有限元仿真分析的案例
有限元仿真分析航空鋁合金板螺栓孔變形
從設(shè)計上應(yīng)該盡可能考慮到各種工況條件下其破壞的可能性，現(xiàn)代設(shè)計借助的手段很多，有限元仿真分析技術(shù)就是其中一項很重要的技術(shù)。本期通過螺栓孔的失效來向大家呈現(xiàn)有限元仿真分析給設(shè)計帶來的幫助。本文報道的研究采用的軟件是ABAQUS。
圖1 鋁合金板螺栓孔有限元仿真分析模型及網(wǎng)格劃分
圖2 有限元仿真分析計算結(jié)果與實際結(jié)果比對
圖3 Von Mises應(yīng)力分布與應(yīng)力分布曲線
由此看來，有限元仿真分析是一種針對構(gòu)件受力與變形分析比較實用的軟件。其準(zhǔn)確性取決于所采用的材料性能參數(shù)的準(zhǔn)確性與模型的準(zhǔn)確性，同時還需要相關(guān)實驗進行驗證。
參考文獻：
KhosroFallahnezhad, Andrew Steele and Reza H. Oskouei. Failure Mode Analysis ofAluminium Alloy 2024-T3 in Double-Lap Bolted Joints with Single and DoubleFasteners; A Numerical and Experimental Study. Materials 2015, 8, 3195-3209.
文章來源：金屬材料科學(xué)與技術(shù)
展開 某型飛機通風(fēng)窗鳥撞有限元仿真分析
基于Altair公司HyperWorks軟件平臺，采用HyperMesh軟件建立了某型飛機天窗骨架、通風(fēng)窗以及鳥體的有限元模型。并用RADIOSS求解器對鳥撞過程進行了求解，對鳥撞擊下的通風(fēng)窗窗體結(jié)構(gòu)進行了強度與剛度分析。
沈亮_某型飛機通風(fēng)窗鳥撞有限元仿真分析.pdf
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復(fù)雜樁基礎(chǔ)有限元仿真分析
復(fù)雜樁基礎(chǔ)有限元仿真分析
有限元仿真分析單位制 ￥5
大部分有限元仿真分析中，都是沒有固定單位的，需要自己定義單位制，但是要注意單位的統(tǒng)一。
Abaqus復(fù)合材料鉚接有限元仿真分析 ￥109
Abaqus復(fù)合材料鉚接有限元仿真分析，
上層碳纖維復(fù)合材料，內(nèi)插0厚度cohesive以模擬層間分層，下層AL
自沖鉚接三維模型，動態(tài)顯示分析，可提供cae，inp、VUMAT，odb文件，含變形云圖、應(yīng)力云圖，結(jié)果清晰，適合初學(xué)者學(xué)習(xí)參考！
基于有限元仿真的某車門輕量化分析
摘 要：采用HyperWorks，針對某型商務(wù)車車門開展自由模態(tài)、柱碰安全及加載1 000 N垂直向下作用力工況的垂向剛度、靜強度有限元仿真分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷存在輕量化空間，據(jù)此設(shè)計了兩種輕量化方案，分別對兩個方案的車門進行了各項性能的仿真分析，結(jié)果顯示輕量化方案一車門各項性能滿足主機廠要求，并具有較好的輕量化效果；方案二車門在加載垂向力工況下的內(nèi)板靜應(yīng)力超過了材料的屈服強度，無法滿足客戶要求。相關(guān)研究可為客戶提供基于馬鋼材料開展車門優(yōu)化設(shè)計的參考。
關(guān)鍵詞：車門;有限元仿真;輕量化;HyperWorks;
隨著國家“碳達峰、碳中和”目標(biāo)的推進，未來制造業(yè)對于低能耗高性能產(chǎn)品的需求將越來越緊迫。汽車產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟的一大支柱產(chǎn)業(yè)，在制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。近年來，輕量化作為汽車行業(yè)的熱門研究方向正受到越來越多的關(guān)注，其對于推進行業(yè)的節(jié)能降耗具有重要意義[1]。
