薄殼
關注創建者：boom_0928 創建時間：2021-04-02
薄殼的視頻教程
薄殼的實例教程
薄殼 (Shell)模型分辨率與元素數量之間的關系
薄殼理論的基本假定
也稱為 Kirchhoff-Love（克希霍夫-勒夫）假定：
①薄殼變形前與中曲面垂直的直線，變形后仍然位于已變形中曲面的垂直線上，且其長度保持不變。
②平行于中曲面的面素上的正應力與其它應力相比可忽略不計。
但上述假定同時假定了兩種不相容的變形狀態，即平面應變和平面應力狀態。因此許多學者提出了許多修正理論，但是只要是基于 Kirchhoff-Love 假定為基礎的薄殼理論，其精度都不會超過 Kirchhoff-Love 理論的精度范圍。
為構造協調的薄板殼單元，可采用多種方法，如增加自由度法、再分割法（也稱復合法）、離散克希霍夫（Discrete Kirchhoff Theory）法等，但都適用于薄板殼結構，也不考慮橫向剪切變形的影響。
5. 考慮橫向剪切變形的殼理論
可考慮橫向剪切變形影響的理論，一般稱為 Mindlin-Reissner 理論，是將 Reissner 關于中厚板理論的假定推廣到殼中。
ANSYS殼單元
薄板殼單元基于 Kirchhoff-Love 理論，即不計橫向剪切變形的影響；中厚板殼單元則基于 Mindlin-Reissner 理論，考慮橫向剪切變形的影響。
在 ANSYS中，SHELL 單元采用平面應力單元和板殼彎曲單元的疊加。除SHELL63、SHELL51、SHELL61 不計橫向剪切變形外（可用于薄板殼分析），其余均計入橫向剪切變形的影響（可用于中厚板殼分析）。
展開 Shell 薄殼模型 (Shell Model)
當項目建立并設定為Shell (薄殼模型)類型后, 點擊網格頁前來切換過去。利用薄殼模式來為塑料成型建模可以大大地增加求解器計算時的速度。雖然與3D建模時相比多少在功能上有些限制(尤其特殊成型制程)，大部分的工具在Shell也都能使用到。最大的區別就是網格頁簽(Mesh Tab)簡化并入了Shell的模型頁簽(Model Tab)，即本節所要介紹的前處理作業。
?匯入 (Import)
單擊匯入幾何 (Import Geometry) 并選擇要匯入的模型組件。支持匯入的文件格式與Solid建模相同，常見的匯入項目為點和線對象(IGS)或是塑件和模座的表面網格(STL,NAS等)。單擊匯入網格 (Import Mesh)，匯入一個完成的網格模型(MSH)，代表該模型可直接用于后續仿真作業。對于自行創建幾何對象，也可以使用模型頁簽的精靈或是工具頁簽中的工具。
?屬性 (Attribute)
對于匯入的模型組件，其只有幾何信息。單擊屬性 (Attribute)可為幾何對象指定屬性和更多參數特性進行制程仿真，根據被選定對象的格式，將會有不同的屬性提供給用戶做選擇。
?表面網格組件
塑件 (Part)：定義為熔融塑料流動通過形成最終產品的主要區域。
模座 (Mold Base)：被匯入的模座必須為一封閉幾何，其內部包含所有的組件，主要用于流道和冷卻系統的建模。
?線組件
冷/熱流道 (Cold/Hot Runner)：定義流道系統的配置，請提供橫截面型式和尺寸參數。如果啟用對稱元素 (Symmetric Element)，軟件將會是此部分為一個分支，其通過的塑料流量等于流過型腔的其他區域。
展開 特征
傳統的薄殼模型分析需轉換成「中間面」模型。若是具有不同厚度的復雜模塊，轉換的作業十分困難，粗短的塑件很難判斷中間面，需要時間來累積轉換的經驗。而且，部分塑件的特征會被忽略，例如圓角，厚度轉換的區域。在實體分析中，用戶可自行考慮上述因素。
無法判斷中間面中粗短的塑件
實體分析的結果會比傳統薄殼分析更合理，例如噴泉流、轉角效應以及纖維材料翹曲等等。Moldex3D 實體模型分析提供高效能運算以及輸出接口，用戶可預測可能的成型效果。
真實 3D 流動模式
支持的元素類型
Moldex3D 支持大多數的實體模型，包含 TETRA、HEXA、PYRAMID、PRISM 等等。若要處理大型網格模型，Moldex3D 可直接分析具有上百萬元素的實體模型。一般而言，實體建模最簡易的方式，就是在 TETRA 產生元素。可在一天內就可以為大多數的產品，建構 TETRA 實體建模。但是有些實體具有比較復雜的幾何，僅使用一個元素類型不足以建立實際的幾何。如下圖所示，Moldex3D 研發出最先進的技術，提供用戶實體模型分析混合式網格。這項技術優勢可協助用戶彈性減少元素總量，仍然可維持良好的準確度來處理相同幾何的實體。若使用者熟捻此技術后，更能體驗到這項技術帶來的效果。
實體劃分的混合元素
網格需求
開始分析之前，網格質量與分辨率會影響運算。所以必須測量網格的質量。
網格品質
Moldex3D 提供四個測量網格質量的條件。分別是，展弦比 (Aspect Ratio)，歪斜率 (Skewness)，正交度 (Orthogonality)和平滑度 (Smoothness)。展弦比是根據元素本身，而其他三個條件則是根據網格與其周圍網格之間的拓撲。如果網格質量不佳，會嚴重影響運算。
