機械載荷的案例
案例分享：氣缸活塞的熱機疲勞分析
氣缸活塞是許多機械設備，如內燃機、壓縮機等中的關鍵組成部分。它們長期受到機械載荷和熱載荷的周期性作用，特別是在高性能和高負載的應用中。由于溫度的大幅度波動和復雜的載荷條件，活塞結構可能會發生疲勞損傷，這稱為熱機疲勞。熱機疲勞是一種由于熱載荷和機械載荷共同作用導致的損傷機制。在活塞中，溫度可能會迅速改變，導致材料熱膨脹和收縮。與此同時，活塞還承受著來自氣缸內壓力的機械載荷。這種復合效應可能導致活塞材料的微觀裂紋產生和擴展，最終可能導致活塞的斷裂和失效。
為了有效分析和預測氣缸活塞的疲勞情況，采用熱機疲勞模塊進行了以下分析：
1、載荷模擬：創建一個綜合了機械和熱載荷的真實工作環境模型，考慮活塞的工作周期和溫度波動。
2、材料特性分析：采用多溫度S-N曲線對不同溫度下的疲勞特性進行刻畫。
3、疲勞損傷預測：運用溫度插值方法來預測可能的疲勞損傷和壽命，確定潛在的故障區域。
氣缸活塞疲勞壽命云圖
了解更多疲勞分析方案：
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展開 氣球載具俯瞰全球
Stratollite載具能攜帶多達50kg的有效載荷，并且能在同一位置停留長達數星期或數月之久，遠遠超出當前無人機的水平。近期，World View成功完成了Stratollite的首次多日飛行任務。這是一個標志著該平臺已為商業飛行做好準備的重大里程碑。美國南方司令部指揮官Kurt W. Tidd上將近期發表了對Stratollite的看法，“我們認為它是一個出色的長時間駐留監視平臺，有望提供某種變革力量。”
“工程師借助ANSYS仿真軟件節約了長達八個月的時間和大約600,000美元的成本。”
仿真機械載荷
設計過程中的關鍵環節是，確保Stratollite載具能承受同溫層中的熱載荷以及降落著陸過程中的機械載荷。與常規衛星相比，由于有效載荷艙在發射過程中沒有經歷高振動和高沖擊載荷，因此載荷工況較為簡單。最大的機械載荷發生在降落過程中降落傘張開時以及有效載荷艙著陸時。
Stratollite有效載荷艙框架使用鉚接的金屬薄板形成半單體結構，以用于攜帶高度控制與航空電子設備以及有效載荷。結構底部是著陸過程中使用的三個帶有能量吸收器的滑軌。如果測試該結構在下降過程中承受的機械載荷，不僅需要數十萬美元來構建原型，而且需要大約三個星期完成設計迭代。World View工程師需要確保該結構能夠承受降落傘張開時的5g重力加速度以及著陸時的7g重力加速度。屈曲是最可能發生的故障模式。此外，工程師也需要盡量減輕結構重量，以最大限度地增加有效載荷重量。通過優秀渠道合作伙伴Phoenix Analysis & Design Technologies（PADT）的幫助，World View加入了ANSYS初創公司計劃，因而能夠全面使用專為初創公司設計和定價的仿真軟件包。
展開 《材料固體力學（下冊）》
ISBN：7030157613
印次：1
紙張：膠版紙
字數：434000
版次：1
內容提要：
本書系統闡述材料在制備(制造)、加工和使用過程中遇到的力學問題，比較全面系統地介紹了金屬結構材料、非金屬結構材料和各種功能材料的彈性變形、塑性變形、黏彈塑性變形以及在各種載荷作用下的破壞理論。全書分上、下兩冊共12章。上冊第1～6章是基礎部分，下冊第7～12章是提高部分。下冊主要討論不連續的、非均勻的固體在復雜載荷作用下的復雜問題；第7章考慮時間因素對固體力學行為的影響，即討論材料的黏彈塑性變形問題；第8章考慮不連續固體的力學行為，即討論含有裂紋材料的力學行為；第9章考慮細觀向納觀過渡時材料的載荷對材料變形和破壞的影響，即主要討論非機械載荷作用的特征和非機械載荷與機械載荷的耦合作用，這里的非機械載荷主要以熱載荷為研究內容。
本書可作為材料科學與工程、力學等專業研究生的教材，亦可作為有關專業教師、科研及工程技術人員的參考書。
作者簡介：
周益春，男，1963年生，2005年國家杰出青年基金獲得者，教育部跨世紀人才基金獲得者，湖南省“芙蓉學者計劃”特聘教授。1985年、1988年和1994年分別在湘潭大學物理專業、國防科技大學工程光學專業和中國科學院力學研究所固體力學專業獲得學士、碩士和博士學位；1996年被聘為湘潭大學教授；1998年被聘為中國科學院力學研究所博士生導師；1999年1月-2001年8月在日本東北大學做訪問教授；現任湘潭大學副校長。曾獲得國家級教學成果二等獎，省部級科技進步一等獎和二等獎，省級教學成果一等獎，國家發明專利2項。目前主要從事涂層和薄膜的制備及物理力學性能的教學和科研工作。已發表論文100余篇，其中近5年在Appl. Phys.
