帶孔的案例
基于MSC.Fatigue的帶孔板疲勞壽命仿真
前言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)設(shè)備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的疲勞性能要求更加突出，而這些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的壽命主要決定于其重要結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，如孔、圓角及幾何不連續(xù)處等。其中孔的疲勞破壞是損傷最普遍的形式之一，約占總失效的50%～90%。因此，孔的疲勞壽命將直接影響設(shè)備的使用性能和可靠性。
確定帶孔板疲勞壽命的方法主要有兩類：試驗(yàn)法和試驗(yàn)分析法。試驗(yàn)法完全依賴于試驗(yàn)，它直接通過(guò)與實(shí)際情況相同或相似的試驗(yàn)來(lái)獲取所需要的疲勞數(shù)據(jù)。這種方法雖然可靠，但是花費(fèi)大，工作周期長(zhǎng)。而試驗(yàn)分析法中的有限元仿真技術(shù)已經(jīng)在一些重要的工業(yè)領(lǐng)域（如汽車、航空航天和機(jī)器制造等）得到廣泛應(yīng)用。與試驗(yàn)法相比，有限元疲勞仿真計(jì)算能夠提供零部件表面的疲勞壽命分布，判斷零部件的疲勞壽命薄弱位置，通過(guò)修改設(shè)計(jì)可以預(yù)先避免不合理的壽命分布。因此，它能夠減少試驗(yàn)樣機(jī)的數(shù)量，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，進(jìn)而降低開(kāi)發(fā)成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
要得到帶孔板的疲勞壽命，必須先得到帶孔板的應(yīng)力場(chǎng)。對(duì)于帶孔板來(lái)說(shuō)，特別突出的一個(gè)問(wèn)題就是邊界區(qū)域的應(yīng)力集中問(wèn)題。準(zhǔn)確的求解孔邊的應(yīng)力是很困難的，特別是對(duì)于一些復(fù)雜孔形。因此，借助于有限元軟件MSC.Patran對(duì)帶孔板進(jìn)行應(yīng)力分析，再借助于疲勞分析軟件MSC.Fatigue對(duì)帶孔板進(jìn)行疲勞壽命仿真。
1 試件材料參數(shù)
采用材料為L(zhǎng)Y12-CZ的中心開(kāi)孔鋁板，帶孔板的名義厚度為4mm，長(zhǎng)度方向?yàn)檐堉品较?，具體尺寸如圖1所示。
2 帶圓孔板的疲勞壽命仿真
仿真的流程如圖2所示。
a)應(yīng)力場(chǎng)仿真：
1)計(jì)算模型：在進(jìn)行有限元分析時(shí)，取試件中間30mm的部分建立有限元模型進(jìn)行分析，如圖3所示，顯示的是1/2模型。
展開(kāi) 基于ANSYS經(jīng)典界面的帶孔薄板的自適應(yīng)網(wǎng)格劃分
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【問(wèn)題描述】
一塊帶孔方板，一端固定，另外一端施加分布?jí)毫Γ笃渲械膽?yīng)力分布。
已知方板長(zhǎng)200mm,寬100mm，在正中間鉆一通孔，半徑為10mm。
【問(wèn)題分析】
靜力學(xué)問(wèn)題，平面應(yīng)力，最簡(jiǎn)單的線彈性問(wèn)題。
為了得到問(wèn)題的真實(shí)解，需要細(xì)分網(wǎng)格。
如果對(duì)整體細(xì)分網(wǎng)格，則會(huì)面臨一個(gè)問(wèn)題：在左邊固定端的上下角點(diǎn)處，由于應(yīng)力集中，此處的應(yīng)力會(huì)隨著網(wǎng)格劃分細(xì)密而無(wú)限增大。真正應(yīng)該細(xì)分的是中間空周圍。
如果是手工劃分方式來(lái)細(xì)分網(wǎng)格，也是可行的。不過(guò)這要手工細(xì)分多次，這里使用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分方法來(lái)自動(dòng)細(xì)分網(wǎng)格。
為了只對(duì)中間關(guān)注區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分，這里把整個(gè)面分為三部分，然后選中中間一塊面，對(duì)它進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。
計(jì)算的結(jié)果就是收斂的結(jié)果，不需要再次細(xì)分網(wǎng)格。
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1. 建模
（1.1）創(chuàng)建單元類型，設(shè)置材料模型
/PREP7
ET,1,PLANE42
MP,EX,1,2e11
MP,PRXY,1,0.3
