扭轉的案例
【基礎知識】扭轉振動那些事(一)
施加的轉矩會導致軸繞其旋轉軸線發生扭轉。因此，扭轉需要測量軸在不同軸向位置處的扭轉角，而不是測量相對于平衡位置的位移。扭轉變形和振動只涉及軸的扭轉大小，但軸的旋轉會使扭矩較難測量。
扭轉變形以角（單位為°）的形式測量，這類似于以橫向變形來測量位移。扭轉振動的分析還需要角速度和角加速度。扭轉振動的振幅通常以deg pp為單位進行測量，角速度以deg/s pk為單位，角加速度以deg/s2 pk為單位。在方程中使用時，通常會將這些值轉換為弧度，因此需注意所用單位。
表1 徑向振動與扭轉振動的參數比較
轉矩：力與力臂的乘積，單位為N·m；
轉動慣量：質量與半徑平方的乘積，單位為kg·m2；
扭轉剛度：每單位角位移的轉矩，單位為N·m/deg；扭轉剛度由轉子對所施加轉矩的角度偏轉響應加以定義。
扭轉阻尼：每單位速度的力，單位為N·m·s/deg；扭轉阻尼主要來源是材料的內摩擦阻尼，會產生與軸的扭轉角速度成比例的轉矩（材料的應變率）。對于大多數機器，我們假設扭轉阻尼很小。
有時，會在機械中安裝特殊的扭振阻尼器。這些阻尼器可以采取流體阻尼器或包含橡膠塊的特殊聯軸器的形式。橡膠材料能夠吸收一部分能量，從而增加系統的扭轉阻尼。橡膠塊類似于軟性的扭轉彈簧，能夠減少系統的扭轉剛度。時間長了以后，彈性體會變質和硬化，從而喪失吸收能量的能力。
展開 扭轉梁疲勞分析方法
扭轉梁是一種典型的半獨立懸架，主要連接車身，減震器，彈簧及后芯軸，主要功能是傳遞懸架載荷，支撐彈簧、減震器、后芯軸、制動管路，并滿足幾何學和彈性運動的要求。
▲ 扭轉梁結構
扭轉梁結構雖然簡單，但是受力復雜：左右輪心作用相互影響，常見扭轉梁變形模式為扭轉和彎曲。這兩種模式下，扭轉梁分別會出現不一樣的失效模式。在整車開發周期中，扭轉梁常見的疲勞分析方法有準靜態法，瞬態分析法，頻率分析法三種。
▲ 扭轉梁后橋
▲ 扭轉梁CAE模型
1 準靜態分析法
準靜態法是表示扭轉梁快速通過慣性釋放法，確定應力分布和相應的損傷。
展開 基于達索系統SIMULIA Isight的汽車扭轉梁參數化設
許諾，曹露芬，李華斌，翁洋，王光耀，孫成智
上海汽車集團股份有限公司乘用車技術中心
摘要：本文提出基于Isight的參數化設計方法，優化得到的扭轉梁滿足操穩性能和耐久性能的要求，同時方案具備較好的輕量化意義。利用Isight軟件，集成SFE、Nastran、ncode、Abaqus，完成剛度、耐久及強度多目標自動化優化，縮短了90%的優化周期。
關鍵字：扭轉梁；參數化；多目標自動化優化
0 前言
當前，汽車行業競爭愈發激烈，如何縮短汽車產品的設計周期，提高設計效率，成為所有汽車企業研究的重點[1]。王平等[2]運用多目標遺傳算法結合多學科協同優化對車身吸能部件板厚及車門屈服應力作為變量，進行多目標優化設計；李錦等[3]基于靈敏度分析方法，以副車架部件厚度作為優化變量，進行強度和模態多目標優化；蔣榮超等[4]基于網格變形技術，對開口梁進行了形狀變量和厚度變量設計，以質量、疲勞、剛度為優化目標進行了優化設計。而對于結構較復雜的汽車扭轉梁結構，國內外關于其選型及形狀參數化設計的研究則少見報道[1-5]。
扭轉剛度是扭轉梁重要的固有性能之一，決定了扭轉梁在輪心反向跳動時抗扭轉能力。反映到整車車輛特性上，扭轉梁自身的扭轉可以有效降低車身側傾，扭轉剛度越大，對車身側傾減小程度越大；但是扭轉剛度過大，會影響整車平順性。在不同車型開發過程中，整車操穩性能要求的側傾剛度隨軸荷不同而要求不同。對于高軸荷車，因為側傾剛度要求較高，帶來扭轉剛度和彈簧剛度要求較大。扭轉剛度增大的方法從扭梁結構方面，主要包括形狀和尺寸變量，變量提升都會帶來質量及成本的提升。因此，滿足輕量化要求的扭轉梁后橋需要具備在質量較輕的同時具備較大的扭轉剛度。
