù)20，最大步數(shù)250，打開大變形。
下面是本案例的思維導(dǎo)圖。
展開 ABAQUS—鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)滯回模擬的4種方法對比分析
三、總結(jié)
1、對ABAQUS做節(jié)點(diǎn)擬靜力試驗(yàn)數(shù)值模擬的4種方法進(jìn)行建模分析，可應(yīng)用于鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)、ECC節(jié)點(diǎn)、再生混凝土節(jié)點(diǎn)、等同現(xiàn)澆的裝配式節(jié)點(diǎn)等。
2、梁單元不僅計(jì)算時(shí)間較短，而且計(jì)算結(jié)果也與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
3、超自由度單元由于考慮了節(jié)點(diǎn)區(qū)的剪切變形與粘結(jié)滑移，所得捏縮效果最好。
4、實(shí)體單元計(jì)算受網(wǎng)格、本構(gòu)長短、損傷因子等眾多參數(shù)的影響，計(jì)算結(jié)果會(huì)有差異。
5、若數(shù)值模擬更注重滯回曲線的對比，可選用梁單元或者超自由度單元；若注重構(gòu)件的損傷過程，可選用實(shí)體單元。
文章來源：結(jié)構(gòu)工程師
展開 【CFD數(shù)值模擬算例】船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬自動(dòng)化智能化方法
船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬自動(dòng)化智能化防范
【計(jì)算軟件】OpenFOAM開源平臺
【仿真平臺】自建高性能計(jì)算集群
【算例說明】基于OpenFOAM流體力學(xué)開源軟件提出了船舶運(yùn)動(dòng)值模擬自動(dòng)化和智能化方法，可使計(jì)算流程自動(dòng)完成；通過逐個(gè)分析不同參數(shù)的影響，智能化分析多工況數(shù)值模擬結(jié)果和大數(shù)據(jù)平臺，可得到優(yōu)化的計(jì)算參數(shù)，從而使數(shù)值模擬的人工處理部分最大限度地減少，同時(shí)計(jì)算過程達(dá)到最大程度地簡化，數(shù)值計(jì)算結(jié)果可靠，可滿足工程應(yīng)用的需求。自動(dòng)化和智能化處理的概念和方法，也可用于其他數(shù)值模擬領(lǐng)域。
【工程應(yīng)用】船舶阻力、螺旋槳敞水、船槳舵自航等
【創(chuàng)新貢獻(xiàn)】自動(dòng)化計(jì)算流程（一鍵計(jì)算）+智能化計(jì)算參數(shù)優(yōu)化
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展開 【CFD數(shù)值模擬算例】水面浮體（浮式風(fēng)電塔）與波浪的流固耦合動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值模擬
2、波浪模擬
使用譜分析方法或其他波浪生成技術(shù)，模擬實(shí)際海洋環(huán)境中的波浪。
調(diào)整波浪參數(shù)，如波高、波長、周期等，以匹配實(shí)際條件。
3、流固耦合分析
設(shè)置浮體與流體之間的交互邊界條件。這通常涉及到動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，以適應(yīng)浮體的運(yùn)動(dòng)。
應(yīng)用合適的數(shù)值方法，如有限元法(FEM)或有限體積法(FVM)，解決流固耦合方程。
4、動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算
求解浮體的運(yùn)動(dòng)方程，得到其位置、速度和加速度隨時(shí)間的變化。
分析浮體的動(dòng)力響應(yīng)，包括振幅、頻率和響應(yīng)譜等。
5、結(jié)果可視化與驗(yàn)證
使用可視化工具，展示浮體的運(yùn)動(dòng)軌跡、波浪形態(tài)和流體動(dòng)力變化。
通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或其他可靠來源的對比，驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。
6、參數(shù)化與優(yōu)化
改變浮體的幾何參數(shù)、材料屬性或運(yùn)行條件，觀察其對動(dòng)力響應(yīng)的影響。
基于數(shù)值模擬結(jié)果，提出浮式風(fēng)電塔設(shè)計(jì)的優(yōu)化建議。
7、模擬報(bào)告與文檔
編寫詳細(xì)的模擬報(bào)告，記錄模型設(shè)置、方法、結(jié)果和結(jié)論。
整理相關(guān)的文檔和腳本，確保模擬過程可重復(fù)和可追溯。
