開孔的案例
試驗洞悉工程 | 開孔建筑內壓風洞試驗
由圖可見，在同一風向角下，開孔結構的平均內壓系數隨開孔面積的增大而增大，這是因為較大的開孔面積增大了外部風壓對內部風壓的影響，同時還減小了內壓體系的阻尼比，導致開孔結構的內壓響應更加強烈。此外，隨著開孔面積的增大，內壓均值響應的增大幅度卻逐漸減小，當開孔面積為68 mm×68 mm（開孔率0. 079）和81 mm×81 mm（開孔率0. 112）時，它們的平均內壓系數在各風向角下幾乎都相等。因此，當開孔率達到0. 1 左右后，開孔建筑的平均內壓系數隨開孔面積的進一步增大變化很小。
圖10 不同開孔面積的平均內壓系數隨風向角變化
4 結論
本文設計了3 種均勻湍流風場進行開孔低矮建筑的內壓風洞試驗，討論了孔口周邊外部風壓、風向角、風場湍流強度和開孔面積（開孔率）對開孔建筑平均內壓系數的影響，同時將風洞試驗結果與國內外現行風荷載規范進行了對比，分析了當前各國風荷載規范中對開孔建筑內壓系數取值的準確性以及各自的優勢和不足，得到了一些適用于當建筑的門窗等圍護結構在風災中遭受破壞從而產生主開孔時，其內部平均風壓系數大小變化情況的結論。主要研究結論如下：
（1）開孔結構的內壓大小與開孔孔口周邊的外壓大小密切相關。在正風向角和斜風向角下，開孔結構的內壓響應與孔口周邊外壓在時程上均具有高度的同步性，但是斜風向角時的內壓響應與孔口周邊外壓在功率譜上存在很大的差異。由于內壓共振響應的存在，斜風向角時內壓系數功率譜在共振頻率附近明顯大于外壓系數功率譜，且相差可能高達10倍以上。
（2）當孔口位于迎風墻面正中心，且來流方向垂直于開孔墻面時（0°風向角），開孔建筑的平均內壓系數最大，但是當來流方向平行于開孔墻面時（90°風向角）平均內壓系數負值最大。對于湍流度的影響，在同一風向角下，來流湍流度越大，開孔建筑的平均內壓系數也越大。
展開 開孔補強的等面積法和壓力面積法
在各行業的壓力容器中，由于各種不同的生產需求，壓力容器必須安裝接管，從而需在容器上開孔。開孔后，除容器殼體的強度被消弱外，并且由于容器的連續性結構被破壞，在管殼連接處的附近(開孔邊緣的附近區域)會產生很高的局部應力，在此區域形成應力集中現象，成為疲勞破壞和脆性裂紋的破壞源。應力集中有局部性和自限性兩個特點，應力值會隨著距開孔邊緣距離的增大而減弱，因此可以采用在開孔附近局部補強的方法來降低該區域的應力集中，即對各種型式的開孔應進行補強。本文主要對等面積法和壓力面積法兩種方法進行分析。我國GB150、JB4732標準采用的開孔補強計算方法是等面積法，原西德AD規范中的開孔補強方法采用的是壓力面積法。
1 補強原理
壓力容器殼體開孔以后，孔邊可引起三種應力：局部薄膜應力(屬于一次應力)、彎曲應力(屬于二次應力)、峰值應力。等面積法是以雙向受拉伸的無限大平板上開有小孔時孔邊的應力集中作為理論基礎的，即僅考慮殼體中存在的拉伸薄膜應力，且以補強殼體的一次應力強度作為設計準則。對孔邊緣的二次應力并未校核，是通過限制開孔形狀、長短徑之比和開孔范圍加以考慮，使孔邊的局部應力得到約束，對孔邊緣的峰值應力問題未加考慮，為此不適用疲勞容器開孔補強。由于補強計算對象是薄膜應力，未計及開孔邊緣的彎曲應力，而大開孔時，孔邊出現較大的彎曲應力，故不適用大開孔。等面積法要求殼體開孔以后，失去的金屬量需有補強材料在殼體和接管連接的附近區域予以補償，補償的金屬量不得小于因開孔殼體失去的金屬量，金屬量的判別按開孔截面的投影面積計算。
壓力面積法與等面積法一樣，都是基于靜力平衡，即以開孔有效補強范圍內的金屬截面積(包括殼體、接管、補強材料等)的承載能力與內壓力載荷相平衡為準則的計算方法，計算只涉及補強材料的薄膜應力。
展開 長期以來關于大開孔邊緣彎曲應力的疑惑？性質和評定究竟該如何確定？
“圓筒曲率影響”觀點：
該觀點認為當圓筒體上接管開孔率較小時，孔邊緣只有薄膜應力而無彎曲應力，而開孔率較大后（＞0.5），接管開孔會跨越較大的筒體圓周，使開孔位于“曲板”上，受圓筒曲率的影響會產生很大的彎曲應力，故稱為“圓筒曲率影響”觀點。
2.“變形協調”觀點：
該觀點認為由于圓筒體和接管在載荷作用下自由變形不同，為滿足變形協調，在連接部位會產生較大的邊界力（剪力和彎矩），由此引起較大的彎曲應力，方向為沿圓筒和接管的軸向。由于這種應力是為滿足變形協調而產生的，具有自限性，故可歸為二次應力。