展開 攪拌摩擦焊接的熱力耦合分析模型
對生熱過程、材料模型、夾具約束以及攪拌頭機械載荷作用都進行細致分析和探討，在新模型中采用被焊材料的剪切極限作為生熱驅動力，考慮被焊材料的力學性能隨溫度和溫度歷史發生變化，建立夾具和試板之間的接觸關系，并在力學分析模型中將攪拌頭機械載荷簡化考慮。利用新建立的數值分析模型對鋁合金薄板攪拌摩擦焊接過程進行模擬，得到和試驗結果吻合較好的溫度場、殘余應力和變形結果。
攪拌摩擦焊接的熱力耦合分析模型.pdf
關于汽車歧管熱應力疲勞分析
歧管是汽車引擎用于進氣或排氣的管道，它的功用是將空氣、燃油混合氣由化油器或節氣門體分配到各缸進氣道，一般對歧管的要求包括耐高溫、高強度、化學穩定性、熱老化穩定性等，通常汽車發動機處于很苛刻的環境溫度下工作，工作溫度在30~ 130℃往復變化，由此可見歧管對熱載荷的要求很高，因此對于歧管的設計必須考慮熱疲勞分析。下面我們就仔細研究一個fe-safe分析歧管熱應力疲勞的一個案例。
我們分析的模型是一個四缸發動機的排氣歧管，歧管的幾何構型和網格模型如下所示。首先要對模型進行熱應力強度分析，采用abaqus軟件完成，最后生成odb文件，然后基于odb結果文件進行fe-safe疲勞分析。
圖1 岐管網絡模型
導入fe-safe后，讀入需要的應力結果，只需要讀入每一個分析步最終的溫度和應力結果，如下圖所示。設置單位為mm單位制。
圖2 結果讀取
Fe-safe的分析過程如下：
step1：定義載荷
載荷包括單一疲勞載荷序列，兩類數據載荷的循環（熱載荷和機械載荷），還有第三個載荷序列（機械載荷和環境溫度載荷）
step2：定義表面光潔度
假設所有零件具有鏡面光潔度，Kt=1。
展開 重啟動的設置方法和應用場景
調整邊界條件和載荷：當對邊界條件或載荷的設置有新的認識或需求時，比如在建筑結構抗震分析中，發現初始施加的地震波載荷不符合實際地震情況，或者邊界約束條件設置不合理。可以在重啟動分析中修改邊界條件和載荷，從之前的分析狀態繼續進行模擬，從而提高分析結果的可靠性。
四、分階段分析
1. 多物理場耦合分析：在多物理場耦合分析中，例如熱 - 結構耦合分析，可能需要先完成熱分析部分，得到準確的溫度場分布后，再以此為基礎進行結構分析。可以利用重啟動功能，在熱分析完成后，從熱分析的重啟動點開始結構分析部分，確保兩個分析階段的連貫性，并且避免重新計算熱分析部分。
2. 順序加載分析：對于一些需要順序加載不同類型載荷的情況，如在巖土工程中先施加靜水壓力，再施加外部機械載荷。可以通過重啟動分析，在靜水壓力加載完成后的重啟動點開始施加機械載荷的分析，實現復雜加載過程的分階段模擬。
第二章 重啟動設置方法
方法1：在 ABAQUS/CAE 中設置重啟動，步驟如下：
在基礎模型中輸出重啟動分析數據：
如果不做特別的設置，ABAQUS 不會輸出重啟動分析數據。因此，需要在基礎模型的分析步中設置重啟動分析參數，其相應的關鍵詞為：*restart,write,frequency=<輸出重啟動分析數據的時間增量步間隔>。
在基礎模型的分析結果文件中，帶以下擴展名的文件是重啟動分析所要用到的：
在 ABAQUS/Standard 中：.res，.mdl，.stt，.prt和.odb。
在 ABAQUS/Explicit 中：.abq，.stt，.prt和.odb。