通過這些步驟，可以對水面浮體（如浮式風(fēng)電塔）與波浪的流固耦合動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值模擬，以支持工程設(shè)計(jì)和決策。
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專家解答 | GMS地下水數(shù)值模擬、地面沉降數(shù)值模擬實(shí)踐技術(shù)應(yīng)用與案例分析
通過對案例模型的實(shí)操強(qiáng)化培訓(xùn)，不僅使學(xué)員掌握地下水數(shù)值模擬軟件GMS10.1的全過程實(shí)際操作技術(shù)的基本技能，而且可以深刻理解模擬過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以解決實(shí)際問題能力。同時(shí)為滿足環(huán)評從業(yè)人員進(jìn)一步加強(qiáng)地下水數(shù)值模擬以解決《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則－地下水環(huán)境》（HJ 610－2016）實(shí)施過程中的困難。
培訓(xùn)目標(biāo)：
1.掌握GMS的建模流程，包括三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模、直接建模及概念模型建模，熟悉軟件的基本操作。
2.掌握GMS基本模塊TIN、Solids、Modflow2000/2005、MT3DMS、MODPATH、PEST、SEAWAT在模擬地下水流動(dòng)、地下水溶質(zhì)運(yùn)移、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)移和海水入侵模塊的應(yīng)用過程。
3.掌握GMS模型輸出數(shù)據(jù)的處理，相關(guān)圖件的編制和模擬結(jié)果的三維可視化展示。
4.能夠利用數(shù)值模型進(jìn)行均衡計(jì)算和地下水資源量評價(jià)。
5.領(lǐng)會(huì)最新地下水環(huán)境影響評價(jià)導(dǎo)則（HJ 610-2016），掌握地下水環(huán)評報(bào)告的撰寫提綱和撰寫要點(diǎn)。
6.通過手把手的5個(gè)實(shí)例操作指導(dǎo)和面對面討論交流，使學(xué)員能夠全流程掌握數(shù)值模擬方法，并能夠?qū)?em>模擬中出現(xiàn)的問題進(jìn)行快速診斷處理。（請?zhí)崆芭渲脤W(xué)習(xí)所需軟件環(huán)境，所需自備）
課程內(nèi)容詳情
學(xué)時(shí)與證書頒發(fā)：
參加會(huì)議的學(xué)員可以獲得《地下水建模及環(huán)評技術(shù)應(yīng)用》專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)證書及學(xué)時(shí)證明，上網(wǎng)可查。
展開 【降落傘數(shù)值模擬】超音速降落傘流固耦合數(shù)值模擬
可利用XFlow軟件模擬流體運(yùn)動(dòng)，Abaqus軟件模擬降落傘的受力和運(yùn)動(dòng)，兩者結(jié)合來模擬真實(shí)情況下超音速降落傘的流固耦合運(yùn)動(dòng)。 下圖為數(shù)值模擬結(jié)果。
（1）當(dāng)馬赫數(shù)為1.5時(shí)，超音速降落傘流固耦合數(shù)值模擬渦量變化結(jié)果：
（2）當(dāng)馬赫數(shù)為0.3時(shí)，超音速降落傘流固耦合模擬結(jié)果流場變化結(jié)果：
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【數(shù)值模擬】基于CEL方法的戰(zhàn)斗部動(dòng)爆對建筑目標(biāo)毀傷效果數(shù)值模擬
在此借助強(qiáng)大的工程模擬軟件—Abaqus，采用了CEL（Coupled Eulerian-Lagrangian）方法，對相關(guān)案例進(jìn)行了深入的數(shù)值模擬研究。
CEL方法描述
CEL 即耦合的歐拉-拉格朗日方法。這種方法結(jié)合了歐拉方法和拉格朗日方法的優(yōu)點(diǎn)，既可以處理大變形問題，又可以精確模擬物質(zhì)的流動(dòng)和混合。在爆炸、沖擊等極端條件下，CEL 方法能夠有效地模擬物質(zhì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和毀傷過程。
戰(zhàn)斗部動(dòng)爆是指戰(zhàn)斗部在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下發(fā)生的爆炸現(xiàn)象。這種爆炸產(chǎn)生的沖擊波具有瞬間、高壓、高速等特點(diǎn)，能夠?qū)χ車h(huán)境中的建筑物和人員造成嚴(yán)重的破壞和傷害。通過 CEL 方法的數(shù)值模擬，可以清晰地看到建筑物在沖擊波作用下的變形、破裂和崩塌過程。
建立模型