3.“靜力平衡”觀點：
該觀點首次見諸于ASME Ⅷ-1-2004版，認為圓筒體大開孔接管區域破壞了開孔區的軸對稱性，使得內壓作用狀態發生變化引起沿圓筒方向的環向彎矩（pR3/6）并產生彎曲應力，且明確了此彎曲應力性質為一次應力，方向沿圓筒的環向，同時給出了按此環向彎矩計算此彎曲應力的方法。由有限元分析的變形圖（如下圖1）顯示：圓筒體上接管部位的形狀由圓趨扁，可證實上述彎矩的存在；由一系列算例表明，此彎曲應力的數值可與孔邊的局部薄膜應力相當，確證了考慮此彎曲應力的必要性。但此彎矩計算公式pR3/6，尚未明確。
圖1 圓筒變形示意圖
ASME標準提出的這一孔邊彎矩，是開孔補強計算中的一個突破，引起了各國學者的重視和關注，國內學者對此彎矩的由來也進行了多番考證，當然也有質疑聲的存在，但最終一致認同了此彎矩的必要性和正確性。
4.“等值拉壓開孔平板孔邊彎曲應力”觀點：
該觀點是根據有限元分析結果所揭示的孔邊緣應力分布情況并由國內學者提出和進一步驗證的，該觀點認為開孔邊緣不僅有ASME指出的繞圓筒母線方向的環向彎矩，同時還存在與該彎矩正交的、數量級相當的繞接管母線方向的另一彎矩，且進一步的研究表明此彎曲應力也為一次應力并沿接管（或筒體）環向。
展開 開孔網格劃分方法對比 ￥1
開孔殼和開孔實體在開孔處總是存在網格不規則的情況，以下鄙人的劃分心得，整理成了word，供大家討論交流使用。
SOLIDWORKS Electrical設備智能開孔
這部分內容放在軟件建模、裝配時，往往比較復雜因為考慮孔的大小符合元器件規格、孔跟隨元器件移動、同一元器件需要多次手動開孔的情況等。在SOLIDWORKS使用“制造智能零部件功能”則可以有效解決這類問題。
01本次演示以按鈕為例，在制造智能零部件前，需要準備好一個按鈕的模型，一個參考的模型，以及一個空的裝配體。
02在裝配好的裝配體上選擇參考的模型，右鍵進入編輯零件狀態。
03在編輯零件狀態下，選擇需要開孔的面，右鍵繪制草圖，進入草圖狀態 。
04在草圖狀態下，選擇按鈕的圓邊線，使用“草圖”選項卡的“轉換實體引用”命令，生成開孔的參考尺寸草圖。
05根據使用“轉換實體引用”命令生成的草圖上，使用“特征”選項卡的拉伸切除命令，切除的方向選擇到下一面，切除完成后退出編輯零件狀態。
06使用“工具”菜單欄的“制造智能零部件”功能，選擇按鈕模型以及開孔的特征，想要孔隨按鈕的變化而變化還需要勾選上“自動調整大小”里的“直徑”，并保存。
07制作成功后，按鈕會帶一個閃電的標志，意味著該零部件是智能零部件。
08打開一個電氣工程中的電柜，插入按鈕，右鍵按鈕模型，選擇“插入智能特征”即自動開孔。
09移動按鈕，發現孔并沒有跟隨移動，需要重建模型，孔才會跟隨按鈕位置進行移動。
展開 為什么H型鋼梁翼緣要避免開孔？
作者丨劉炯
單位丨中建五局三公司鋼結構事業部
在許多鋼結構項目中，都涉及到鋼梁開孔問題，比如吊裝孔、吊掛孔、穿筋孔等等，這些都是現場便于施工的措施，或者是其他專業的構造要求，比如管道支架吊掛點等。而現行設計及施工規范說明應盡量避免型鋼翼緣板開孔，這里在分析軟件中對幾種開孔情況進行簡化的計算分析，比較直觀的反映開孔對受力情況的影響。
因為不同項目結構形式，受力有差別，下面舉一個簡單算例來驗證這個結論，這里直接取鋼框架結構中一種最常見的鋼梁受力形式：兩端固支梁（多為主梁）。
受力簡圖：
圖中A,B為支座，兩端固支，q為簡化的均布荷載（樓板荷載），M為彎矩（向下為正彎矩，向上為負彎矩），V為剪力。
計算模型鋼梁跨度取6M，主梁截面取H 400x200x8x12，材質為Q235B。
開孔位置分別取如下位置，尺寸為φ20圓孔。
為使截面強度利用率達到90%，經查表計算得主梁均布荷載值取70KN/m，在支座處負彎矩最大，跨中處正彎矩最大，彎矩大?。呵闆r1<情況2<情況3。
展開 用無梯度仿生技術對疊層復合材料方板開孔形狀優化
用無梯度仿生技術對疊層復合材料方板開孔形狀優化
劉毅 金峰
清華大學水利水電工程系
摘要:為了改善疊層復合材料方板孔周應力分布,采用一種無梯度仿生技術——固定網格漸進優化方法，建立了等限制Tsai-Hill準則——即使孔周的限制Tsail-Hill值更加均勻，來求解切孔形狀優化問題。用各向同性材料方板在二軸拉力荷載下單孔形狀優化的例子驗證了方法的正確性。研究了按照[+/-45度/0度/90度]對稱擱置的碳纖維/環氧樹脂材料準各向同性疊層復合材料方板受單位和拉減荷載的例子。優化后的控形在Tsail-Hill強度值的均勻度上比正方形開孔有了顯著的改善，計算結果比傳統的漸進優化方法更精確和更光滑。