注意：在完成對基礎模型的分析后，不要刪除這些文件，并且要保證它們位于當前工作目錄下。
新模型設置：
復制模型，更改名稱，右鍵單擊 --edit attribute。
展開 LS-DYNA在動力電池機械濫用上的多物理場仿真
相比于針對電池在熱和電濫用工況下的安全問題的研究，機械濫用工況下針對電池安全問題的多物理場仿真分析的研究相對較少。本文對目前有關電池單體、電池模塊以及電池包在機械載荷下多物理場分析進行了梳理。從研究尺度上看，電池碰撞安全研究包括了電池組份材料、電池單體、電池模組與防護結構以及電池包等各個層次。電池碰撞安全研究的的主要目標有：（1）理解機械載荷下電池單體的變形與失效特征以及與內短路觸發的關聯性，最終建立單體、模塊或電池包的損傷判據和損傷容限；（2）建立兼顧計算精度與計算效率的有限元仿真模型，指導電池包防護結構設計。從研究方法上看，需要對電池進行常規結構仿真分析和多物理場仿真分析。
△動力電池研究尺度
△常規結構仿真分析
△多物理場仿真分析
作為ANSYS中國高級服務商，優飛迪對動力電池仿真分析工具及其整體解決方案有著豐富的經驗和獨特的見解。動力電池的疲勞分析可以采用ANSYS nCode，強度與剛度及振動分析可以采用ANSYS Mechanical和LS-DYNA，跌落、沖擊、擠壓、針刺、多物理場分析可以采用LS-dyna。作為優飛迪科技的高級仿真工程師，下面小優將針對動力電池的多物理場仿真分析進行分享。
采用LS-dyna進行多物理場仿真分析需要使用LS-DYNA電阻加熱求解器和EM電磁求解器以及Randles等效電路模型。
△EM/熱/機械多物理場耦合
使用電阻加熱求解器的前提假設是未考慮渦流效應、無磁效應或任何其他靜電效應、沒有接觸的導體不會發生相互作用，其主要目的是研究電流通過導體產生的熱量，并觀察其對溫度的影響。特殊應用包括電阻點焊（RSW）和電池建模（在正常充電條件下和放炮期間）。當兩個導體相互接觸時，會產生短路，電流應在兩部分之間流動。
展開 強度丨南航：航空發動機和燃氣輪機熱端部件的熱腐蝕-疲勞性能與壽命預測方法研究進展
此外，載荷條件對熱腐蝕-疲勞行為也有影響。如Brooking等[54]的研究表明，當單晶CMSX-4合金處于低溫熱腐蝕環境時，在疲勞載荷峰值處引入60 s的保載會降低其疲勞壽命，如圖7(a）所示。這是由于疲勞與低溫型熱腐蝕結合時，長時間保載過程可使裂紋張開，使腐蝕性介質擴散到裂紋尖端，導致裂紋尖端周圍的氧化程度增加，加速了疲勞裂紋擴展，從而導致疲勞壽命降低。Chapman等[55]對單晶CMSX-4合金腐蝕-疲勞的研究中，也發現了類似的結果。Yang等[39,56]對DZ125合金高溫熱腐蝕后低周疲勞行為的研究發現，長時間預腐蝕和疲勞過程中的長時間保載加速DZ125合金腐蝕-疲勞失效，表面腐蝕層開裂導致裂紋萌生是腐蝕-疲勞失效的主要原因之一，如圖7(b～d）所示。此外，DZ125合金的低周疲勞失效還與熱腐蝕引起的再結晶、試樣有效面積的減少有關。如圖7(e）所示，高溫熱腐蝕后低周疲勞載荷會引起合金表面保護性氧化層的破壞，促使再結晶發生，形成許多小晶粒。在低周疲勞載荷作用下，裂紋往往在這些再結晶晶界處萌生。綜上所述，熱腐蝕后渦輪葉片高溫合金的低周疲勞壽命下降與腐蝕坑、缺陷、氧化/硫化物的形成以及熱腐蝕侵蝕引起的再結晶等因素密切相關。
