彎曲載荷
關(guān)注創(chuàng)建者：我是小能 創(chuàng)建時(shí)間：2022-10-11
彎曲載荷的實(shí)例教程
下圖顯示了通過多框架重新啟動(dòng)分析求解彎曲載荷后三維模型上的等效應(yīng)力和總機(jī)械等效應(yīng)變圖：
下圖顯示了使用彎曲載荷求解三維模型后螺紋上的彎曲應(yīng)力圖：
該圖顯示了映射后三維模型螺紋區(qū)域上的接觸壓力圖（MAP2DTO3D，SOLVE）：
正如預(yù)期的那樣，接觸壓力在圓周方向上是均勻的。
以下是分析結(jié)束時(shí)螺紋區(qū)域的接觸壓力圖：
由于彎曲，螺紋連接僅在一側(cè)承受大部分載荷。
此動(dòng)畫顯示了整個(gè)分析過程中螺紋連接的接觸壓力變化：
此動(dòng)畫顯示了完整分析期間的等效應(yīng)力結(jié)果，以及最后一個(gè)加載步（彎曲期間）螺紋連接狀態(tài)的變化：
建議
要執(zhí)行類似的分析，考慮以下提示和建議：
• 每個(gè)90度象限在環(huán)向上至少有八個(gè)單元（即，360度模型的無偏網(wǎng)格中至少有32個(gè)單元），以在2-D到3-D映射（MAP2DTO3D）期間正確再現(xiàn)接觸結(jié)果。
• 如果在2-D到3-D映射期間出現(xiàn)接觸相關(guān)的收斂問題，請(qǐng)嘗試修改一些接觸參數(shù)（例如穿透公差、彈球半徑、FKN、FKT等）。在將節(jié)點(diǎn)和單元解從二維模型映射到三維模型并重新平衡結(jié)果（MAP2DTO3D、SOLVE）之前，必須發(fā)生任何此類接觸參數(shù)變化。
• 若要在三維模型上施加彎曲載荷，請(qǐng)?jiān)诙S模型中創(chuàng)建具有指定導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)的剛性到柔性冗余觸點(diǎn)對(duì)。程序使用導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)施加彎曲載荷。
• 驗(yàn)證三維模型結(jié)果與二維模型結(jié)果非常相似。（預(yù)期差異較小，尤其是接觸結(jié)果。）
展開 引言：
莊茁P64對(duì)剪切自鎖的描述如下圖：
線性單元的邊怎么就不能彎曲了呢？什么叫做不能彎曲？通過圖中第二段文字，可以看出其實(shí)是這種完全積分線性單元在彎曲載荷下產(chǎn)生了剪切應(yīng)變（平面應(yīng)力問題下非零剪切應(yīng)力就一定有非零剪切應(yīng)變），這顯然不是實(shí)際中純彎曲模型的結(jié)果。那為什么在完全積分的情形下它就一定會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)變呢？所以就想一探究竟。
一、完全積分
對(duì)于有限元的基本計(jì)算流程，曾攀08P101有非常詳盡、簡單的描述，我們不再贅述。通俗概括就是：將一個(gè)連續(xù)體劃分成若干單元，對(duì)于任意一個(gè)單元，我們假設(shè)其上的節(jié)點(diǎn)的位移值已知。一個(gè)單元有若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)的位移值可以形成一個(gè)節(jié)點(diǎn)位移向量，相當(dāng)于我們假設(shè)了一個(gè)未知的節(jié)點(diǎn)位移向量（類似于小學(xué)數(shù)學(xué)假設(shè)了一個(gè)未知數(shù)）。然后假設(shè)單元內(nèi)的位移場(chǎng)可以通過形函數(shù)插值表示出來，但形函數(shù)中并不含有未知數(shù)，是以節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)為系數(shù)的一些多項(xiàng)式。這樣我們就得到了一個(gè)假設(shè)的位移場(chǎng)?