受力的案例
預應力混凝土受彎構件受力及工作階段
這個筆記follow著課程進度[5/3/2021至5/9/2021 Week 9], 簡要描述了預應力混凝土受彎構件受力及工作階段, 內容僅為教學使用.
預應力混凝土結構的概念(Prestressed Concrete)
預加應力的方法與設備(Prestressed Concrete)
持久狀況計算
預應力混凝土受彎構件從預加應力到承受外荷載直至最后破壞，可分為三個主要受力階段：(1)施工階段; (2)使用階段; (3)破壞階段。下面分別加以介紹.
2 施工階段
施工階段依構件受力條件不同，又可分為預加應力階段和運輸、安裝階段等兩個階段。(1) 預加應力階段
從預加應力開始，至預加應力結束(即傳力錨固)為止的受力階段。構件所承受的作用：偏心預壓力（預加應力的合力）Np；梁的一期恒載（自重荷載）G1。
預加應力階段截面應力分布
(2) 運輸、安裝階段
預應力混凝土構件（預制構件）運輸至橋梁工地、安裝施工到成橋的受力階段。由于預應力損失會增加，預加應力的合力值Np要比預加應力階段小；預制梁安裝施工時，梁的自重作用應計入1.20或0.85的動力系數。
3 使用階段
指橋梁建成營運通車整個工作階段。a)荷載作用下的梁; b)預加力Np作用下的應力; c) 一期恒載G1作用下的應力; d) 二期恒載G2作用下的應力; e) 活載作用下的應力; f) 各種作用所產生的應力之和.
使用階段各種作用下的截面應力分布
(1) 加載至受拉邊緣混凝土預壓應力為零
構件僅在永存預加力Np（即永存預應力σpe的合力）的作用下，其下邊緣混凝土的有效預壓應力為σpc。當構件加載至某一特定荷載，其下邊緣混凝土的預壓應力恰被抵消為零，此時在控制截面上所產生的彎矩M0稱為消壓彎矩。
展開 基于ANSYS的曲軸受力分析與改進
3.受力分析
3.1對左曲軸的受力分析
左曲軸180°范圍內受力情況，受力大小為200，采用Press面壓力；右側180范圍內受力情況為20.其受力情況如圖所示。
對其進行分析計算，其變形情況如同所示，受力云圖如圖所示。
可見在左側受力時軸的左側根部受力情況最大，容易發生破壞,右側較小。
3.2對左側90°范圍內受力情況如圖所示
內應力如圖所示，結果顯示根部受力最大。
3.3對左側在壓縮沖程結束后做受力情況如同所所示
變形情況如圖所示
4.對右曲軸的受力分析
右曲軸180°范圍內受力情況，受力大小為200，采用Press面壓力；左側180范圍內受力情況為20.其受力情況如圖所示。
對其進行分析計算，其變形情況如同所示,可見在受力情況如圖所示。
右側受力時候同樣軸的根部受力情況最大，容易發生破壞.
5.改進方法及受力分析
為了改進以上的缺點，在曲軸的收應力最大的地方采用倒角的方法進行該進。本次結構倒角處采用到直角邊長為2.其結構圖如圖所示
再對相同地方，相同時刻進行受力分析，受力以及大小如圖所示。
5.1左側180°范圍內受力
分析結果如圖所示
5.2右側90°范圍內受力
受力云圖如圖所示。
5.3右側180°范圍內受力
6.結果
通過以上分析可以發現在軸類零件的結構中，在軸肩的根部進行倒直角或者倒圓角可以明顯減少零件的內應力情況，以提高零件的壽命，這對機械的壽命延長起
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展開 軸心受力構件簡述
軸心受力構件分為軸心受拉和軸心受壓兩類，即為拉桿和壓桿。當壓桿為豎向桿件并用以支撐屋蓋或樓蓋時常稱為柱，或軸心受壓柱。軸心受力桿件應用于各種平面和空間桁架，是組成桁架的主要承重構件。軸心受壓構件還常用作支撐其他結構的承重柱。