上述命令確定用PLANE42單元來(lái)建模，并給出了彈性模量和泊松比。
（1.2）繪制帶孔方板
RECTNG,0,0.03,0,0.1
RECTNG,0.03,0.17,0,0.1
RECTNG,0.17,0.2,0,0.1
AGLUE,ALL
CYL4,0.1,0.05,0,,0.01
ASBA,4,2
上述命令首先以此創(chuàng)建三個(gè)相連的面，然后把它們粘接在一起，接著在中間創(chuàng)建一個(gè)圓面，然后減去該圓面，從而得到帶孔的方板模型。
展開(kāi) ANSYS經(jīng)典界面自適應(yīng)網(wǎng)格案例—帶孔板受力
【問(wèn)題描述】
一塊帶孔方板，一端固定，另外一端施加分布?jí)毫Γ笃渲械膽?yīng)力分布。
已知方板長(zhǎng)200mm,寬100mm，在正中間鉆一通孔，半徑為10mm。
【問(wèn)題分析】
靜力學(xué)問(wèn)題，平面應(yīng)力，最簡(jiǎn)單的線彈性問(wèn)題。
為了得到問(wèn)題的真實(shí)解，需要細(xì)分網(wǎng)格。
如果對(duì)整體細(xì)分網(wǎng)格，則會(huì)面臨一個(gè)問(wèn)題：在左邊固定端的上下角點(diǎn)處，由于應(yīng)力集中，此處的應(yīng)力會(huì)隨著網(wǎng)格劃分細(xì)密而無(wú)限增大。真正應(yīng)該細(xì)分的是中間空周圍。
如果是手工劃分方式來(lái)細(xì)分網(wǎng)格，也是可行的。不過(guò)這要手工細(xì)分多次，這里使用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分方法來(lái)自動(dòng)細(xì)分網(wǎng)格。
為了只對(duì)中間關(guān)注區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分，這里把整個(gè)面分為三部分，然后選中中間一塊面，對(duì)它進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。
計(jì)算的結(jié)果就是收斂的結(jié)果，不需要再次細(xì)分網(wǎng)格。
1. 建模
1.1創(chuàng)建單元類型，設(shè)置材料模型
/PREP7
ET,1,PLANE42
MP,EX,1,2e11
MP,PRXY,1,0.3
上述命令確定用PLANE42單元來(lái)建模，并給出了彈性模量和泊松比。
1.2繪制帶孔方板
RECTNG,0,0.03,0,0.1
RECTNG,0.03,0.17,0,0.1
RECTNG,0.17,0.2,0,0.1
AGLUE,ALL
CYL4,0.1,0.05,0,,0.01
ASBA,4,2
上述命令首先以此創(chuàng)建三個(gè)相連的面，然后把它們粘接在一起，接著在中間創(chuàng)建一個(gè)圓面，然后減去該圓面，從而得到帶孔的方板模型。
這里把整體劃分為三個(gè)部分，是為了只對(duì)中間部分進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分，因?yàn)榛诹W(xué)理論我們知道，中間圓形周圍才是最危險(xiǎn)處。如果我們對(duì)整體細(xì)分網(wǎng)格，會(huì)發(fā)現(xiàn)固定端角落點(diǎn)的應(yīng)力會(huì)無(wú)限上升，這將使得自適應(yīng)網(wǎng)格劃分失去意義。
1.3劃分網(wǎng)格
SMRT,OFF
AMESH,ALL
上述命令對(duì)整體劃分網(wǎng)格。
展開(kāi) 2006年會(huì)msc.dyran--等效載荷法分析帶孔加筋板架在空爆作用下的破壞模式
等效載荷法分析帶孔加筋板架在空爆作用下的破壞模式
等效載荷法分析帶孔加筋板架在空爆作用下的破壞模式.pdf
帶孔洞板的裂紋擴(kuò)展及斷裂仿真
本篇案例采用相場(chǎng)損傷模型模擬了帶孔洞板的裂紋擴(kuò)展及斷裂過(guò)程，模擬結(jié)果如下：
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B站子程序VUMAT，帶孔復(fù)合材料拉伸
ANSYS與ABAQUS比較之實(shí)例8---帶孔平板的熱應(yīng)力分析1
【問(wèn)題描述】
一個(gè)帶孔平板結(jié)構(gòu)如下圖
該平板上邊沿固定，左右兩邊是滾動(dòng)支座支撐。該板的初始溫度是25度，現(xiàn)在要求當(dāng)溫度升高到150度時(shí)，板中的應(yīng)力分布。
已知：材料的彈性模量是2e9pa, 泊松比是0.3,熱膨脹系數(shù)是1.35e-5/度。
【問(wèn)題分析】
1.
分析類型。這是一個(gè)平面應(yīng)力問(wèn)題，應(yīng)力的產(chǎn)生是因?yàn)闇囟鹊淖兓瘜?dǎo)致產(chǎn)生了熱應(yīng)變，而該熱應(yīng)變又被約束限制導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生。
2.