1 扭轉梁截面參數化模型建立
由扭轉梁剛度公式可得到關鍵因子為外闊尺寸、尺寸變量及形狀變量。
展開 (轉帖)對梁的扭轉問題的計算--經驗分享
這幾天，我仔細研究了在MSC系列軟件中梁的扭轉問題的計算。查看版上以前的帖子，并沒有看到有關梁的扭轉計算的經驗，估貼出本篇經驗與大家分析，請各位高手們不要見笑！
在我的項目中涉及了梁的扭轉問題，但是在進行正式計算前，我希望能搞清礎MSC.Dytran軟件對梁的扭轉的計算精度如何，故進行了下面一個算例：
我專門建了一個模型測試Dytran對梁扭轉的計算精度。我把一個1牛頓*米的力矩加到了半徑為1厘米，長為1米的鋼棒的一端上，鋼棒的另一端固定。建模是鋼棒用梁單元(beam)來模擬。經過計算后發現，鋼棒的最大動力學扭轉角度竟然超過了180度。鋼棒所用材料的彈性模量為210GPa，鋼棒最大動力學扭轉角度的材料力學理論解應為0.18度。為什么用Dytran算出的解比理論解大了1000倍還不止呢？這個錯誤的結果讓我很奇怪，到版上來問也沒有得到回答，翻看版上以前的文章，也沒有找到類似帖子。
后來我只好自己仔細尋找原因，剛才終于找到了問題所在：在用Patran進行前處理時，對梁單元輸入的參數除了輸入Izz element外，還應該輸入Torsional Const，即梁的極慣性矩。以前我多注意梁的彎曲問題，都只輸入Izz element，即彎曲慣性矩，而不用輸入極慣性矩。這次是進行扭轉分析，我竟然也只輸入了Izz element, 而沒有輸入TorsionalConst，這樣軟件就認為所計算的梁沒有抗扭轉能力，當然扭轉變形就大得離譜了。
理論上講，對于圓形截面梁，知道了Izz element, 就同時知道Torsional Const, 因為Torsional Const是Izz element的二倍，所以只輸入其中一個似乎就可以了。但是Patran軟件沒有那么聰明，并沒有把我輸入的Izz element自動轉化到Torsional const。所以最后還是要自己手動輸入才行。
展開 
7自由度/翹曲扭轉相關基本概念 ￥10
什么是自由扭轉、約束扭轉？什么是雙力矩、圣維南扭矩（也稱為：純扭矩/自由扭矩/主扭矩）、翹曲扭矩（也稱為：彎曲扭矩/約束扭矩/次扭矩）？想必很多工程師在剛接觸抗扭驗算時會有這樣的疑問。
自由扭轉
如圖1.1所示，梁的兩端施加大小相等，方向相反的扭矩時，上下翼緣在其平面內繞相反的方向旋轉，變形后截面的角點沒在一個平面，由于端部截面沒有翹曲約束，截面可以自由翹曲變形。變形后翼緣的中線仍為直線。
自由扭轉只產生圣維南扭矩（純扭矩/自由扭矩/主扭矩）。
基于Hyperworks白車身扭轉剛度仿真分析 ￥15
而白車身彎曲剛度和扭轉剛度是反映白車身剛度的兩項重要性能指標。當前的主流輕量化設計趨勢就是在控制成本和重量的前提下，盡可能提升白車身的彎扭剛度值。其中，白車身扭轉剛度還是白車身輕量化程度的重要表征。國際上流行的一個重要的車身設計指標—輕量化系數，就是根據白車身扭轉剛度、白車身質量、軸距和輪距計算得到的。
圖1 白車身扭轉剛度分析結果
輕量化系數公式：
圖2 輕量化參數的示意圖
圖3 扭轉剛度分析結果（z向位移圖）
利用OptiStruct求解器計算BIW的扭轉剛度，采用的加載工況和約束條件，及根據仿真分析的結果計算得到該白車身扭轉剛度值，白車身輕量化系數，詳情見收費內容部分。