；谶@個(gè)假設(shè)的位移場(chǎng)，代入幾何方程中就得到了節(jié)點(diǎn)位移矢量和形函數(shù)一起表示的應(yīng)變場(chǎng)，進(jìn)一步代入本構(gòu)方程就得到了應(yīng)力場(chǎng)?；谶@些場(chǎng)，結(jié)合虛功原理就可以列出一個(gè)剛度方程，該方程以剛度矩陣為系數(shù)（積分就發(fā)生在這里，剛度矩陣需要積分得到），以上面設(shè)的節(jié)點(diǎn)位移向量為未知數(shù)，方程右邊是通過邊界條件給出的節(jié)點(diǎn)載荷。解這個(gè)剛度方程就得到了節(jié)點(diǎn)位移向量。
單元的剛度矩陣由下式積分得到：
（四節(jié)點(diǎn)矩形單元應(yīng)該是8×8)
該式中的omiga表示單元的空間域，B是形函數(shù)對(duì)空間坐標(biāo)的偏導(dǎo)，D是本構(gòu)矩陣，這些矩陣中都不含節(jié)點(diǎn)位移矢量，各種矩陣相乘后得到的8×8矩陣中每一個(gè)元素都是一個(gè)三元函數(shù)。
然而我們?cè)诔绦蛑袥]法對(duì)BT*D*B矩陣每一個(gè)元素進(jìn)行解析積分，只能依靠數(shù)值積分手段。在ABAQUS這個(gè)軟件中，所采取的是高斯積分公式。
展開 我們可以通過在一側(cè)加固對(duì)角梁，同時(shí)在另一側(cè)削弱對(duì)角梁，為彎曲荷載工況引入扭轉(zhuǎn)度。這樣做會(huì)破壞對(duì)稱性，使塔頂響應(yīng)彎曲載荷而扭轉(zhuǎn)。對(duì)于扭轉(zhuǎn)載荷工況，可以通過加強(qiáng)對(duì)角梁來減小扭轉(zhuǎn)度。
繪制了彎曲載荷工況（左）和扭轉(zhuǎn)載荷工況（右）的扭轉(zhuǎn)靈敏度。
傾斜度和扭轉(zhuǎn)度對(duì)水平梁的變化都不敏感，這表明可以移除它們，從而降低結(jié)構(gòu)的成本。然而，這將導(dǎo)致垂直梁的長度加倍，結(jié)構(gòu)將變得更容易受到局部屈曲的影響。
本文來自：COMSOL
今天對(duì)于這個(gè)薄壁件（壁厚1mm），我建立6個(gè)模型分別是：1 共節(jié)點(diǎn)2kinematic coupling 3MPC BEAM 4MPC Link 5 MPC Tie 6 MPC Pin ，分別用7種方式處理這個(gè)連接，每個(gè)模型建立三個(gè)分析步，第一個(gè)分析步施加拉伸載荷，第二個(gè)分析步施加豎向載荷產(chǎn)生彎矩，第三個(gè)分析步施加扭轉(zhuǎn)載荷，如圖二所示。
圖2 三種載荷工況
結(jié)果分析
求解過程中，使用MPC-Pin和MPC-Link的兩個(gè)模型算到第二步（彎曲載荷）時(shí)第一個(gè)增量步不收斂，其余模型順利計(jì)算完成。究其原因，我們知道桿單元是不能承受彎曲載荷的，這里的Link便是將兩節(jié)點(diǎn)使用剛性桿單元連起來，而Pin是將兩節(jié)點(diǎn)的三個(gè)平移自由度綁定到一起，也不能承受彎曲載荷。同樣扭矩載荷也是不收斂的。
再看看拉伸載荷工況結(jié)果：6種處理方式在拉伸載荷下結(jié)果幾乎是一致的，可見，它們均可傳遞拉力載荷。
圖3 拉伸載荷應(yīng)力云圖
彎曲載荷工況結(jié)果：剩下四種方法應(yīng)力大小及分布也是幾乎一致的。
圖4 彎曲載荷應(yīng)力云圖
再看扭轉(zhuǎn)載荷工況結(jié)果：四種方法得到的應(yīng)力大小及分布也是幾乎一致的。
展開 其中： Se ——修正后的疲勞極限
Sbe——通過抗拉強(qiáng)度計(jì)算得到的疲勞極限
CL——載荷類型修正系數(shù)
CS——表面光潔度修正系數(shù)
CD——尺寸修正系數(shù)
CR——可靠性水平修正系數(shù)
本文主要對(duì)CL、CS、CD、CR四個(gè)修正系數(shù)進(jìn)行討論，并給出這幾個(gè)系數(shù)取值的經(jīng)驗(yàn)方法。
1、 載荷類型修正系數(shù)CL