拉桿的破壞主要是鋼材屈服或被拉斷，屬于強度破壞。壓桿的破壞主要是構件失去整體穩定性（即屈曲）或組成壓桿的板件局部失去穩定性，當構件上有螺栓孔等使截面削弱時，也可能因強度不足而破壞。因此對壓桿要計算構件的1）整體穩定性、2）組成構件的局部穩定性和3）截面的強度三項內容；而對拉桿只計算強度。以上均屬于按承載力能力極限狀態計算，計算時采用荷載的設計值。
軸心受力構件中與受力相對應的變形是伸長或壓縮。在正常使用狀態下，最大應變接近千分之一，值非常小，因此軸心受力構件不要求驗算其軸向變形。但對軸心受力構件要限制其長細比，不超過某容許值，此條件稱為剛度條件。
軸心受力構件的截面形式中，圓鋼因截面回轉半徑小，只宜作拉桿；鋼管可用作拉桿或壓桿；單角鋼截面兩主軸與角鋼邊不平行，如用角鋼邊與其他構件相連，不易做到軸心受力，因而常用作次要構件或受力不大的拉桿；軋制普通工字鋼因兩主軸方向的慣性矩相差較大，對其較難做到等剛度。熱軋H型鋼由于翼緣寬度較大，且為等厚度，常用作柱截面。熱軋T型鋼用作桁架的弦桿，可節省連接用的節點板。
應用最多的是利用型鋼或鋼板焊接而成的實腹式組合截面。當受壓構件的荷載并不太大而長度較長時，為了加大截面的回轉半徑，可采用軋制型鋼由綴件相連而成的格構式組合截面。
展開 【iSolver案例分享41】承力方梁受力分析
【iSolver案例分享41】承力方梁受力分析
1. 引言：
iSolver為一個完全自主的面向工程應用的通用結構CAE軟件，對標Nastran/Ansys/Abaqus，以結構有限元分析為核心，具有靜力、模態、穩態、瞬態、非線性、多物理場等常用分析類型，兼容商軟模型接口，精度和商軟完全一致，并支持基于Python及C++的二次開發，快速集成客戶自研算法和分析流程，幫助客戶實現自研程序的商業化包裝和推廣，可用于航天、航空、船舶、汽車、機械、電子等各個領域。
本文以承力方梁受力分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2. 模型背景
此案例為某型承力方梁的靜力學分析，分析對象為不規則三維實體結構，為保證最大限度將模型劃分為六面體網格，需要將模型進行適當切分。該多承力方梁結構材料為鋼，其彈性模量為200000MPa，泊松比為0.33。
3. 建模
考慮到結構的減重設計和模塊化設計，方梁進行了相應的開槽和挖孔設計，結構具體形狀如下：
由于方梁結構形式較為明確，為保證模型的求解精度和求解效率，整體采用六面體網格劃分，單元類型選用實體單元C3D8R，模型共劃分為304383個節點和243304個單元。有限元網格如下圖所示。
模型采用毫米單位制，材料屬性設置如下：
方梁假設受載形式為兩端固支、中心承壓，則約束條件為模型左右兩側約束六個自由度，載荷條件為模型頂部施加40MPa的壓強載荷。
4.
展開 
FEA分析中自由受力圖的功用
如果你在有限元分析中處理靜力問題，有一個基礎工具能幫助你實現許多功能：自由受力圖（Free Body Diagram）。
對于一個有限元分析工程師，FBD可能并不是一個陌生的名詞。但絕大多數工程師可能并不完全了解FBD的工作原理，本文將介紹自由受力圖的具體工作原理與使用方法。
注：對于動態問題，FBD同樣可以發揮作用，特別是對于移動與旋轉的速度與加速度問題。
什么是自由受力圖？
在力學系統中，一般認為主要是包含一系列的相互連接的部件與結構單元。一般而言，將系統分布各個部分是有助于簡化分析的，但如果一開始就將所有部件與單元納入分析列表中，則問題就會變得非常復雜。因此，工程師使用了一種簡便的方法，將一個子系統的受力結構觀念化為一個可以移除的虛擬部件，并且將這種方法命名為自由受力圖（The Free Body Diagram）。
自由受力圖在有限元分析中的作用非常重要，下面以一個具體的實例作簡要說明。
怎樣畫自由受力圖？