國內外雖然針對渦輪葉片高溫合金熱腐蝕-疲勞性能開展了一定的實驗研究，一定程度上揭示了熱腐蝕對疲勞失效的影響。然而，這些實驗研究主要是基于對高溫合金進行預先熱腐蝕然后開展疲勞試驗[57,58]，實驗條件與渦輪材料服役環境（即燃氣-海洋環境耦合的服役環境）有所不同，不能實時反映熱腐蝕與機械載荷的交互作用。通常，機械載荷的作用往往會加速熱腐蝕的發生，而熱腐蝕又將反過來促進渦輪材料在機械載荷作用下疲勞裂紋的萌生和擴展[8,59,60]。
展開 ESI集團焊接模擬仿真軟件SYSWELD 2019版本更新介紹！三大應用場景全力更新！
設計工程師現在可以在考慮到連續裝配過程中的機械載荷效應和焊接引起的熱效應的情況下，來控制冷熱連接部件的尺寸偏差。通過這種方式，工程師可以在其物理樣機制造出來之前，通過仿真模擬制造、組裝和測試具有真實物理性能的虛擬樣機。因此，汽車制造商及其供應商可以降低制造、試制和工藝驗證產生的成本。
Virtual Assembly為您提供以下的Advisor&Manager指導用戶在車身制造及變形分析時管理、啟動模擬。
Pre-Positioning advisor（預定位向導）
整個操作流程簡單易用，允許用戶在沖壓后導入變形網格，映射沖壓的關鍵數據結果，如塑性應變，應力和厚度變化（如果有的話），并創建不同的用于構建參考點系統（RPS）的工具，例如限位器，定位銷和約束，并通過它們定位部件。 完整的操作流程被分為數個不同的步驟，用戶可以高效地在指導下用最少的操作完成設置。
Holding Advisor
整個操作流程簡單易用，允許用戶定義夾緊系統，在RPS系統下將組件壓緊，減少組件之間的間隙，然后再進行連接。在預定位后，用戶可以導入裝配體的幾何和網格，自動定義夾具的形狀和位置，最后定義夾具加載的順序。 在計算過程中，夾具的運動將根據用戶提供的信息自動運行。 用戶可以高效地在指導下用最少的操作完成設置。
Joining Advisor
Joining Advisor整個操作流程簡單易用，允許用戶定義焊接或其他連接的過程。
展開 熱力耦合分析—記住這些要點，可少走一些彎路！
【要點7】：檢查載荷和邊界條件施加的準確性，是否存在數值施加錯誤的情況？是否存在過約束或欠約束的情況？是否存在約束施加錯誤的情況？對于溫度場的計算，則還需要檢查線膨脹系數、導熱系數、對流傳熱系數和彈性模量設置的準確性，需要特別注意的一點是在軟件中一定要確保數值和單位的對應性和準確性。
【要點8】：對于熱力耦合分析，需要檢查溫度場計算的準確性，這是確保應力計算準確的前提，所以要求分析設計人需具備一定的理論基礎和實踐經驗，以能通過判斷溫度場分布的趨勢，來進一步確保溫度場計算的準確性，這也是之前提到的為什么要對熱力學的三大傳熱形式進行必要了解的原因。
【要點9】：溫度場分析完成之后就是將求解結果導入到靜力分析模塊進行應力的求解了，到這一步就是普通的靜力分析了，這一步的關鍵就是要保證機械載荷和位移邊界條件施加的準確性，此處就不再贅述了。
【要點10】：就是根據標準要求進行相應的線性化和應力評定，需要評定的位置有所有結構不連續處，所有需重點關心和考察的應力區域，標準要求需要評定的位置，關于評定則需要建立在對標準的熟知和一定的力學理論基礎上。
上述要點其實都是通用要點，對任何一種分析都是適用的，養成上述的好習慣至關重要，甚至會直接決定所建立的模型是否能進行網格劃分，能否進行求解，求解效率如何？求解結果是否準確等等？上述每一步都是相輔相成的，前面步驟的準確性直接決定后續求解的正確性，同時可通過判斷后續計算結果是否準確，反過來對前面步驟進行檢查，一步步排除錯誤。
