變形幾何
關(guān)注創(chuàng)建者：Passenger_0958 創(chuàng)建時(shí)間：2020-10-08
變形幾何的視頻教程
Abaqus計(jì)算后導(dǎo)出變形的幾何模型
abaqus計(jì)算后若要獲取變形后的尺寸、體積、質(zhì)心坐標(biāo)等信息，往往需要導(dǎo)出成實(shí)體模型，進(jìn)一步獲取參數(shù)。有些視頻只提供了一個(gè)初步的導(dǎo)出方法，不能處理稍微復(fù)雜點(diǎn)的模型，本視頻在初步導(dǎo)出方法的基礎(chǔ)上，介紹了進(jìn)一步的處理流程，對(duì)于較復(fù)雜的模型也能處理。
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變形幾何的實(shí)例教程
最近我們提出了一種快速改變現(xiàn)有噴嘴幾何形狀的方法。首先需在CAESES中導(dǎo)入STL格式的幾何文件。下圖顯示了我們用于局部變形的噴嘴模型：
典型噴嘴的幾何形狀
CAESES可以將自由變形（Free Form Deformation）應(yīng)用到已有幾何當(dāng)中。我們需要做的就是：在噴嘴周?chē)鷦?chuàng)建一個(gè)控制體，并定義一些擴(kuò)展策略。通過(guò)這種方式，可以擴(kuò)大噴嘴的尺寸，甚至可以完全改變其形狀。雖然這個(gè)功能在工業(yè)設(shè)計(jì)中會(huì)存在一些局限性，但我們也一直在努力讓它的設(shè)置變得更為靈活多變。以下是一個(gè)控制體設(shè)置的相關(guān)示意圖，為了可視效果我們隱藏了外部的幾何結(jié)構(gòu)：
對(duì)噴嘴建立自由變形
在接下來(lái)的步驟中，我們以擴(kuò)展系數(shù)定義為設(shè)計(jì)變量，以便后續(xù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化研究。下圖顯示了變形控制及其幾何變形效果：
變形控制體改變引起幾何變化
一旦完成噴嘴的設(shè)置，我們便可以將這些應(yīng)用到其他噴嘴模型上，即其他方案也可以實(shí)現(xiàn)同樣的變化。我們已將整個(gè)流程都交付給了負(fù)責(zé)幾何變形的工程師。作為這個(gè)領(lǐng)域的專家，他會(huì)根據(jù)自己的技術(shù)要求和限制，繼續(xù)做一些微調(diào)。最后，他會(huì)運(yùn)行優(yōu)化計(jì)算，整個(gè)過(guò)程是完全自動(dòng)化的（幾何變化/耦合/CFD分析）。
展開(kāi) <p>ABAQUS采用拉格朗日網(wǎng)格計(jì)算分析的時(shí)候，總是會(huì)遇到網(wǎng)格畸變過(guò)大導(dǎo)致不收斂的問(wèn)題，那么這個(gè)時(shí)候我們網(wǎng)格是通過(guò)采用網(wǎng)格的重新劃分就可以解決，對(duì)于二維模型的網(wǎng)格重新劃分，我們?cè)谇懊娴奶右呀?jīng)介紹過(guò)了，但是對(duì)于三維模型而言，ABAQUS中沒(méi)有直接從結(jié)果odb提取幾何模型的命令，所以，我們就采用插件更加方便簡(jiǎn)潔地提取變形后的幾何模型，具體操作如下：</p><p>1 假如我們獲得了一個(gè)odb文件，變形前后的模型如下：</p><div contenteditable="false" width="100%"><div><img src="https://img.jishulink.com/upload/201812/9213d092eabe4d649aa839525bb4a192.jpg" title="a.jpg" alt="a.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201812/9213d092eabe4d649aa839525bb4a192.jpg?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201812/9213d092eabe4d649aa839525bb4a192.jpg?