在自由受力圖中，首先需要將一個實際的物理實體簡化為線或矩形，而力與扭矩則會施加在單元結點上，這些結點將各個獨立的單元連接，同時擁有一些特定的材料屬性。
對于力與扭矩的加載，不管在現實中是外部還是內部，在自由受力圖中統一作于單元內部，并且大小與長度成一定比例。
例：梁的自由受力圖
對于下圖中的模型，畫出其自由受力圖：
將梁簡化為線；
將墻去除，取而代之的是端點處施加力與扭矩；
在梁的另一端點處施加力。
由于墻對于梁所施加的力與扭矩的大小并不知道，但如果將梁假設為一個均勻固定的單元，則可以依據一定的平衡條件計算出來：
Fh = 0
Fv = -2kN
M = 2K * 2 = 4 KN.m
對于此模型，平衡方程非常簡單，所以FBD圖的作用也體現的并不明顯。
展開 基于SimSolid的扳手受力分析
1 問題描述
要分析的扳手模型如圖，模型由前后兩部分組成，一部分為不銹鋼管，管前端與各類接頭相連，后部為7075鋁合金，具有電子設備倉，手握后部把手處施力。需要通過受力分析，確定該把手結構手握處能允許的最大受力。
由于有結構復雜的電子設備倉，用傳統有限元方法在網格劃分時會遇到幾何處理難和網格數量大的困難，這在很多有限元分析問題中都是常見的問題。使用SimSolid無網格法分析，輕松避免了這些問題，提升了產品設計效率。
2 分析過程
首先，導入幾何模型、建立材料數據并賦予材料屬性。
SimSolid在幾何導入時能根據用戶設置的間距值自動建立接觸約束。這里接觸類型都選擇默認的綁定約束。
因為要分析的問題是一個靜力問題，所以建立結構線性分析步。
在圓管的外端面建立固定約束。
在手握處根據實際情況施加軸承載荷（bearing load）。軸承載荷會在圓柱面上建立非均勻的壓力分布。SimSolid施加軸承載荷非常方便，可以通過矢量方向定義力的方向，并且可以通過角度來設置圓柱面上受力的范圍。
手握處一共有四個圓柱面，給每個圓柱面施加一個x軸正向的、作用角度60°的一個軸承載荷。因為最大受力是未知的，所以將每個圓柱面的受力大小先假定為25N進行試算，即四個圓柱面總受力為100N。
四個圓柱面的軸承載荷均已設置完。這時幾何、材料、分析類型、邊界條件和載荷都已經設置完成，可以進行運算了。
不到10秒鐘，結果已經計算出來了。在受力100N的情況下，可以看到把手處變形為1.4mm，最大應力為圓管側面處的45MPa。
展開 斜梯扶手受力分析
3、觀測位置參數：對于網格劃分有限元分析，其受力點與底部約束位置應力分別為：22.517Mpa，39.64Mpa，受力點位移為2.85mm，通過SimSolid獲取相應位置應力分別為：21.89Mpa，37.97Mpa，受力點位移為2.57mm，綜合看兩者結果相差不大，均可做為設計參考。
綜合本次模擬結果分析可知，對于設計周期有限，結構相對簡單的產品設計，可以通過使用SimSolid進行分析，已到達節省設計周期，降低生產成本的目的。
如何區分受力筋和分布筋？工地8類鋼筋總結！
1
受力筋
指布置在梁或板的下部承受拉力的那部分鋼筋及抗剪切的起彎筋、吊筋等。怎么樣區分板的受力筋和分布筋？
（1）以板的開間、進深跨度區分：如果是單項板，那么平行于短跨方向的鋼筋是受力筋，平行于長跨方向的鋼筋是架立筋。如果是雙向板，那么長跨、短跨方向的鋼筋全部是受力筋。
（2）以鋼筋直徑上來區分：鋼筋的直徑大的為受力筋，直徑小的鋼筋為分布筋。
（3）以布置上來區分：正彎矩筋布置在下的鋼筋為受力筋，在之上垂直分布的鋼筋為分布筋，負彎矩筋（如懸挑板 ）相反，在下的鋼筋為分布筋，在之上的鋼筋為受力筋。
2
分布筋
出現在板中，布置在受力鋼筋的上部，與受力鋼筋垂直。作用是固定受力鋼筋的位置并將板上的荷載分散到受力鋼筋上，同時也能防止因混凝土的收縮和溫度變化等原因，在垂直于受力鋼筋方向產生的裂縫，屬于構造鋼筋。（滿足構造要求，對不易計算和沒有考慮進去的各種因素，所設置的鋼筋為構造鋼筋。）