展開 壓鑄模擬：多層薄殼件，快速獲得完美流態
在前期設計中，多口進澆的內澆口位置、大小，是獲得平穩流態的關鍵。如果通過模擬分析，通常需要幾個小時。修改方案又要幾個小時。Cast-Designer v7.5 新出的“快速鑄造分區”功能，只需要把內澆口搭在鑄件上，就可以分析，對于設計前期，具備非常高的參考性和指導意義。
速度就一個字
“非常快”
只需要幾秒
感謝敖工為我們提供了兩個案例，第一個是薄壁件，第二個是厚壁件，敬請留意。
這是一個實際案例，三層薄殼型鑄件，重量1.1千克，壁厚1.6~1.8mm
第一版的設計方案我們采用了四口進澆，內澆口等大小，
計算時間大概為7秒
金屬液整體充型順序有嚴重問題：
1） 外側充填過快
2） 頂部幾乎是空的
3） 金屬液通過柱位進入內腔，導致多處末端包卷
我們希望的流態，是金屬液先填充內腔，包括頂部，然后形成一個整體，往末端平穩流動。為了實現這個目標。我們又做了第二版的設計。這次的改動包括了：
1） 增加入料筋
2） 調整內澆口位置與數量，從4個增加到6個，而且考慮到兩側金屬的流動性，加大了外側澆口面積
3） 有針對性利用中部入料
這次用了13秒
這是快速鑄造分區結果，與全工藝分析結果的對比。對于內澆口大小、位置、流態的判斷、包卷位置、接合區、渣包的位置有高的指導價值。
詳細的過程，請觀完整觀看視頻。
C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設計與分析的經驗。雖然是點點滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
請點“在看”或分享，也歡迎留言。
展開 
薄殼的最新內容
案例展示如下：
初始模型參考文章的設置（上下兩層鋼板，中間為薄殼結構）：
使用通用接觸，摩擦系數設置為0.5，共4000個單元，每個單元包含50個具有不同初始取向晶粒。共20萬晶粒。
邊界條件設置為下端鋼板固定，上端下壓。
ANSYS結構優化模塊的形貌優化3個月前
ANSYS Workbench 形貌優化主要是針對薄殼結構的強度，改變其表面形貌，如凸起，加強等。
原模型
整體變形為0.87mm。
特征
傳統的薄殼模型分析需轉換成「中間面」模型。若是具有不同厚度的復雜模塊，轉換的作業十分困難，粗短的塑件很難判斷中間面，需要時間來累積轉換的經驗。而且，部分塑件的特征會被忽略，例如圓角，厚度轉換的區域。在實體分析中，用戶可自行考慮上述因素。
無法判斷中間面中粗短的塑件
實體分析的結果會比傳統薄殼分析更合理，例如噴泉流、轉角效應以及纖維材料翹曲等等。
薄殼有限元素
Shell模型存在兩種網格元素：1D線元素是由兩點定義并用在流道的網格模型；2D面元素是由三點定義并用在塑件的網格模型。
1D & 2D 有限元素
Shell網格
實體有限元素
網格是由元素及節點所構成。元素是由節點所連結及定義。Moldex3D中用了許多形式的元素：4節點四面體元素，5節點角錐元素，6節點棱柱元素，8節點六角元素。
薄殼 (Shell)建模的一般問題
薄殼 (Shell)建模所造成的流動波前間斷
薄殼 (Shell)建模所造成的流動波前間斷
薄殼 (Shell)建模的其他問題
網格品質
網格的質量會影響仿真效率與準確度。如果質量不佳，網格模型的分析結果會與實際對象有很大的偏差。一般而言，元素長寬比可用來評估網格質量。
纖維配向層
纖維配向 層結果顯示塑件薄殼網格各層的纖維配向分布。1/3量值的纖維配向表示纖維隨機數均勻分布，而1則表示纖維的配向全部朝同一特定方向。越高量值的纖維配向表示纖維的方向越一致的由熔膠流向引導。纖維配向 層i 代表從中心層 (=1) 數來第i層的結果，i 值越高則越靠近表層。如需啟用此功能，需要使用Shell網格模型。
前 言
在現代工程結構分析中，板殼類結構（如航空航天領域的飛行器外殼、汽車工業的車身覆蓋件、土木工程中的薄殼屋頂等）的力學行為模擬面臨著高精度與高效率的雙重挑戰。
適用場景：二次殼單元適用于對精度要求高、變形復雜的薄殼結構，特別是存在應力集中或需要精確模擬曲面變形的情況。它們對剪力自鎖和薄膜鎖死不敏感，適用于各種載荷條件下的薄殼結構響應分析。
優缺點分析：
優點：能夠更精確地模擬復雜變形和應力分布；對剪力自鎖和薄膜鎖死不敏感；在小變形情況下提供極高的精度；適用于各種薄殼結構。
它們特別適合于模擬薄板、薄殼等以彎曲為主的結構。
優缺點分析：
優點：成功克服了剪切自鎖問題；在單元扭曲程度較小時，位移和應力結果精確；彎曲問題中厚度方向只需少量單元就能達到與二次單元相當的效果，大幅降低計算成本；能夠適應一定程度的單元扭曲。
注：Moldex3D Studio 分析引擎支持氣體輔助2.5D射出成型模塊；因此，氣體輔助射出成型分析也可選擇使用Moldex3D Studio 2.5D薄殼模型分析引擎[2.5D]分析（2.5D Shell Model Solver[2.5D]）。
制程設定 (Process Setting)
在加工精靈中，輸入設定項目的數值。完成制程設定之后，點擊儲存（Save）。