非線性考慮。只有一個(gè)物體，不存在接觸非線性；沒(méi)有材料非線性；沒(méi)有幾何非線性?？傊@就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的線彈性分析。
3. 幾何建模。由于該結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，只取一半研究。
4.
邊界條件。除了常規(guī)的位移邊界條件以外，對(duì)該板施加預(yù)定義溫度場(chǎng)25度，而在第一個(gè)分析步修改該溫度場(chǎng)的溫度為150度。
【求解過(guò)程】
1. 創(chuàng)建部件
只取一半建模，它是一個(gè)二維的可變形部件。
2. 定義材料屬性
只需要定義彈性模量，泊松比及線膨脹系數(shù)。
3. 定義截面屬性
創(chuàng)建均質(zhì)的實(shí)體截面，并將上述材料屬性賦予給它，然后將該截面屬性賦予給前面的部件。
4. 裝配部件
唯一的部件，導(dǎo)入到裝配即可。
5.設(shè)置分析步
兩個(gè)分析步。
新創(chuàng)建的分析步是最一般的靜力學(xué)通用分析步。
6.定義載荷和邊界條件
首先定義位移邊界條件，在初始分析步中，固定上邊，左右兩邊施加X(jué)方向的位移限制。
使用預(yù)定義場(chǎng)確定溫度。
對(duì)整塊板施加25度的初始溫度。
在第一個(gè)分析步將該溫度修改為150度
7.劃分網(wǎng)格
使用2mm的單元尺寸劃分網(wǎng)格如下圖
8.定義并提交作業(yè)
定義作業(yè)并提交
9.后處理
查看150度時(shí)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布
可見(jiàn)，在應(yīng)力集中處應(yīng)力最大，達(dá)到5.5Mpa左右。
來(lái)源：宋博士的博客，版權(quán)歸作者所有。
展開(kāi) Abaqus纖維復(fù)合材料帶孔板層合板拉伸仿真模型 ￥89
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Abaqus纖維復(fù)合材料帶孔板層合板拉伸仿真模型!
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模擬過(guò)程采用3d puck子程序
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內(nèi)附VUMAT子程序，inp文件及ODB文件
</div><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202504/attachment/83a0530cf0f442ea88ccb4c9d4c4d4b1.jpg" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202504/attachment/83a0530cf0f442ea88ccb4c9d4c4d4b1.jpg" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202504/attachment/83a0530cf0f442ea88ccb4c9d4c4d4b1.jpg?
展開(kāi) 東北師范大學(xué)趙銳等《ACS AMI》：連通介孔通道助力聚合物/MOFs復(fù)合靜電紡纖維快速、高效捕獲水中抗生素分子
（a, b）帶孔的ZIF-8/PAN復(fù)合纖維的制備過(guò)程示意圖。（c）ZIF-8與PAN、PVP的結(jié)合能。（d）帶孔的ZIF-8/PAN復(fù)合纖維的宏觀圖片。（e, f）帶孔的ZIF-8/PAN復(fù)合纖維的SEM圖。（g）ZIF-8的結(jié)構(gòu)圖。（h）帶孔的ZIF-8/PAN復(fù)合纖維的多維尺寸。
針對(duì)上述問(wèn)題，東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院趙銳等人將聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）作為造孔犧牲模板劑在ZIF-8/聚丙烯腈（PAN）混合電紡纖維上構(gòu)筑連通的介孔通道。PVP不但可以作為造孔劑還在MOFs合成過(guò)程中起到降低ZIF-8顆粒尺寸的作用，增加ZIF-8與PAN的接觸面積、提高相容性。相比于以往聚合物/MOFs混紡纖維的合成中MOFs材料要提前合成好再加入到紡絲液中，本研究中的MOFs合成液可以直接用來(lái)溶解高分子獲得紡絲液，纖維制備過(guò)程更加簡(jiǎn)單、高效。通過(guò)DFT理論計(jì)算得知ZIF-8與PAN的結(jié)合能要大于ZIF-8與PVP的結(jié)合能，因此在模板劑PVP洗脫的過(guò)程中ZIF-8穩(wěn)定負(fù)載于PAN上、并未隨PVP一起洗脫下來(lái)，最后獲得了帶孔的ZIF-8/PAN復(fù)合纖維。
圖2. 獲得的纖維吸附劑對(duì)于四環(huán)素的吸附動(dòng)力學(xué)曲線（a）、等溫吸附曲線（b）以及吸附-脫吸附循環(huán)（c）。
圖3. 帶孔的ZIF-8/PAN復(fù)合纖維吸附四環(huán)素的作用示意圖。