該白車身的扭轉剛度為8377.033N?m/deg，白車身輕量化系數為1.192。
凡購買本案例的朋友在操作上有什么疑問，都可以私信我，針對本案例中的操作問題我將免費為你解答。還是那句話，我們不玩虛的，玩虛的沒意思！
展開 ANSYS與材料力學系列教程之扭轉（一）
前面的幾篇文章中，我們介紹完了材料力學的第二章——材料拉伸與壓縮方面的內容以及相應的ANSYS解法，今天我們正式開始學習材料力學第三章——扭轉。
工程中，當直桿受到的外力是作用在垂直于桿軸線的平面內的力偶，桿將會發生扭轉變形。單純發生扭轉的桿件不多，但以扭轉為主要變形的卻不少，如傳動軸，鉆桿等。對于這種結構我們可以直接用扭轉變形對其進行強度和剛度校核。
桿的扭轉和桿的拉壓可以
對比學習：桿受到拉（壓）時，產生拉（壓）應力和拉（壓）應變，桿受到扭轉時，產生切應力τ和切應變γ；拉壓時，在比例極限范圍內，拉應力和拉應變成正比，扭轉時，在比例極限范圍內，切應力和切應變成正比。
τ=Gγ
當我們研究桿件軸力與截面位置的關系時，需要繪制軸力圖；同樣，當我們研究桿件扭矩與截面位置的關系時，需要繪制
扭矩圖。與繪制軸力圖的方法一樣，繪制扭矩圖也用到
截面法來計算扭矩。下面討論例題3-1的材料力學解法和AMSYS解法。
一、材料力學解法：
Step1：分析受力，并計算外力偶矩。受力計算簡圖如下圖所示：
Step2：由軸的計算簡圖，使用截面法計算各軸段的扭矩。
Step3：根據計算結果，繪制扭矩圖如下圖所示：
根據扭矩圖可以看出，最大扭矩Tmax發生在CA段，其值為9.56kN·m。
二、ANSYS解法：
使用ANSYS求解該問題時，我們從以下幾個方面入手：
1.
展開 ANSYS分析 vs 理論解 | 矩形截面梁的扭轉效應
導讀：矩形截面梁的切應力和扭轉角用ANSYS怎么計算呢？與解析解吻合嗎？
一、模型演示
本試驗演示了非圓形截面構件在扭矩作用下的扭轉效應。
取一根由海綿制成的矩形截面梁，在縱向畫出每個面的中心線，代表梁的中性層。再沿梁長度方向等間隔地畫出一系列垂直線，代表梁的不同橫截面。用塑料框架固定海綿梁的一端，對另一端施加扭轉?？梢杂^察到：
(1)代表梁橫截面的線不再保持平直。
(2)代表中性層的水平中心線與垂直線之間的夾角不再保持90°。
素材來源：
那么，矩形截面梁的切應力和扭轉角用ANSYS怎么計算呢？與解析解吻合嗎？
二、問題描述
矩形截面桿件的h= b = 20 mm，扭矩T= 200 N.m，剪切模量G = 80 GPa。計算矩形截面梁的切應力和扭轉角。
問題分析：只受扭轉，用梁單元BEAM188建模分析。梁單元的單元屬性有單元類型、截面屬性和材料屬性。設置材料屬性一般輸入彈性模量和泊松比，計算前需將剪切模量G轉換成彈性模量E，E =2G(1+u)。設泊松比u = 0.3，彈性模量E= 208 GPa。單位制mm、N和MPa。矩形截面桿件長度取80mm。
三、計算結果
經過ANSYS建模計算，以下是矩形截面梁的切應力和扭轉角的計算結果。由此可見，當梁的橫截面的份數多一些，更接近解析解。份數越多，ANSYS數值解趨于穩定。
(1)計算結果列表
Nb和Nh是ANSYS中橫截面的份數，默認是2份。
(2)扭轉角云圖
①Nb=Nh=2
②Nb=Nh=16
(2)切應力云圖
①Nb=Nh=2
②Nb=Nh=16
四、理論計算
參考教材：劉鴻文. 材料力學 I (第5版) [M]. 北京: 高等教育出版社, 2011: 91-93.