S-N曲線通常是通過對(duì)稱彎曲循環(huán)載荷測(cè)試得到的，因此需要根據(jù)實(shí)際構(gòu)件所受載荷的不同，對(duì)S-N曲線進(jìn)行修正。
通常，在軸向載荷的作用下，未開槽構(gòu)件的CL值在0.7~0.9之間。軸向載荷與彎曲載荷之間疲勞極限的差異主要是由于不同加載條件下應(yīng)力梯度不同導(dǎo)致的，在最大公稱應(yīng)力相同的情況下，同一構(gòu)件在軸向載荷下的疲勞極限小于彎曲載荷下的疲勞極限。對(duì)于純軸向載荷，CL值建議為0.9；由于存在加載誤差導(dǎo)致附帶輕微彎曲載荷的軸向載荷，建議CL=0.7.
韌性鋼的疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，扭轉(zhuǎn)載荷下的未開槽構(gòu)件的CL值在0.5~0.6之間，基于Von Mises理論，推薦韌性材料的CL=0.58。鑄鐵在扭轉(zhuǎn)載荷下的CL=0.8。
展開 
彎曲載荷的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
彎曲載荷的最新內(nèi)容
塑料彎曲性能測(cè)試是評(píng)估塑料材料在受到彎曲載荷時(shí)其力學(xué)性能的重要方法。這種測(cè)試不僅對(duì)于材料科學(xué)家、工程師以及產(chǎn)品研發(fā)人員來說至關(guān)重要，也是保證塑料制品質(zhì)量和性能的基礎(chǔ)。
條形鑄鐵平臺(tái)的“骨科體檢”：從墊鐵到灌漿，全套正骨流程2個(gè)月前
平臺(tái)底面與地面必和須緊密著力，不得有虛跨間隙，防止載荷后彎曲變形。
2. 埋設(shè)深度
平臺(tái)的埋設(shè)深度應(yīng)與地面裝飾層持平或略高于3-5mm。
3. 水泥灌漿
先以調(diào)平好的平臺(tái)為基準(zhǔn)，進(jìn)行初調(diào)和拼接，然后水泥灌漿。待水泥漿凝固后，進(jìn)行精調(diào)檢驗(yàn)。
4. 比較終固定
確認(rèn)精度達(dá)標(biāo)后，將所有調(diào)整墊鐵的鎖緊螺母徹和底緊固。對(duì)于地腳螺栓，應(yīng)按對(duì)角線順序均勻擰緊。
圖1(a)彎曲載荷，圖1(b)三點(diǎn)彎曲；圖1(c)彎曲載荷分子動(dòng)力學(xué)模型；圖1(d)三點(diǎn)彎曲分子動(dòng)力學(xué)模型
如圖1所示，本模擬根據(jù)實(shí)際加載狀況創(chuàng)建了Cu-Al合金模型。模型被構(gòu)造為規(guī)則的面心立方（FCC）晶格，其晶體取向[100]、[010]和[001]分別平行于X、Y和Z軸方向。模擬過程中，首先在LAMMPS代碼中設(shè)置金屬單位制，并施加周期性邊界條件，并設(shè)定時(shí)間步長為0.001皮秒。
對(duì)于螺栓連接，SimSolid 利用先進(jìn)接觸算法，準(zhǔn)確模擬接觸區(qū)域的壓力分布、摩擦行為及可能的相對(duì)滑移，計(jì)算螺栓在軸向、剪切、彎曲等載荷下的應(yīng)力、應(yīng)變分布，為工程師提供全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)。
3
主要內(nèi)容
3.1 鋼節(jié)點(diǎn)連接
鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)中，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度直接關(guān)乎整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。
對(duì)于螺栓連接，SimSolid 利用先進(jìn)接觸算法，準(zhǔn)確模擬接觸區(qū)域的壓力分布、摩擦行為及可能的相對(duì)滑移，計(jì)算螺栓在軸向、剪切、彎曲等載荷下的應(yīng)力、應(yīng)變分布，為工程師提供全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)。
