薄壁沖擊仿真的案例
不同沖擊速度及沖擊方式對(duì)薄壁不銹鋼鋼管材料沖擊的影響仿真
不同沖擊速度及沖擊方式對(duì)薄壁不銹鋼鋼管材料沖擊的影響仿真
1仿真背景
眾所周知，基于各種動(dòng)力學(xué)仿真軟件進(jìn)行沖擊與跌落的仿真實(shí)驗(yàn)一直備受重視。而對(duì)于薄壁鋼管材料的沖擊仿真實(shí)驗(yàn)由于沖擊速度與沖擊方式不同，便會(huì)帶來(lái)差異化結(jié)果。因此，針對(duì)不同的工況，需要合理采取不同的沖擊方式設(shè)置，以期得到合理的結(jié)果。本文旨在建立恒定式沖擊速度、正弦式交變沖擊速度、三角波式沖擊速度、鋸齒波沖擊速度及矩形波沖擊速度5種不同沖擊速度及方式對(duì)鋼管的沖擊仿真模型，為沖擊仿真實(shí)驗(yàn)提供理論參考。
2模型建立
薄壁鋼管的截面是矩形的對(duì)稱(chēng)面，因此本文建立矩形薄壁鋼管的四分之一軸對(duì)稱(chēng)模型，薄壁鋼管采用shell單元，不銹鋼材料選用各向同性材料本構(gòu)，設(shè)置沙漏能以控制整體的能量平衡設(shè)置。不銹鋼的四分之一模型在ANSYS/LSDYNA中建立，模型的前處理也在其中完成，在完成前處理后生成K文件，分別在LSPP中進(jìn)行后處理及載荷曲線的設(shè)置。不銹管的四分之一模型如圖1所示。
圖1不銹管的四分之一模型設(shè)置
3沖擊速度的影響
在分析沖擊方式對(duì)不銹管變形的影響前，需要考慮沖擊速度對(duì)其影響。不同的沖擊速度勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致的不同的變形。因此本文首先建立了三種不同的工況，沖擊速度分別為50m/s、100m/s、150m/s。從較低速度到一個(gè)較高速度的過(guò)渡來(lái)分析不銹管的變形情況。圖2給出了3種不同工況下沖擊完成后不銹管的變形情況。可以看出：沖擊速度小不銹管的變形小，沖擊速度的增大會(huì)導(dǎo)致變形增大，在大沖擊下不銹管的變形程度可以看成是小沖擊下變形的累積。因此可以得出沖擊速度是造成不銹管變形的主要原因，不同的沖擊速度大小可以看成是小沖擊速度的不斷累積對(duì)不銹管的破壞。
圖2不同工況下沖擊完成后不銹管的變形情況
4幾種不同的沖擊方式
沖擊方式的定義是通過(guò)定義不同的載荷曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
展開(kāi) 基于LS-DYNA的吸能薄壁結(jié)構(gòu)沖擊模擬
1、背景
對(duì)于車(chē)輛、航天器等運(yùn)動(dòng)著的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，在發(fā)生碰撞事故或特定的沖擊事件時(shí)能夠吸收沖擊能量并保護(hù)成員及貴重物品安全的能力稱(chēng)為“耐撞性"。車(chē)輛行駛安全，航天器軟著陸等都提出了結(jié)構(gòu)的耐撞性要求，即能夠在突發(fā)或特定的碰撞事件中，依靠自身結(jié)構(gòu)或附加裝置的屈曲、斷裂等破壞形式來(lái)減緩碰撞時(shí)的沖擊荷載，耗散沖擊能量。吸能元件耗散沖擊能量可以通過(guò)結(jié)構(gòu)發(fā)生極大變形來(lái)實(shí)現(xiàn)，在特定的安全許可范圍內(nèi)，吸能元件發(fā)生不可逆破壞，隨沖擊事件的進(jìn)行結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為從一端開(kāi)始漸進(jìn)的壓潰，并有很大的行程。此時(shí)，沖擊能隨元件的漸進(jìn)壓潰而被均勻的耗散，瞬時(shí)沖擊載荷強(qiáng)度因而大大降低。顯然，為了滿足碰撞安全性能以保障重要物品和人員不受過(guò)載損傷，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)和布置緩沖吸能元件從而保證結(jié)構(gòu)能以極大變形壓潰是提高耐撞性能的正確途徑，這就對(duì)吸能元件的設(shè)計(jì)提出了要求。
金屬薄壁結(jié)構(gòu)在軸壓載荷下能發(fā)生穩(wěn)定的漸進(jìn)失效，通過(guò)塑性變形吸收能量。滿壁圓筒具有經(jīng)濟(jì)性、有效性、可靠性等特點(diǎn)，常被用作沖擊吸能裝置。作為吸能元件，除了軸向布置外，考慮到結(jié)構(gòu)的要求，也可采用徑向布置吸收能量。同時(shí)，為了提高比吸能，也可以在專(zhuān)用吸能構(gòu)件中開(kāi)設(shè)孔洞，達(dá)到耗能的目的。殼體在徑向沖量外壓作用時(shí)引起的呼吸振型，使圓簡(jiǎn)殼的環(huán)向應(yīng)力產(chǎn)生周期性的變化，這種參數(shù)載荷在一定條件下可以激起殼體周向的彎曲振型，而使殼體喪失穩(wěn)定。這些振型被稱(chēng)為非線性自參數(shù)激勵(lì)，這種屈曲叫做自動(dòng)參數(shù)振動(dòng)屈曲。