展開 用ABAQUS軟件分析扭轉問題
1、引言
在處理扭轉問題時，常規的計算方法，往往會伴隨一些假設，這會降低了結果的準確程度。根據有限元理論，使用有限元軟件求解扭轉問題會大大提高求解的精確度，特別是對復雜的結構，效果更為明顯。本文以橡膠產品為例，討論的在ABAQUS軟件中，如何正確完成扭轉分析，并提取需要的分析結果。
2、問題描述
受扭轉件結構由鋼筒和橡膠筒組成，產品尺寸如圖1所示。
圖1產品結構簡圖
3、有限元建模
加載時內芯固定，在外圈施加扭轉位移。根據產品的CAD結構建立有限元模型如圖2所示：
圖2產品有限元模型圖
4、材料性質定義
鋼：彈性模量EX=2×105MPa，泊松比μ=0.3
橡膠：橡膠是一種超彈性材料，對于超彈性材料，不用楊氏模量和泊松比，而用應變勢能（U）來表達應力—應變關系。ABAQUS軟件中有兩種應變勢能可利用，分別是多項式模型和奧根（Ogden）模型，本例中使用多項式模型，表達式如下：
式中：U—應變勢能，Jel—彈性體積比；I1、I2—應變不變量；Di—定義材料的壓縮性；Cij—Rinvlin系數。本例中取N=1，以橡膠材料的單軸拉伸，單軸壓縮和平面剪切實驗數據為依據，并考慮到橡膠的不可壓縮性，輸入方程系數值：C01=0.36，C10=0.09，D1=0
注意事項: 橡膠的特性錯綜復雜，材料特性和幾何特性均呈非線性變化的。如果要準確預測模型中發生變形或應變部分的行為，那么提供的試驗數據的范圍要涵蓋計算模型中可能會出現的變形狀態和應變范圍。
5、加載求解
加載時，內鋼筒的內套固定，即UX=UY=UZ=0,將外鋼筒的最外層結點的坐標系定義為柱坐標系。在此柱坐標系中施加扭轉載荷。
展開 基于comsol的多芯扭轉超導復合線力學分析 ￥1650
</p><p> 從穩定性角度來看，由于超導細絲內流動著永不衰減的屏蔽電流，它使磁場無法穿透到導體內部，是導體不穩定性的起因.因此若能設法使磁場以某種形式穿透到導體內部.也就消除了不穩定的根源.經分析和實驗得知，只要將導體沿它的軸向按一定的扭距扭轉，磁場就可向扭轉的復合體內部穿透.這就是多芯扭轉超導復合線產生的原因。</p><p> 對于Nb-Ti合金材料用上述方面可產生多芯扭轉超導復合線.對于Nb3Sn材料.多采用青銅法(固態擴散法)制備.可以得到多芯線.這種組合線最后經過機械扭轉，最后在700℃處理幾小時可到的到多芯Nb3Sn超導扭轉復合線。</p><p> 現在高溫超導材如Bi(2223)，也是參照低溫超導材料多芯，細絲加工方法，制備Bi(2223)多芯帶材。只是在在組裝電纜時，不是直線，而是按一定角度螺旋排放。也取得良好效果。</p><p> 相信隨著高溫超導材料進一步研發，它在國計民生將起到越來越重要的作用。</p><p> </p><p>多股超導線</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202008/a2eccf7a92c342eea4614ae0f7c223c7.png"></p><p><br></p><p>開始扭轉</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202008/76088d5b70aa4f869f81822b925847d3.png"></p><p><br></p><p><br></p><p>有興趣的可以付費下載源文件</p>
展開 CylinderMount扭轉分析
CylinderMount扭轉分析，三維源文件為solidworks格式（版本2016），分析結果文件為ansys19.0格式文件