建立典型建筑物目標(biāo)及彈藥幾何模型，樓房為全模型，高度約為14.6 m，示意如圖 1 所示。彈體簡化為殼體和炸藥(紅色填充物)兩部分，如圖 2 所示。導(dǎo)彈末端速度設(shè)置為100m/s。為方便查看，隱去了空氣域模型。由于爆炸點(diǎn)距離地面較遠(yuǎn)，因此將地面看作剛體以簡化計(jì)算流程，設(shè)定戰(zhàn)斗部與建筑物墻體碰撞后引爆。
圖1 建筑物幾何模型
圖2 彈體幾何模型
混凝土損傷塑性模型
炸藥采用JWL狀態(tài)方程描述，戰(zhàn)斗部殼體參數(shù)參考了常見戰(zhàn)斗部材料公開數(shù)據(jù)，混凝土采用常見的混凝土損傷塑性模型(CDP)，強(qiáng)度選擇C30標(biāo)準(zhǔn)。CDP模型是通過將各向同性下?lián)p傷彈性與拉伸和壓縮塑性相結(jié)合的方式來對混凝土的非彈性行為進(jìn)行描述的，同時(shí)考慮了由于拉、壓塑性應(yīng)變導(dǎo)致的彈性剛度的退化，可用于模擬混凝土在任意荷載作用下的受力及破壞情況。
展開 ABAQUS鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)滯回模擬的4種方法對比分析
</p><p><strong>4、Abaqus二維MCFT模型</strong></p><p>采用方自虎老師開發(fā)子程序，此模型為混凝土平面分析模型，如下圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202105/d9a75c5b18734a58bc003759d68bd1ba.png" alt="image.png"></p><p>計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比如下：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202105/942216e2d2ff499ba98540c6d288bd16.png" alt="image.png"></p><p>由數(shù)值模擬結(jié)果可以看出：相較于試驗(yàn)結(jié)果，模擬所得滯回曲線初始剛度偏大，捏縮不明顯。</p><p>計(jì)算時(shí)長：15分鐘。</p><p><strong>三、總結(jié)</strong></p><p><strong>1、對ABAQUS做節(jié)點(diǎn)擬靜力試驗(yàn)數(shù)值模擬的4種方法進(jìn)行建模分析，可應(yīng)用于鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)、ECC節(jié)點(diǎn)、再生混凝土節(jié)點(diǎn)、等同現(xiàn)澆的裝配式節(jié)點(diǎn)等。</strong></p><p><strong>2、梁單元不僅計(jì)算時(shí)間較短，而且計(jì)算結(jié)果也與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。</strong></p><p><strong>3、超自由度單元由于考慮了節(jié)點(diǎn)區(qū)的剪切變形與粘結(jié)滑移，所得捏縮效果最好。</strong></p><p><strong>4、實(shí)體單元計(jì)算受網(wǎng)格、本構(gòu)長短、損傷因子等眾多參數(shù)的影響，計(jì)算結(jié)果會(huì)有差異。</strong></p><p><strong>5、若數(shù)值模擬更注重滯回曲線的對比，可選用梁單元或者超自由度單元；若注重構(gòu)件的損傷過程，可選用實(shí)體單元。
展開 學(xué)習(xí)記錄——Workbench盤式制動(dòng)器系統(tǒng)瞬態(tài)動(dòng)力
學(xué)評估
駛過程數(shù)值模擬
駛過程數(shù)值模擬
今天學(xué)習(xí)的案例是Workbench盤式制動(dòng)器系統(tǒng)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)評估。難點(diǎn)是能量的輸入和輸出決定的是什么和當(dāng)出現(xiàn)不合理的結(jié)果以后如何思考。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統(tǒng)的構(gòu)建
導(dǎo)入模型如圖所示。
1.2材料模型系統(tǒng)的構(gòu)建
密度：980
楊氏模量：110e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統(tǒng)的構(gòu)建
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關(guān)系：轉(zhuǎn)動(dòng)、固定和移動(dòng)
1.3.3網(wǎng)格劃分
2.求解
2.1載荷邊界條件
轉(zhuǎn)動(dòng)副
2.2位移邊界條件
2.3求解設(shè)定
時(shí)間0.1s，初始步數(shù)25，最小步數(shù)20，最大步數(shù)250，打開大變形。
下面是本案例的思維導(dǎo)圖。
單元積分點(diǎn)應(yīng)力如何外插至節(jié)點(diǎn)上 | 數(shù)值實(shí)現(xiàn)篇