關鍵詞：疊層復合材料，固定網格，漸進優化方法，形狀優化
內容簡介：
1 基于等限制Tsail-Hill值準則的FG ESO方法
2 本文方法驗證
3 準各向同性層合方板開孔形狀優化
3.1 工況 1
3.2 工況 2
4 總結
用無梯度仿生技術對疊層復合材料方板開孔形狀優化.pdf
展開 事半功倍：Abaqus層壓板自動建模python腳本（二）開孔板 ￥100
與上一篇的區別在于，平板改成了開孔板，面內層壓板材料由三維自定義材料變成了abaqus內嵌的二維lamina材料，屬性也改成了composite layup屬性。可結合連續殼單元進行分析。
1.功能介紹
這段腳本的功能如下：
復合材料開孔板參數化幾何建模
自動幾何切分
支持插入層間內聚力層
自動賦屬性
注意，該腳本為入門腳本，僅作示例，不包含網格劃分、網格設置、邊界、載荷、分析步等設置，感興趣的可以自行添加，so easy!
腳本執行效果如下：
自動生成幾何并切分
自動賦屬性
2.如何使用？
方法1：file菜單，選擇run script，然后選擇該腳本即可。
方法2：直接復制代碼，粘貼在Abaqus CAE主界面下方的命令行，回車即可。
3.注意事項
僅適用于矩形開孔平板
參數設定時，板厚、鋪層厚、鋪層數一定要匹配
僅支持1種層板材料+1種界面材料
4.如何獲取源代碼？
敲代碼不易，收取點碼費，o(*￣︶￣*)o
支付后可直接下載源代碼
展開 ANSYS Workbench筒體開孔接管優化設計 ￥30
1.問題描述
如圖的典型筒體開孔接管模型，筒體的半徑R1為1000mm，壁厚T1為20mm，開孔的半徑R2為500mm，壁厚T2為20mm，內外側的過渡圓角N均為25mm，施加內壓1MPa。
對以上參數全部參數化，試求各參數與最大等效應力之間的關系。
筒體開孔接管模型
2.載荷約束
取四分之一模型分析，劃分全六面體的網格模擬，總共16203個節點、2919個單元，最大偏度為0.58，平均偏度為0.2。
對稱面上施加無摩擦約束，為了消除剛體位移，在模型某一節點約束了Y向位移。筒體截面及接管截面上承受均布拉應力的平衡載荷。同時內表面施加1MPa的內壓。
得到該模型的最大等效應力值，位于過渡圓角處。
最大等效應力云圖
3.參數化設置
接下來把參數全部參數化。輸入的參數有P1~P9共9個，除了與模型相關的6個外，還有三個分別為P5內壓載荷，以及P3筒體截面平衡載荷和P4接管截面平衡載荷；輸出的參數則一個，P6最大等效應力。
參數化列表
值得注意的是截面等效載荷（即P3跟P4）是壁厚T、半徑R及內壓Pi的函數，需要在Expression中輸入公式。
筒體截面平衡載荷P3的參數化設置
接管截面平衡載荷P4的參數化設置
進入Design of Experiment，設置各個參數的數值范圍，P1和P2的范圍設置為20~50，P5為1~2，P7為800~12000，P8為300~600，N為15~35。
Design of Experiment界面
P1參數的數值范圍
點擊左上角的預覽Preview得到設計點，然后Update更新所有的設計點。
展開 復合材料層壓板開孔壓縮模擬（VUMAT）
用vumat做的復合材料層壓板開孔壓縮模擬。
模型中面內失效用的三維changchang準則，分層用的cohesive單元
試件損傷情況
損傷區域
試件及夾具
梁這么開孔，你會坐牢嗎？
開孔
▼
有本作廢的規范：《
建筑裝飾裝修工程質量驗收規范》GB50210-2001 第3.1.5條有規定，
在沒有得到原結構設計單位出具的可行性報告，工程裝修擅自將原結構承重梁進行開孔穿管作業，施工單位及房屋業主需承擔相關法律責任。
Abaqus纖維復合材料開孔板拉伸試驗-內插0厚度cohesive ￥109
Abaqus纖維復合材料開孔板拉伸試驗，已實現層合板斷裂，且已解決網格畸變問題，層間內插0厚度cohesive單元，模型采用puck失效準則
內附有cae，inp，puck Vumat 子程序，操作視頻
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自做模型，可直接拍!