2、模型設(shè)置
本文對(duì)六邊形形狀薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊模擬，結(jié)構(gòu)具體形式如下圖所示:
沖擊載荷施加在薄壁結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)上，具體速度設(shè)置如下:
結(jié)構(gòu)假定為理性剛塑性材料，采用非線性各向同性隨動(dòng)強(qiáng)化模型，具體參數(shù)設(shè)置如下:
模型中采用殼單元模擬該薄壁結(jié)構(gòu)，接觸類(lèi)型為自動(dòng)單面接觸，為保證分析結(jié)果的正確，必須有效控制分析中可能出現(xiàn)的沙漏變形。
展開(kāi) ANSYS/LS-DYNA薄壁方管碰撞仿真
文章來(lái)源： 吸能結(jié)構(gòu)仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)仿真克服薄壁鎂壓鑄件帶來(lái)的挑戰(zhàn)
制造薄壁鎂壓鑄件充滿挑戰(zhàn)
在過(guò)去數(shù)年,Schaufler和其它壓鑄模具制造商因應(yīng)汽車(chē)生產(chǎn)商的要求,制造薄壁壓
鑄件的模具,從而降低汽車(chē)重量.其中令人最感興趣的是結(jié)合減輕重量及改善性能兩項(xiàng)
1
優(yōu)點(diǎn)的薄壁鎂合金進(jìn)氣歧管.但是,鑄造這些零件并不容易,鎂的比熱容較小,比鋁還
要小,換言之鎂冷卻速度非常快,令充型過(guò)程存在過(guò)早凝固的危險(xiǎn),尤其是目前流行的
1.8至2 mm壁厚壓鑄件而言,這問(wèn)題顯得更具挑戰(zhàn)性.
為避免過(guò)早凝固的問(wèn)題,從前工程師采用高速
充填,速度經(jīng)常達(dá)到內(nèi)澆口60m/s和薄壁區(qū)域
100m/s以上.不幸的是,高的流動(dòng)速度會(huì)引起
卷氣和漩渦,產(chǎn)生困氣,導(dǎo)致出現(xiàn)氣孔和氧化
夾雜的情形.在一般情況下,這些問(wèn)題可通過(guò)
改變壁厚或在鑄件適當(dāng)?shù)牡胤皆黾恿鲃?dòng)信道來(lái)
克服.然而,所謂適當(dāng)?shù)母淖儾⒉豢梢暂p易判
斷出來(lái).過(guò)去,只有試模這種辦法來(lái)評(píng)估模具
設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)新模或改模的效果;并且生產(chǎn)部份
零件,透過(guò)X光確定零件是否存在不能通過(guò)汽車(chē)商O(píng)EM質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部缺陷.
既有的困難和耽擱
這種試模的結(jié)果只能提供少量,甚至不能提供有關(guān)充型過(guò)程中臨界流動(dòng)模型的資
料,工程師不得不依靠直覺(jué)和猜測(cè)其流動(dòng)細(xì)節(jié).幸好情況近年有所改變.隨著計(jì)算流體
動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件發(fā)展成熟,工程師可于第一次分析測(cè)試,便能精確地仿真壓鑄的高
速流動(dòng)過(guò)程.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)通過(guò)將流動(dòng)區(qū)域分解為數(shù)十萬(wàn)個(gè)的計(jì)算網(wǎng)格單元,
根據(jù)流體力學(xué)和傳熱學(xué)方程,求解最終結(jié)果.
經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)尿?yàn)證,CFD分析讓工程師'觀察'模具內(nèi)部的壓鑄過(guò)程,并能及時(shí)確定
模具型腔中,流體前沿的精確位置及金屬液任何一點(diǎn)的溫度和壓力.模具的幾何模型可
以在計(jì)算機(jī)上快速改變,并重新分析來(lái)確定改變的效果.