本文采用有限元仿真的方法，研究對象為國內(nèi)某主機廠一款商務(wù)車車門。首先運用Hyper Works軟件對主機廠預(yù)選材車門進行模態(tài)、垂向剛度、靜強度仿真分析，各項指標(biāo)滿足要求。分析結(jié)果顯示，車門存在輕量化空間。采用優(yōu)化零件數(shù)量、激光拼焊及材料厚度減薄的方式設(shè)計了車門的輕量化方案，并對輕量化車門進行各項性能的仿真分析，綜合評估顯示輕量化車門各項性能滿足主機廠要求。
1 預(yù)選材車門性能分析
1.1 車門預(yù)選材方案及有限元模型
主機廠首先針對車門各主要零部件進行了預(yù)選材，獲得用材方案如表1所示。
表1 車門各零部件預(yù)用材方案
采用HyperMesh進行有限元建模，如圖1所示。網(wǎng)格尺寸選擇8 mm，網(wǎng)格劃分完成后，車門所有零部件共有節(jié)點42 001個，網(wǎng)格單元42 123個，其中四邊形單元40 689個，三角形單元1 434個，三角形單元占比3.4%。
展開 論文推薦丨常浩等：基于有限元仿真技術(shù)的軌道車輛錐形彈簧的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究
工程中常根據(jù)產(chǎn)品工況分析其應(yīng)變等級，從而選擇適宜的本構(gòu)模型及能較好擬合試驗結(jié)果的材料參數(shù)，以助開發(fā)設(shè)計人員獲取所需的仿真分析精度，盡可能縮短開發(fā)周期，節(jié)省開發(fā)成本。
本工作有限元仿真分析采用Ogden 4階模型，如公式（1）所示，其分析精度較高，能很好地反映出錐形彈簧的大應(yīng)變特性。
采用Ogden 4階模型的橡膠材料的應(yīng)力-應(yīng)變擬合曲線如圖5所示。
從圖5可以看出，在單拉、雙拉和平面拉伸工況下，采用Ogden 4階模型的橡膠材料的應(yīng)力-應(yīng)變擬合曲線與試驗曲線的重合程度均較高，即本工作分析錐形彈簧的載荷特點而確定的橡膠材料的本構(gòu)模型擬合參數(shù)精度較高，達95%以上，有助于進行錐形彈簧的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
2. 3 錐形彈簧的有限元仿真分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
運用Abaqus軟件對錐形彈簧進行仿真分析以指導(dǎo)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化。根據(jù)錐形彈簧主要承受垂向載荷的特點，重點對動態(tài)極限垂向載荷作用下錐形彈簧的剛度和強度等進行仿真分析。按照加載方式盡量貼近實際受載情況的原則，采用固定外套，對芯軸垂向施加50. 6 kN的載荷。選用CAX4H單元模擬錐形彈簧的橡膠部分，選用CAX4R單元模擬錐形彈簧芯軸、隔板和外套等金屬部分。為盡可能真實觀察錐形彈簧的橡膠部分的變形過程，其有限元模型未進行簡化。
展開 （轉(zhuǎn)一篇文章）壓縮機氣缸螺栓擰緊過程有限元仿真
本文通過運用有限元仿真技術(shù)對旋轉(zhuǎn)式壓縮機泵體螺栓裝配變形進行模擬，以及試驗的對比驗證，確立了正確、可靠、有效的有限元仿真分析方法，從結(jié)構(gòu)仿真分析、理論知識、試驗三方面檢討了螺栓裝配對泵體變形的影響，從而展現(xiàn)非線性有限元仿真技術(shù)在實際工程問題上的具體應(yīng)用。
2 有限元分析
2.1 有限元模型
汽缸的變形不是由螺栓預(yù)緊力直接導(dǎo)致的，一部分是通過作用在缸蓋上的壓力傳遞到汽缸上，另一部分是由螺栓預(yù)緊力對汽缸螺栓孔內(nèi)壁直接提拉作用產(chǎn)生的。所以分析的時候不能僅僅取汽缸進行有限元分析，需對裝配件整體進行非線性（接觸）靜力分析。接觸過程的數(shù)值模擬是當(dāng)前有限元方法的研究和發(fā)展中所面臨的重要課題之一，在力學(xué)上涉及高度復(fù)雜的（材料、幾何、邊界）三重非線性問題。接觸過程有限元數(shù)值分析的核心內(nèi)容由兩部分組成：一是接觸點對的搜尋，二是非線性方程本身的求解。接觸界面條件（不可貫入條件，法向接觸力為壓力的條件和切向摩擦力的條件）都是不等式約束，也稱之為單邊約束。利用拉格朗日乘子法或罰函數(shù)法將約束條件引入泛函的廣義變分原理，以及引入單元交界面上約束條件的修正變分原理。接觸面的范圍和接觸狀態(tài)是事先未知的，此特點決定了接觸問題需要采用試探--校核的迭代方法進行求解。時間步的大小是影響穩(wěn)定性、精度和效率的最重要的求解參數(shù)。為了提高接觸分析結(jié)果的可靠性和有效性，在分析中需注意單元形式的選擇、接觸點對的搜尋、網(wǎng)格劃分、摩擦模型的規(guī)則化等方面的幾個問題。