SolidWorks包絡倒角在壓力容器設計建模的應用 ￥5
3．重要的是——設計實踐中，基于功能需求，往往需要突破標準——開孔大小和板厚的選取都無標準可循；而標準也開有一個口子——即允許采用仿真或力學理論進行應力分析。在非標設計中，往往也存在一些經驗公式可用，一般設計過程就是基于經驗公式進行初步設計，然后通過力學理論或者仿真軟件進行驗證和優化。標準開孔補強方案中：貼補強圈的方案簡單、浪費材料少，但貼板與母體材料貼合不嚴密，受力狀態不是最佳的，在開孔處與接管焊接位置焊縫重要卻不容易焊透；還有一種整體鍛件接管，受力狀態很好，但這種方式成本較高，基本用于較小尺寸的設計。
基于力學理論，在開孔位置附近（局部范圍）作較厚的板厚設計，其厚板范圍和厚度可參考貼板補強圈尺寸——這樣的方式成本介于貼板補強圈和鍛件接管之間。在較為重要的非標壓力容器設備中其成本差異往往可以忽略，但能獲得較好的受力狀態。
上述方式涉及不等厚板之間的對接焊連接，壓力容器標準中規定了不等厚板之間連接厚板邊界的過渡倒角尺寸（即，倒角長度≥3倍的板厚差）；壓力容器開孔位置往往是曲面板（并且往往是圓柱、橢圓或錐形），開孔處常常是相貫線，后文的實例中將會看到，在SolidWorks建模中，在相貫線上應用普通倒角方式建立的模型是錯誤的。
針對這種相貫線上進行倒角正是倒角的“包絡線控制”選項的具體應用場景；同樣，為了進一步對開孔位置的焊縫進行詳細建模，也是涉及“包絡線控制”的具體應用。下面的實例將以此為應用場景，逐步展開進行論述。
展開 Abaqus纖維復合材料修復金屬開孔板拉伸 ￥89
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Abaqus纖維復合材料修復金屬開孔板！
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內插0厚度cohesive以模擬分層！
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補片與母體間采用cohesive膠接，模型中復合材料采用hashin失效準則，金屬采用ductile失效！
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展開 FloEFD熱仿真分析之模型簡化（六）-多孔板
為了加快整個系統的仿真效率，采用簡化模型，再設置開孔率、孔的形式或阻力系數等參數。
多孔板往往安裝在入口或出口模型開口或風扇處，所以軟件默認只能應用到已有指定邊界條件的模型面上。
多孔板自定義：
孔形狀：
圓形：需要指定孔直徑；
矩形：需要指定孔的寬度和高度；
正多邊形：需要指定孔的側面和頂點數；
復雜：需要指定損失系數；
規格形狀的孔軟件會根據覆蓋情況和開孔自動計算損失系數；復雜幾何結構多孔板的流動阻力需要指定；
覆蓋：
開孔率：直接指定孔所覆蓋的板面積比重；
間距：用于指定兩個相互垂直方向上的兩個相鄰孔之間的距離，軟件自動計算開孔率；
棋盤格距離：用于指定按棋盤格圖案排列的兩個相鄰孔之間的距離，軟件自動計算開孔率；
注：開孔率必須大于 0。此外，對于矩形和正多邊形孔，它不能超過 1；對于圓形孔，不能超過 0.9069；
孔的形狀和大小用于計算有效液壓直徑，并進而計算雷諾數，后者又（與開孔率一起）用于計算板對流動產生的阻力；
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
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