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展開 50張PPT搞懂軸承基礎知識！
軸承（Bearing）是當代機械設備中的一種重要零部件。用于確定旋轉軸與其他零件相對運動位置，起支承或導向作用的零部件。它的主要功能是支撐機械旋轉體，用以降低設備在傳動過程中的機械載荷摩擦系數。按運動元件摩擦性質的不同，軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩類。
聲明：本文由登峰科技發布；咨詢電氣自動化問題，請關注公眾號聯系我們。
登峰科技，專注AGC，ATC、AEC、APC、AFC等核心技術。擁有國際領先的自主知識產權金屬板帶軋制控制技術，技術團隊具備多年從事冶金行業的實踐經驗，致力于提升中國冷軋設備自動化水平。
熱-機械疲勞分析模塊，Fe-safe/TMF?
熱-機械疲勞分析模塊，Fe-safe/TMF?
1、概述
考慮浮動溫度和應力對結構的共同影響，提供快速精確的疲勞壽命分析。可以考慮應變率和瞬態溫度對循環應力-應變響應的影響，也可以考慮瞬態溫度對應變-壽命曲線的影響，以及考慮在每個循環中的應力和溫度的相位關系的影響，支持體積應力放寬，該模塊還可以計算應變老化對疲勞強度的影響。
對于組件同時遭受溫度和應力交變載荷作用的組件，fe-safe/TMF?是一個理想疲勞分析模塊，例如實現以下組件的熱-機械疲勞分析：
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活塞；
?
排氣管；
?
汽缸蓋；
?
與蠕變疲勞交互作用不顯著的組件。
2、功能介紹
當存在應力和溫度波動時，產生熱-機械疲勞：
?
包含時間相關的熱-結構疲勞效應（應變率、相位關系、浸濕以及應力松弛等）；
?
相比傳統方法可以得到更可靠和準確的疲勞結果；
?
支持主應變以及鑄鐵算法；
?
允許高頻機械載荷循環疊加在熱載荷循環上。
3、案例分析
（1）活塞疲勞裂紋
其中，第一幅圖是活塞實際的裂紋破壞情況，詳細反映了疲勞裂紋的位置，初始裂紋位置等信息；第三幅圖是疲勞斷面的形狀；第二幅圖是用Fe-safe熱機械疲勞模塊進行疲勞分析后得到的壽命云紋圖，參照第一幅圖裂紋的位置和形狀，可以看出，通過Fe-safe熱-機械疲勞模塊對活塞進行疲勞分析，可以準確地得到初始裂紋的位置等信息，對產品的設計與優化起到非常大的指導作用。
展開 2017年名人堂作品賞析：卡迪夫大學
為了計算機械載荷、陣列布局和部署多個渦輪機的潛在環境影響，工程師需要能夠準確地對渦輪機尾跡進行特征描述。該圖像將利用高級湍流模型計算的尾跡計算仿真與在IFREMER水槽柜測試設施中獲得的長時間曝光照片相結合。研究人員用該測試得到的數據，對使用這一特定類型的湍流模型的尾跡仿真進行驗證，有望更加準確地預測潮汐流渦輪機后方尾跡的性質和范圍。這樣也能更好地預測位于陣列下游的渦輪機受到的變動載荷，從而提高潮汐能的可靠性，降低潮汐能的成本。
解決方案:
ANSYS Fluent提供分離渦流仿真（DES）模型等高級湍流模型。這些模型將雙方程RANS模型的計算經濟性與尾跡仿真所需的大渦流仿真（LES）精度完美結合。開展仿真的目的是使用完整渦輪機幾何模型改善對渦輪機尾跡的預測結果。之前想使用LES為尾跡建模的研究人員，不得不使用致動器線或多孔盤代替完整的渦輪機幾何模型，從而簡化渦輪機的幾何模型。提交的圖像將渦輪機的DES仿真與水槽柜驗證測試的照片相結合。ANSYS CFD預測了尾跡的長度和特性；詳細仿真顯示了在時間有限的水槽柜測試中需要重點關注的區域。
使用的軟件:
ANSYS Fluent
展開 安全閥的分類、選型及安裝
①直接作用式安全閥
直接作用式安全閥是在工作介質的直接作用下開啟的，即依靠工作介質壓力的作用克服加載機構加于閥瓣的機械載荷，使閥門開啟。
這種安全閥具有結構簡單，動作迅速，可靠性好等優點。但因為依靠結構加載，其載荷大小受到限制，不能用于高壓、大口徑的場合。
②非直接作用式安全閥
這類安全閥可以分為先導式安全閥、帶動力輔助裝置的安全閥。
先導式安全閥：
是依靠從導閥排出的介質來驅動或控制的，而導閥本身是一個直接作用式安全閥，有時也采用其他形式的閥門。
先導式安全閥適用于高壓、大口徑的場合。先導式安全閥的主閥還可以設計成依靠工作介質來密封的形式，或者可以對閥瓣施加比直接作用式安全閥大得多的機械載荷，因而具有良好的密封性能。
同時，它的動作很少受背壓的影響。這種安全閥的缺點在于它的可靠性同主閥和導閥有關，動作不如直接作用式安全閥那樣迅速、可靠，而且結構較復雜。
帶動力輔助裝置的安全閥：
是借助于一個動力輔助裝置，在低于正常開啟壓力的情況下強制安全閥開啟。
這種安全閥適用于開啟壓力很接近于工作壓力的場合，或需定期開啟安全閥以進行檢查或吹除粘著、凍結的介質的場合。同時，也提供了一種在緊急情況下強制開啟安全閥的手段。
二、安全閥選型須知
1.安全閥各種參數的確定
①確定安全閥公稱壓力。
根據閥門材料、工作溫度和最大工作壓力選定公稱壓力。
②確定安全閥的工作壓力等級。
根據壓力容器的設計壓力和設計溫度選定工作壓力等級，安全閥的工作壓力與彈簧的工作壓力級有著不同的含義。
安全閥的工作壓力是指安全閥正常運行時閥前所承受的靜壓力，它與被保護系統或設備的工作壓力相同。
展開 碳纖維復合材料船用螺旋槳可降低燃料消耗
該項目始于2016年4月，由Mecafrance公司為機械方面進行數字化和計算，海軍集團為流體動力方面進行計算，以便對碳纖維復合螺旋槳進行尺寸測量，其尺寸是其金屬螺旋槳的兩倍。 目標是滿足高要求的規格 - 螺旋槳在使用時會承受很大的機械負荷，因此有必要開發設計概念，生產技術和表面處理來承擔它們。其目的是為了滿足高要求的特殊要求——螺旋槳在使用過程中會受到很大的機械載荷，因此有必要提高設計理念、生產技術和表面處理技術來承受這些載荷。
采用單次注射（single-shot）樹脂傳遞模塑（RTM）工藝分別對厚（高達30mm）環氧復合材料葉片進行模塑。帶有動鐵芯的三件式工具用于適應葉片底部的削弱變化。在加工過程中，在混合頭處有三個壓力棒，樹脂在60°C固化。葉片分別附接到一個模壓過的金屬輪轂上。
補充資料
定格動畫（stop-motion Animation）是通過逐格地拍攝對象然后使之連續放映，從而產生仿佛活了一般的人物或你能想象到的任何奇異角色。
定格動畫往往首先需要一個鮮明的角色形象，可以是一個人，一個動物，一件東西，當然也可以是一個你臆想出來的一個角色。但是如果打算制作一個角色，選擇好適當的工具和材料是保證制作和拍攝順利的關鍵。
展開 