由于連通介孔通道的存在，纖維內(nèi)外的ZIF-8都可以與水中抗生素分子充分接觸，提高ZIF-8的利用率。由于PAN作為高分子骨架的負(fù)載作用，ZIF-8在纖維上也可以穩(wěn)定地存在、不易脫落。以四環(huán)素作為抗生素的模型分子，研究了制備的材料對(duì)于四環(huán)素的吸附性能。
展開(kāi) 
用WELSIM分析帶孔平板結(jié)構(gòu)
結(jié)果如下：
獲得應(yīng)力和變形值以后，一個(gè)基本的孔板分析也就完成了。這里我們最大的von-Mises應(yīng)力是2.79e8，結(jié)合材料的許用應(yīng)力，我們就知道設(shè)計(jì)是否合理了。
WELSIM有限元仿真官方QQ群：428410872
長(zhǎng)按二維碼訂閱WELSIM
帶孔平板結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析
結(jié)果如下：
獲得應(yīng)力和變形值以后，一個(gè)基本的孔板分析也就完成了。這里我們最大的von-Mises應(yīng)力是2.79e8，結(jié)合材料的許用應(yīng)力，我們就知道設(shè)計(jì)是否合理了。
【機(jī)械設(shè)計(jì)】滾動(dòng)軸承與軸和外殼孔的配合公差帶，絕對(duì)的干貨！
為了防止軸承與軸、外圈與外殼孔在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不應(yīng)有的相對(duì)滑動(dòng)，必須選擇正確的配合。通常軸與內(nèi)圈采用適當(dāng)?shù)木o配合是防止軸與內(nèi)圈相對(duì)滑動(dòng)的最簡(jiǎn)單而有效的方法。特別是對(duì)于軸承的薄壁套圈，采用適當(dāng)?shù)木o配合可使軸承套圈在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受力均勻，以致軸承的承載能力得到充分的發(fā)揮。但是軸承的配合又不能太緊，因內(nèi)圈的彈性膨脹和外圈的收縮使軸承徑向游隙減小以至完全消除，從而影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
軸承內(nèi)徑d與軸的配合，取基孔制，但公差帶位于零線下方，即上偏差為零，與一般基孔制相比，在同名配合之下，更易獲得較為緊密的配合。外徑D與外殼孔的配合取基軸制，其公差帶與一般基軸制一樣，位于零線下方，上偏差為零，但與一般公差制度相比，其公差帶不完全一樣。軸承與孔的配合與軸相比一般較松。
軸承與軸和外殼孔配合的常用公差帶如下圖：
軸承與軸和外殼孔配合的常用公差帶選用：
部分內(nèi)容摘錄于 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第五版 成大先主編
免責(zé)聲明：本文系網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有。如涉及版權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系刪除！文中內(nèi)容僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，轉(zhuǎn)載不同于本平臺(tái)認(rèn)同或者持有相同觀點(diǎn)。
展開(kāi) 高手帶你分析、優(yōu)化高速差分過(guò)孔之間的串?dāng)_問(wèn)題
但在某些設(shè)計(jì)中，高速差分過(guò)孔之間也會(huì)產(chǎn)生較大的串?dāng)_，本文對(duì)高速差分過(guò)孔之間的產(chǎn)生串?dāng)_的情況提供了實(shí)例仿真分析和解決方法。
高速差分過(guò)孔間的串?dāng)_
EDA365電子論壇
對(duì)于板厚較厚的PCB來(lái)說(shuō)，板厚有可能達(dá)到2.4mm或者3mm。以3mm的單板為例，此時(shí)一個(gè)通孔在PCB上Z方向的長(zhǎng)度可以達(dá)到將近118mil。如果PCB上有0.8mm pitch的BGA的話，BGA器件的扇出過(guò)孔間距只有大約31.5mil。
如圖1所示，兩對(duì)相鄰差分過(guò)孔之間Z方向的并行長(zhǎng)度H大于100mil，而兩對(duì)差分過(guò)孔在水平方向的間距S=31.5mil。在過(guò)孔之間Z方向的并行距離遠(yuǎn)大于水平方向的間距時(shí)，就要考慮高速信號(hào)差分過(guò)孔之間的串?dāng)_問(wèn)題。
順便提一下，高速PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該盡可能最小化過(guò)孔stub的長(zhǎng)度，以減少對(duì)信號(hào)的影響。如下圖所1示，靠近Bottom層走線這樣Stub會(huì)比較短。或者可以采用背鉆的方式。
圖1：高速差分過(guò)孔產(chǎn)生串?dāng)_的情況（H>100mil, S=31.5mil ）
差分過(guò)孔間串?dāng)_的仿真分析
EDA365電子論壇
下面是對(duì)一個(gè)板厚為3mm，0.8mm BGA扇出過(guò)孔pitch為31.5mil，過(guò)孔并行距離H=112mil的設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行的仿真。
展開(kāi) 