繼上次的推文：有限元計(jì)算過程中積分點(diǎn)應(yīng)力如何外插至節(jié)點(diǎn)處？【公式推導(dǎo)篇】，本次分享單元積分點(diǎn)應(yīng)力外插至節(jié)點(diǎn)處的數(shù)值實(shí)現(xiàn)過程。
數(shù)值實(shí)現(xiàn)
借助以上理論，我們可以基于matlab平臺編制以下代碼段：
% 將積分點(diǎn)應(yīng)力外插至單元節(jié)點(diǎn)上，這里只列舉了Q4的情況
for i = 1:3
StressElem(e,:,i) = [1+0.5*sqrt(3) -0.5 1-0.5*sqrt(3) -0.5;
-0.5 1+0.5*sqrt(3) -0.5 1-0.5*sqrt(3);
1-0.5*sqrt(3) -0.5 1+0.5*sqrt(3) -0.5;
-0.5 1-0.5*sqrt(3) -0.5 1+0.5*sqrt(3)]*...
[stress(e,1,i);stress(e,2,i);stress(e,3,i);stress(e,4,i)];
end
對標(biāo)Abaqus
模型材料參數(shù)為普通的線彈性材料，單元類型選擇CPS4，網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置如下：
在結(jié)果對標(biāo)過程中，可以先對比自研程序與Abaqus的節(jié)點(diǎn)位移場：
Abaqus位移場結(jié)果
自研程序位移場結(jié)果
在位移場一致的前提下，我們再來對標(biāo)應(yīng)力結(jié)果。以常見的mises應(yīng)力為例：
Abaqus位移應(yīng)力場結(jié)果
自研程序應(yīng)力場結(jié)果
結(jié)果是一致的，說明了程序的正確性。
展開 新型鋼網(wǎng)鏤空心樓板試驗(yàn)、模擬及理論研究 (數(shù)值模擬部分)
在荷載增大后，數(shù)值模擬的所采用的簡化假定與構(gòu)件的實(shí)際狀態(tài)相近，兩者得到的位移趨于一致。而由于數(shù)值模擬中未考慮鋼網(wǎng)鏤細(xì)鋼絲及鋼網(wǎng)鏤側(cè)壁的貢獻(xiàn)，使得模擬的鋼網(wǎng)鏤對其附近混凝土的約束較弱，這可能是有限元模擬得到的荷載-位移曲線后期剛度較小的原因。在14級荷載作用下，空心樓蓋板底的有限元等效塑性應(yīng)變?nèi)鐖D4 (a)所示，試驗(yàn)的裂紋分布如圖4 (b)所示，可見數(shù)值模擬與試驗(yàn)得到的現(xiàn)象是較為接近的。綜述所述，所建立的有限元模型能較為準(zhǔn)確地預(yù)測構(gòu)件的剛度、變形和破壞現(xiàn)象。
圖3 試驗(yàn)和數(shù)值模擬位移對比
圖4 14級荷載下空心樓蓋板底的試驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)值模擬對比
5. 數(shù)值模擬結(jié)果分析
在有限元模型經(jīng)過驗(yàn)證后，可對數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行細(xì)致的分析，研究裝配整體式帶肋鋼網(wǎng)鏤空心樓蓋的力學(xué)性能以及對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。常見的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及影響因素分析方法是參數(shù)分析，但對于大型有限元模型而言，這樣的方法是需要消耗大量時(shí)間和巨大計(jì)算成本的。本文利用應(yīng)力應(yīng)變云圖和結(jié)構(gòu)各部件在加載過程中的塑性發(fā)展歷程進(jìn)行定性和定量分析，抓住影響結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的主要因素及影響程度，以便更深入地研究結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和快速地進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
數(shù)值分析的主要結(jié)果如圖5所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，可以得到如下結(jié)論：
（1）空心樓蓋的鋼筋設(shè)計(jì)是較為保守的。從而，鋼筋的優(yōu)化方向?yàn)椋簻p小框架梁縱筋和中肋梁及暗梁頂部縱筋的直徑。
（2）樓板的優(yōu)化方向是提高混凝土性能或減小跨度。框架柱的優(yōu)化方向是提高混凝土性能或增大頂?shù)撞拷孛婷娣e。
（3）樓蓋板材料得到相當(dāng)大程度的利用，若想繼續(xù)提高承載力，提高混凝土標(biāo)號可能是有效的手段。由于框架柱僅頂?shù)撞砍霈F(xiàn)一定范圍損傷，而中部較大區(qū)域的混凝土仍處于低應(yīng)力狀態(tài)，從而將框架柱設(shè)計(jì)成啞鈴狀可能是有效提高承載力或降低材料使用量的手段。
圖5 空心樓蓋板計(jì)算結(jié)果
6.