CylinderMount扭轉分析.part2.rar
CylinderMount扭轉分析.part1.rar
有限元方法研究各種截面的扭轉工況
00 扭轉
材料力學只能研究圓截面（實心或者空心）的扭轉問題，其它形狀截面的扭轉問題屬于彈性力學的內容。本文使用有限元仿真方法，對各類截面（圓截面，矩形截面，角鋼，槽鋼，工字鋼）的扭轉問題進行大致的分析，得出主要的結論。
01 實心圓截面
材料力學的相關結論：
仿真結果：
02 空心圓截面
材料力學的相關結論：
仿真結果：
03 薄壁圓截面
材料力學的相關結論：對于薄壁圓截面，內外面的切應力可近似相等
仿真結果（實體單元)：
仿真結果（殼單元)：
04 矩形截面
材料力學的相關結論：
仿真結果：
05 角鋼
彈性力學相關結論：沒有找到相關結論
仿真結果（實體單元)：
仿真結果（殼單元，與以上實體單元不是同一個模型)：
06 槽鋼
彈性力學相關結論：沒有找到相關結論
仿真結果（實體單元)：
07 工字鋼
彈性力學相關結論：沒有找到相關結論
仿真結果（實體單元)：
08 結論
01 圓截面和矩形截面的切應力同符號，角鋼，槽鋼，工字鋼的截面切應力不同號。
02 圓截面的切應力分布方式比較簡單，其它截面的切應力分布方式相對復雜很多。
展開 【CAE案例】渦輪發電機主軸扭轉與葉片彎曲耦合振動分析
本案例以N4渦輪發電機組為例，通過code_aster實現對發電機的主軸扭轉和葉片的彎曲的耦合計算，目的是防止渦輪發電機的旋轉頻率和諧振干擾主軸扭轉和葉片彎曲的模式。案例的核心是通過Sous-Structuration dynamique實現計算模型的拆分求解和再裝配，對于復雜模型具有參考意義。
CAE仿真告訴你：手機扭轉會不會變形報廢
智能手機朝大屏和超薄方向發展的同時,手機整體的扭轉強度顯著降低,極易導致手機受外力作用出現扭轉變形、角部起翹等現象。元王依托十余年的CAE技術背景和工程經驗，運用有限元分析方法，協助手機廠商在手機設計階段對手機的扭轉強度進行評估，及時發現設計缺陷并進行優化設計，有效解決大屏超薄手機的扭轉變形問題。以下為元王為某手機企業進行的整機扭轉分析案例。
分析背景：
手機整機扭轉，手機兩端夾持15mm，扭矩2000N.mm。
等截面均勻圓柱桿中扭轉波；桿中橫波，彈性扭轉波的傳播；應力波 ￥68.88
<h1 class="ql-align-center"><strong>等截面均勻圓柱桿中扭轉波</strong></h1><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202401/attachment/81afe9236c9e4e00a20357e0e36f9c86.gif" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202401/attachment/81afe9236c9e4e00a20357e0e36f9c86.gif" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202401/attachment/81afe9236c9e4e00a20357e0e36f9c86.gif?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202401/attachment/81afe9236c9e4e00a20357e0e36f9c86.gif?
展開 