展開(kāi) 
Abaqus薄壁件三維銑削仿真案例講解
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Abaqus薄壁件銑削(殘余應(yīng)力+最終變形)仿真案例講解(下)
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Abaqus薄壁管外圓車(chē)削變形(單元生死+Python)仿真案例
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應(yīng)用實(shí)例 | Simufact 增材制造工藝仿真助力保時(shí)捷薄壁件打印
圖 4 中可以看到實(shí)物打印部件的上部區(qū)域出現(xiàn)了收縮線，而仿真軟件準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)了這一成形缺陷，下一步可以基于該結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)。
02 價(jià)值體現(xiàn)
本研究揭示了激光束粉末床熔融工藝在汽車(chē)薄壁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的可行性。然而，該工藝相對(duì)較高的成本將限制其應(yīng)用范圍為：小批量、高端產(chǎn)品的制造。Simufact Additive 準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)了變形和收縮線，并可以基于仿真結(jié)果進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)一次成功打印的目標(biāo)。
03 增材制造工藝仿真方案
Simufact增材制造工藝仿真包括：金屬粉床熔融（PBF、SLM、DMLS等）、金屬粘結(jié)劑噴射成型（MBJ）的增材制造工藝、以及送絲送粉的增材制造工藝（DED）。
針對(duì)于粉床熔融的增材制造工藝仿真，Simufact Addiitive支持全工序鏈的仿真分析，包括：構(gòu)建（打印）、線割、支撐移除、熱處理、熱等靜壓（HIP）等，通過(guò)模擬可以有效預(yù)測(cè)變形、開(kāi)裂、塌陷、刮刀碰撞、收縮線等失效問(wèn)題，支持多種類(lèi)型的支撐結(jié)構(gòu)導(dǎo)入與創(chuàng)建，支持支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化、支撐方向優(yōu)化、考察基板變形、成本分析、反變形、自動(dòng)變形補(bǔ)償?shù)裙δ埽驅(qū)讲僮髂Ｊ较虏捎靡绘I式網(wǎng)格劃分，高效、簡(jiǎn)易的前處理界面與后處理界面融為一體，極大地提高用戶(hù)仿真效率。
針對(duì)金屬粘結(jié)劑噴射成型，Simufact Addiitive 專(zhuān)業(yè)的MBJ模塊，可以進(jìn)行該工藝的燒結(jié)過(guò)程仿真，可以考慮粘結(jié)后的零件的致密度、燒結(jié)過(guò)程中的重力影響、通過(guò)輸入燒結(jié)工藝曲線仿真分析燒結(jié)過(guò)程中的收縮變形，而且具備自動(dòng)迭代補(bǔ)償變形的功能，能夠自動(dòng)迭代補(bǔ)償變形結(jié)果，幫助用戶(hù)解決燒結(jié)收縮變形等問(wèn)題。
針對(duì)送絲送粉增材制造工藝仿真，Simufact Welding專(zhuān)業(yè)的DED模塊，主要用于送絲送粉式增材制造工藝的仿真。
展開(kāi) 基于simsolid家用電器薄壁結(jié)構(gòu)的模態(tài)仿真分析
以某家用電器的整體內(nèi)膽鈑金件為例，該內(nèi)膽由上板，中板，底板組成 sus304 厚度0.4mm焊接組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于內(nèi)膽內(nèi)受到水流不用頻率的沖擊響應(yīng)，為了防止發(fā)生共振，需要對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析，求解出結(jié)構(gòu)件的固有頻率和相對(duì)應(yīng)的振型，對(duì)結(jié)構(gòu)件底部中心處以及安裝螺釘螺釘孔處施加固定約束，進(jìn)行分析如下：
圖一 整體設(shè)置情況
一階模態(tài)振型
二階模態(tài)振型
三階模態(tài)振型
由上述分析可知：
薄壁件內(nèi)膽結(jié)構(gòu)在底部約束的情況下，模態(tài)結(jié)果如下：
模態(tài)階次
變形
固有頻率
1
內(nèi)膽中板右上側(cè)左右彎曲變形
22
2
中板后側(cè)板凹凸變形
48
3
中板后側(cè)板凹凸以及上板彎曲疊加變形
63
可知：內(nèi)膽結(jié)構(gòu)件固有頻率偏低，且中板右上側(cè)左右彎曲變形對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，因此后續(xù)設(shè)計(jì)中，因?qū)χ邪逵疑蟼?cè)薄弱區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高一階固有頻率，避免發(fā)生共振。
展開(kāi) Abaqus薄壁件銑削變形仿真案例講解(Python前處理+單元生死法)
[圖片]