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【經(jīng)典案例欣賞17】節(jié)點(diǎn)域鋼套筒組裝式鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)滯回模擬
項(xiàng)目難點(diǎn)：
1、鋼套筒與混凝土界面參數(shù)設(shè)置；
2、通法建模；
3、組合節(jié)點(diǎn)滯回模擬概要。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
爆破模擬-共節(jié)點(diǎn)Lagrange元素方程LS-DYNA爆炸模擬附K文件
炸藥單元使用六面體實(shí)體單元（Lagrange）模擬，炸藥單元與被爆炸單元之間共用節(jié)點(diǎn)。
共節(jié)點(diǎn)lagrange.k
第七屆全國材料物理模擬和數(shù)值模擬學(xué)術(shù)會(huì)議在福州召開
分別是張廷安教授的“低成本鈦合金制備新技術(shù)及進(jìn)展”、謝敬佩教授的“半熔態(tài)鑄軋銅鋁復(fù)合板界面演變規(guī)律及性能研究”（王文炎教授代講）、翟啟杰教授的“金屬凝固過程熱模擬——感悟與實(shí)踐”、何鵬教授的“釬焊材料基因工程與智能釬焊”、周建新教授的“復(fù)雜鑄件單件化模擬仿真與質(zhì)量控制方法”、耿林教授的“輕質(zhì)耐熱鈦基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備”、孫明月教授的“增材制造領(lǐng)域的新突破—金屬構(gòu)筑成形技術(shù)研究進(jìn)展”、 李萌蘗教授的“X140 鋼管道焊接數(shù)值模擬仿真”、 雷文杰教授的“有限元極限分析法在煤礦頂、底板中的應(yīng)用”、 傅高升教授的“凈化處理對高性能鋁材熱變形的微觀組織和晶界特征及其織構(gòu)演變的影響”、 趙海東教授的“鑄造 Al6Si 合金中富 Fe 金屬間化合物的三維形貌與特征”、 顧劍鋒教授的“熱處理數(shù)值模擬技術(shù)及其工程應(yīng)用進(jìn)展”、 Brian Allen先生的“New Development of Gleeble Technology”。
在隨后兩天的分會(huì)場會(huì)議上，與會(huì)代表就鋁合金、鈦合金、鎂合金、鋼、鐵合金、鎢各種金屬材料的模擬技術(shù)和制備技術(shù)、成型技術(shù)、變形工藝、微觀性能、加工性能和機(jī)理，以及材料基因等課題進(jìn)行深入研究探討，提出解決方案，共交流學(xué)術(shù)報(bào)告63個(gè)，其中特邀報(bào)告27個(gè)。
經(jīng)過專家評比，會(huì)議為12名年輕博士撰寫的優(yōu)秀論文頒發(fā)了青年優(yōu)秀報(bào)告獎(jiǎng)。
會(huì)后，與會(huì)代表參觀了中鋁瑞閩股份有限公司生產(chǎn)現(xiàn)場、中鋁中央研究院東南分院科研現(xiàn)場和展廳。代表們對于東南分院堅(jiān)持以企業(yè)為依托，推進(jìn)研究成果產(chǎn)業(yè)化的模式給予了高度贊賞和充分肯定。同時(shí)，一些高校、科研機(jī)構(gòu)也積極和東南分院進(jìn)行對接，就一些研究成果共同推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化達(dá)成初步合作意向。
會(huì)議對中鋁中央研究院東南分院的支持表示感謝。
資料來源：中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)官網(wǎng)，12月17日
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