展開 MATLAB實戰 | 平面桁架結構受力分析
以節點E為例，其受力如圖7-4所示。
關于Z型路燈受力情況分析
本次分析選擇十級風壓進行處理，根據相關風壓換算，折算其受力為4.5E-4MPa。因此該模擬方案選擇將路燈底部螺栓孔進行全約束，在Z型路燈側面水平施加4.5E-4MPa載荷。具體約束及受力情況如圖2.1所示。
圖2.1 受力分布
三 模擬仿真
3.1 網格法有限元分析
通過使用有限元軟件Workbench對數模進行自動網格劃分，使用接觸方式自動對零件進行連接，并完成材料屬性賦予工作，最后將處理后得到的文件添加施加約束與載荷，并進行運算。最大應力為20.87MPa,最大位移量為1.6mm其云圖結果如圖3.1所示。
a應力分布云圖
b 位移分布云圖
圖3.1 分析云圖
3.2 無網格法有限元分析
通過使用SimSolid直接與設計軟件對接，將數模導入SimSolid中，對數模進行材料賦予，并使用靜力分析模式對數模進行處理，該數模連接未采用軟件自帶自動接觸連接，采用手動增添焊接模式進行連接，并根據相關條件進行約束與載荷施加，最后進行運算。最大應力為54.49MPa,最大位移量為1.43mm其云圖結果如圖3.1所示。
a應力分布云圖
b 位移分布云圖
圖3.2 分析云圖
四 結論
通過使用兩種不同軟件對Z型路燈進行分析，查看其相同位置受力情況，得出以下結論。
展開 【經典案例欣賞11】增大截面法加固柱偏壓受力分析（考慮二次受力）
項目難點：
1、二次受力設置；
2、新舊混凝土截面接觸設置；
3、精細建模。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
基于NASTRAN有限元技術在八輥磨粉機的受力分析與應用
圖3 小孔、小圓角造成的分格瑕疵
圖4 上部支撐梁網格劃分優化前后比較
5 添加仿真條件
根據之前的受力分析在相應位置添加仿真條件：因為底座是固定在樓板或者專用支架上面，因此在底座的底面相應位置添加固定約束；因為機架機構中，主要的受力結構是底座，所以放棄支撐梁與底座的螺栓連接方式，直接把面對面粘接仿真約束添加到底座與上、下支撐梁相應的接觸面上，如圖5。
圖5 添加相應位置仿真對象類型
在底座的中間懸臂位置，研磨機構與該部分的接觸面上，添加向下作用力4 100 N，并同時添加對稱方向作用力及另一側底座該位置的作用力，共4處（圖6A）；在底座下部平臺部分與研磨機構接觸面上添加向下作用力4 100 N，并同時添加對稱方向作用力及另一側底座該位置的作用力，共4處（圖6B）；在上部懸臂梁與喂料結構連接的相應位置添加向下作用力865 N，同樣有相應4處需要添加（圖6C）。
圖6 相應位置添加受力
6 結算方案求解
對模型進行求解操作，此時注意，沒有賦予材料、沒有受力或者約束、沒有固定基準都會造成計算無法進行。經過計算求解得到相應分析結果位移圖7，應力-單元分析圖8。通過圖8，發現有應力集中單元，最大應力19.3 MPa,出現在中間懸臂根部位置；上部懸臂梁最大應力14.5 MPa,雖然受力較小但是范圍較大，因此主要分析這兩個位置是否滿足相應要求。根據查詢國家標準，表1灰鑄鐵力學性能要求，單鑄試棒最小抗拉強度為225 MPa,以及鑄件本體預期抗拉強度195 MPa,并且鑄鐵屬于脆性材料，需要以強度極限為基準，除以安全系數后得許用應力，即[σ]=σb/n(n=2-5)，其中n為安全系數，根據表2，確認底座主要承受重力帶來的靜載荷，所以n取值4。
展開 IPS—線束和軟管的受力與動態三維仿真
線束和管線具有柔性特征，其在外力作用及自身重力影響下的形變和受力狀態，很難依靠經驗進行判斷和確定。這些柔性的形變和受力導致的與周邊干涉、摩擦等缺陷，并不易在車輛裝配或出廠檢測中檢出，這就為車輛將來的安全和正常運行埋下隱患。