展開(kāi) No.1 逆向求解背景介紹
傳統(tǒng)（正向）分析和逆向分析之間的基本區(qū)別在于初始幾何狀態(tài)。
傳統(tǒng)正向求解過(guò)程
初始幾何形狀在加載條件下發(fā)生變形，并根據(jù)變形幾何形狀對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。
而在某些情況下，零件已經(jīng)在荷載作用下設(shè)計(jì)好了，并且有了變形的幾何形狀，但是未變形的參考幾何形狀和變形的輸入幾何形狀上的應(yīng)力/應(yīng)變是未知的。
在這種情況下，需要用到逆向分析，以找到參考幾何和應(yīng)力/應(yīng)變相關(guān)的變形輸入幾何。
什么是逆向分析
通過(guò)在一組負(fù)載下已經(jīng)產(chǎn)生變形的初始幾何，求解未加載狀態(tài)下的幾何（也稱為參考幾何）的過(guò)程。
逆向分析僅適用于應(yīng)變、位移或轉(zhuǎn)動(dòng)足夠大，需要將變形幾何與未變形參考幾何區(qū)分開(kāi)的幾何非線性問(wèn)題。
逆向求解法在生物力學(xué)模擬中很有用。
在生物力學(xué)模擬中，輸入的幾何圖形一般由醫(yī)學(xué)掃描圖像組成，且模型已經(jīng)變形并承受載荷。
在這種情況下，如果要確定由于進(jìn)一步載荷加載產(chǎn)生的幾何變形和應(yīng)力應(yīng)變，需要使用非線性靜態(tài)分析反解的方法來(lái)恢復(fù)未變形的參考幾何形狀，然后使用正向求解分析來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的加載。
此外，在葉輪機(jī)械工程中，熱態(tài)-冷態(tài)法是常用的轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)方法。
代表原始形狀的轉(zhuǎn)子葉片幾何形狀被稱為冷態(tài)幾何，而在工作條件下的形狀被稱為熱態(tài)幾何。
設(shè)計(jì)師一般從葉片的熱態(tài)幾何形狀開(kāi)始，通過(guò)迭代的設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)確定最終冷態(tài)幾何形狀。是一個(gè)以簡(jiǎn)單梁模型代替的典型的葉片冷態(tài)設(shè)計(jì)工作流程。
迭代法的第一步是施加氣動(dòng)、向心等載荷重新求解熱態(tài)幾何，得到兩倍變形的熱態(tài)幾何。
然后將該分析的位移結(jié)果應(yīng)用于原始熱態(tài)幾何模型的反方向上，得到了1代冷態(tài)幾何模型。
1代冷態(tài)幾何再次受到相同的載荷，以獲得1代熱態(tài)幾何。
然后將該1代熱態(tài)幾何與原始熱態(tài)幾何進(jìn)行比較。
展開(kāi) 作者：李桂花 上海安世亞太結(jié)構(gòu)應(yīng)用工程師
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No.1 逆向求解背景介紹
傳統(tǒng)（正向）分析和逆向分析之間的基本區(qū)別在于初始幾何狀態(tài)。
傳統(tǒng)正向求解過(guò)程
初始幾何形狀在加載條件下發(fā)生變形，并根據(jù)變形幾何形狀對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。
而在某些情況下，零件已經(jīng)在荷載作用下設(shè)計(jì)好了，并且有了變形的幾何形狀，但是未變形的參考幾何形狀和變形的輸入幾何形狀上的應(yīng)力/應(yīng)變是未知的。
在這種情況下，需要用到逆向分析，以找到參考幾何和應(yīng)力/應(yīng)變相關(guān)的變形輸入幾何。
什么是逆向分析
通過(guò)在一組負(fù)載下已經(jīng)產(chǎn)生變形的初始幾何，求解未加載狀態(tài)下的幾何（也稱為參考幾何）的過(guò)程。
逆向分析僅適用于應(yīng)變、位移或轉(zhuǎn)動(dòng)足夠大，需要將變形幾何與未變形參考幾何區(qū)分開(kāi)的幾何非線性問(wèn)題。
正向求解和逆向求解
逆向求解法在生物力學(xué)模擬中很有用。
在生物力學(xué)模擬中，輸入的幾何圖形一般由醫(yī)學(xué)掃描圖像組成，且模型已經(jīng)變形并承受載荷。
在這種情況下，如果要確定由于進(jìn)一步載荷加載產(chǎn)生的幾何變形和應(yīng)力應(yīng)變，需要使用非線性靜態(tài)分析反解的方法來(lái)恢復(fù)未變形的參考幾何形狀，然后使用正向求解分析來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的加載。
此外，在葉輪機(jī)械工程中，熱態(tài)-冷態(tài)法是常用的轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)方法。
代表原始形狀的轉(zhuǎn)子葉片幾何形狀被稱為冷態(tài)幾何，而在工作條件下的形狀被稱為熱態(tài)幾何。
展開(kāi) 當(dāng)存在嚴(yán)重變形時(shí)，可以通過(guò)自動(dòng)重新剖分網(wǎng)格來(lái)幫助求解文章介紹的方法同樣可以用于三維幾何。模擬變形網(wǎng)格教程同時(shí)使用二維及三維示例演示了這一方法的使用。
至此，我們僅討論了對(duì)象在相對(duì)簡(jiǎn)單域內(nèi)的平移，我們可以輕松在其中設(shè)定變形域。當(dāng)很難對(duì)幾何進(jìn)行細(xì)分或?qū)ο髸?huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，我們將需要不同的方法。
來(lái)源：COMSOL
變形幾何的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
變形幾何的最新內(nèi)容
拉伸變形結(jié)束后的累計(jì)剪切滑移結(jié)果：
拉伸變形結(jié)束后的統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)存位錯(cuò)密度分布結(jié)果：
拉伸變形結(jié)束后的幾何必須位錯(cuò)密度分布結(jié)果：
4寫(xiě)入碰撞主模型
將預(yù)壓變形后的泡沫幾何與初始應(yīng)力一并寫(xiě)入碰撞仿真模型，保證碰撞零時(shí)刻的接觸邊界準(zhǔn)確。
座椅發(fā)泡預(yù)壓對(duì)追尾工況（Rear Impact / Whiplash）的仿真精度影響尤為顯著：未預(yù)壓的座椅靠背剛度往往被高估 20%～40%，直接影響頭頸部損傷預(yù)測(cè)結(jié)果。
?