3
主要內(nèi)容
3.1 鋼節(jié)點(diǎn)連接
鋼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)中，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度直接關(guān)乎整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。
（三）彎曲力學(xué)測(cè)試設(shè)備：模擬材料彎曲載荷下的性能表現(xiàn)
彎曲力學(xué)測(cè)試設(shè)備通過對(duì)試樣施加垂直于其軸線的彎曲力，檢測(cè)材料的抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、彎曲撓度、斷裂韌性等指標(biāo)，適用于需評(píng)估材料在彎曲工況下性能的場(chǎng)景：
建筑與結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域：對(duì)鋼筋、木材、水泥梁等結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行彎曲測(cè)試，判斷其在建筑結(jié)構(gòu)中承受彎曲載荷（如樓板承重、橋梁受彎）時(shí)的性能。
該案例對(duì)一個(gè)試件加載不同工況的彎曲和扭轉(zhuǎn)組合載荷，使用得到的應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行疲勞分析。結(jié)構(gòu)計(jì)算中含有兩個(gè)加載步，使用兩個(gè)測(cè)試非恒幅載荷（序列載荷）來計(jì)算不同工況的疊加疲勞，基于這個(gè)案例可以實(shí)現(xiàn)不同工況的疲勞損傷疊加計(jì)算。視頻文件主要演示練習(xí)workbench和ncode的基礎(chǔ)操作，一些經(jīng)驗(yàn)介紹會(huì)更詳細(xì)一些。
缺點(diǎn)：承受彎曲載荷時(shí)會(huì)出現(xiàn)剪切自鎖現(xiàn)象，導(dǎo)致單元過剛，計(jì)算精度下降，不適用于主要承受彎曲載荷的結(jié)構(gòu)。此外，對(duì)于復(fù)雜幾何形狀的適應(yīng)性較差。
使用注意事項(xiàng)：
避免在主要承受彎曲載荷的結(jié)構(gòu)中使用線性完全積分單元。
當(dāng)必須使用時(shí)，應(yīng)確保單元形狀盡可能規(guī)則，避免過度扭曲。
不適用于高精度分析場(chǎng)景，特別是存在應(yīng)力集中或復(fù)雜變形的區(qū)域。
汽車非金屬材料機(jī)械性能測(cè)試內(nèi)容有哪些？11個(gè)月前
2、彎曲性能測(cè)試
彎曲性能測(cè)試主要評(píng)估材料在彎曲載荷作用下的性能，包括彎曲強(qiáng)度、彎曲模量等。彎曲強(qiáng)度是材料在彎曲過程中所能承受的最大彎曲應(yīng)力，彎曲模量反映材料在彎曲時(shí)的剛度。汽車的一些零部件，如保險(xiǎn)杠、車門內(nèi)飾板等，在受到外力沖擊時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲變形，因此需要具備良好的彎曲性能。
如何給汽車零部件進(jìn)行疲勞耐久測(cè)試？11個(gè)月前
測(cè)試核心：多軸載荷下的損傷累積（如碳纖維懸架臂在拉伸 - 彎曲耦合載荷下的分層擴(kuò)展）。
二、典型測(cè)試項(xiàng)目與技術(shù)方法
1.金屬結(jié)構(gòu)件疲勞測(cè)試
懸架擺臂測(cè)試：測(cè)試方法：通過液壓伺服臺(tái)架施加垂直力（模擬路面沖擊）+ 側(cè)向力（模擬轉(zhuǎn)向）+ 扭矩（模擬車身側(cè)傾）的多軸載荷，循環(huán)次數(shù)通常為 10^5~10^6 次。