產品介紹
IPS（Industrial Path Solution）是由德國工業4.0概念的發起者和倡導者，也是歐洲應用科學研究機構－弗勞恩霍夫協會（Fraunhofer-Gesellschaft）開發的數字化軟件平臺。為管線設計、裝配驗證、人機模擬以及機器人規劃等領域提供解決方案，該平臺目前擁有龐大成熟用戶群，遍布汽車、工業機器、重工機械、消費電子等行業。
主要功能
IPS Cable Simulation是IPS軟件中的重要組成部分，針對汽車、工程機械、摩托車、消費電子等產品中的柔性管路和線纜，能夠根據其不同材質屬性，同時考慮重力條件下，仿真管線的受力以及撓性變形。
可對運動部位的管線實時仿真，動態展示管線的空間變形、彎扭狀態以及應力分布、公差分析，生成掃掠體積模型，同時針對管線上卡扣卡箍等固定點的受力分析，進行發動機周邊管線的振動及疲勞分析。
生成運動管線隨運動部件的運動路徑包絡線和容差包絡線。實時優化與修改，支持與三維軟件的數據橋接，能夠根據設計規則，實現管線自動布置。
建模過程簡單，仿真結果實時顯示，軟件易學上手快。通過在管路和線束的設計階段引入仿真，幫助設計人員獲得可靠的設計結果，減少因設計失誤造成的產品返工，避免潛在風險進入量產，縮短開發周期，節省時間與成本。
展開 受拉構件承載力計算(Tension Member)
1 引言
軸向受力構件根據外載荷是否通過截面形心分為軸心受力構件和偏心受力構件，而軸心受力構件又根據力的作用方向不同分為軸心受拉構件和軸心受壓構件；偏心受力構件也包括偏心受拉構件和偏心受壓構件，也就是通常所說的拉彎構件(Combined Tension and Bending)和壓彎構件。
在過去的章節中主要討論了受壓構件, 如下所示.
壓彎構件
軸心受壓構件的正截面承載力計算 (1)
軸心受壓構件的正截面承載力計算---穩定系數
偏心受壓構件正截面承載力計算 (1)
這個筆記簡要總結了受拉構件的承載力計算. 由于在實際設計中, 基本上不考慮混凝土的抗拉強度, 而通過對受拉構件施加一定的預應力形成預應力混凝土, 因此本章受拉構件的承載力計算主要集中在偏心受拉構件. 這個筆記follow著課程進度[4/19/2021至4/25/2021 Week 7].
From <Bridge Analysis and Design>
2 軸心受拉構件
當縱向拉力作用線與構件截面形心軸線相重合時，此構件稱為軸心受拉構件(Axial Tension)。軸心受拉構件在混凝土開裂前, 混凝土與鋼筋共同承受拉力, 當構件開裂后, 裂縫截面處的混凝土已完全退出工作, 拉力全部由鋼筋承擔; 當鋼筋拉應力達到屈服強度時, 構件到達其極限承載力. <公路橋規>規定軸心受拉構件和小偏心一側縱筋的配筋率(%)應該按毛截面面積計算, 其值應該不小于45f_td/fsd, 同時不小于0.2.
展開 Maxwell 仿真--海爾貝克陣列磁懸浮受力結果
比如，在一些小型磁懸浮實驗裝置或者高精度的磁懸浮運輸系統的研究中，海爾貝克陣列可以作為產生懸浮力的磁場源，提高磁懸浮的效率和穩定性。
仿真分析上面兩組磁體的受力情況
1.磁場分布如圖所示，可以看到中間有三個渦，磁場最小，而磁體的邊界位置磁場最大
2.磁鐵的磁力線如果所示，明顯能夠看到中間位置的磁場較大
3.提取受力結果如圖所示，結果受力為10000N
4.而采用常規的5個磁體統一的方向，提取結果如下圖所示
磁場分布情況
磁力線分布情況
受力結果數值
總結：
海爾貝克陣列對于一側的磁場有明顯的加強，其受力結果有明顯的加強，從2908N到10000N，其數值約增大3倍，所以該方法對于磁懸浮類型的產品有較好的應用價值
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