3.應(yīng)變張量
與應(yīng)力張量方向類(lèi)似，其中需要同學(xué)們注意的是：
E適用于幾何線性分析
LE為對(duì)數(shù)應(yīng)變，適用于大變形分析（開(kāi)啟幾何非線性）
PE為塑性應(yīng)變張量，用于描述不可恢復(fù)的變形
三、損傷相關(guān)
損傷在ABAQUS中應(yīng)用廣泛，尤其是材料失效分析中。
1.
4寫(xiě)入碰撞主模型
將預(yù)壓變形后的泡沫幾何與初始應(yīng)力一并寫(xiě)入碰撞仿真模型，保證碰撞零時(shí)刻的接觸邊界準(zhǔn)確。
座椅發(fā)泡預(yù)壓對(duì)追尾工況（Rear Impact / Whiplash）的仿真精度影響尤為顯著：未預(yù)壓的座椅靠背剛度往往被高估 20%～40%，直接影響頭頸部損傷預(yù)測(cè)結(jié)果。
?
而兩個(gè)靜力模塊可以傳遞變形后的幾何，但是不能傳遞預(yù)應(yīng)力。
問(wèn)題示例大致如下：
板子初始是平板狀態(tài)，安裝后工作狀態(tài)是貼合一個(gè)弧面，并通過(guò)四個(gè)支點(diǎn)進(jìn)行連接固定，板子安裝后存在回彈力。
現(xiàn)在需要評(píng)估板子安裝變形預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下，連接面的回彈力。
仿真思路：
仿真對(duì)象是一個(gè)有初始應(yīng)力的彎曲板，但是曲面形狀實(shí)際可能不是正常弧線而是曲面。
獲取變形幾何: 從第一階段的 .odb 文件中，提取坯料在分析終止時(shí)刻的變形后幾何形狀。這通常可以通過(guò)輸出節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)或生成一個(gè)代表變形表面的集合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
創(chuàng)建新模型并映射解
構(gòu)建新網(wǎng)格: 基于上一步得到的變形后幾何形狀，重新劃分高質(zhì)量的網(wǎng)格。對(duì)于接觸問(wèn)題，新網(wǎng)格的表面必須與舊分析中的變形表面高度吻合，否則后續(xù)接觸計(jì)算極易失敗。
[案例]薄壁彎管在內(nèi)壓和彎矩作用下的彈塑性坍塌分析1個(gè)月前
通過(guò)此分析，可以深入理解彎管的橢圓化變形、幾何非線性效應(yīng)、內(nèi)部壓力的影響以及彎管與直管段之間的相互作用。
它是一個(gè)薄壁彎頭，彎頭系數(shù)，半徑比 R/r = 3.07
建模詳細(xì)步驟
步驟 1：模型規(guī)劃與假設(shè)
分析類(lèi)型： 靜態(tài)、通用分析步（Static），考慮幾何非線性（NLGEOM）。
借助專業(yè)指導(dǎo)，充分發(fā)揮 ANSA BETA-CAE 的功能優(yōu)勢(shì)，精通網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格變形技術(shù)，掌握幾何清理與網(wǎng)格前處理的高級(jí)工具，實(shí)現(xiàn)卓越的有限元分析效果。
前置要求
具備基礎(chǔ)的有限元分析知識(shí)：了解有限元分析基本原理，包括殼單元和實(shí)體單元的相關(guān)概念，將有助于課程學(xué)習(xí)。
掌握 CAD 與幾何基礎(chǔ)：熟悉 CAD 文件格式及幾何相關(guān)概念，能讓學(xué)習(xí)過(guò)程更順暢。
基于二維測(cè)試算例，構(gòu)建完整的OpenFOAM動(dòng)網(wǎng)格與變形幾何仿真流程
8. 分析動(dòng)網(wǎng)格仿真過(guò)程中的**求解器穩(wěn)定性**、**網(wǎng)格質(zhì)量**及**數(shù)值計(jì)算性能**
9. 通過(guò)修改字典文件與自定義運(yùn)動(dòng)函數(shù)，調(diào)整運(yùn)動(dòng)規(guī)律及邊界行為
10.
特色
? 串聯(lián)Designer (BLM模式)，提供幾何修復(fù)功能
? 自動(dòng)修復(fù)CAD模型上的破洞與幾何變形
? 強(qiáng)化BLM網(wǎng)格質(zhì)量以提升分析精準(zhǔn)度
? 可匯入不同的CAD原生模型
? 直覺(jué)式的用戶接口，引導(dǎo)用戶快速入門(mén)
幾何修復(fù)
? 自動(dòng)刪除有問(wèn)題的幾何
? 自動(dòng)修復(fù)質(zhì)量不佳的幾何
修復(fù)破洞的區(qū)域 (延伸鄰近表面)
處理幾何共面問(wèn)題
幾何簡(jiǎn)化