本分析中取汽缸、上下缸蓋、螺栓裝配件整體進行分析。對每個零部件都劃分以六面體為主的網(wǎng)格，單元長度分別為3mm、2mm、2mm、2mm。定義汽缸與上下缸蓋接觸面、螺栓與汽缸和上下缸蓋接觸面共18 對接觸對。考慮接觸面間的摩擦，定義接觸面間為粗糙接觸，接觸面的法向剛度因子為0.1，見圖2（a）。分析采用非線性有限元分析，允許大變形。
展開 流體仿真計算、結(jié)構(gòu)強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓(xùn)，流體、結(jié)構(gòu)類輔材供應(yīng)
上海冪新電子科技有限公司
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Abaqus有限元仿真分析中的沙漏控制方法與設(shè)置
（2）Hourglasscontrol：
★ 當(dāng)選擇Enhanced選項，則使用基于假定的增強應(yīng)變方法來控制沙漏；
★ 當(dāng)選擇Relaxstiffness選項，則使用整合的粘彈性形式控制沙漏；
★ 當(dāng)選擇Stiffness選項，則對于standard分析除了超彈材料和修正的四面體和三角形外的單元默認(rèn)，為所有減縮積分單元定義沙漏控制是嚴(yán)格的彈性；
★ 當(dāng)選擇Viscous選項，則為縮減積分單元定義沙漏阻尼；
★ 當(dāng)選擇Combined選項，則定義沙漏控制的單元粘性-剛度形式。
（3）Scalingfactor：
★ 對于沙漏剛度的比例因子，只應(yīng)用在explicit求解器中，影響小應(yīng)變殼單元的超出平面的移動自由度。如果為空，默認(rèn)值是1.0。建議范圍是0.2~3。
★ Linearbulkviscosity表示線性體積粘度的比例系數(shù)。如果為空，默認(rèn)值是1.0，建議范圍是0.0~1.0。
★ Quadraticbulkviscosity表示二次體積粘度的比例系數(shù)。如果為空，默認(rèn)值是1.0，建議范圍是0.0~1.0。
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技術(shù)鄰專家：大江南北
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結(jié)構(gòu)工程碩士
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視頻課程1.
鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點有限元分析
課程說明：
1、結(jié)合工程經(jīng)驗與資料搜集對鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點問題提出四個判別標(biāo)準(zhǔn)。
2、詳細(xì)介紹了采用rhino建立幾何模型，hypermesh網(wǎng)格劃分，abaqus計算與后處理的過程與注意事項。
3、解析abaqus的Inp文件與midas的數(shù)據(jù)構(gòu)成，將abaqus節(jié)點有限元模型文件通過處理導(dǎo)入midas/Gen。
4、在Midas整體模型中對殼單元建立的帶肋焊接空心球節(jié)點進行多工況分析，并將結(jié)果與abaqus進行對比。
5、總結(jié)在建模、計算、后處理過程中應(yīng)注意的問題并對一實際工程復(fù)雜節(jié)點給出分析結(jié)論。
視頻課程2.
鋼管混凝土柱有限元模擬
課程說明：
1、介紹鋼管混凝土柱特點、設(shè)計理論與方法。
2、以長細(xì)比80鋼管混凝土柱為例，詳細(xì)介紹了在abaqus中幾何建模、材料本構(gòu)、接觸定義、初始缺陷施加、加載方式的操作過程及注意事項。
3、對計算結(jié)果進行后處理，得到加載全過程曲線，提取鋼管及內(nèi)核心混凝土的損傷，對計算結(jié)果與破壞模態(tài)進行解讀。
展開 
基于MeshFree的曲軸連桿機構(gòu)有限元仿真分析
基于MeshFree的曲軸連桿機構(gòu)有限元仿真分析
曲軸連桿機構(gòu)是發(fā)動機中的關(guān)鍵機構(gòu)，針對連桿的計算分析在早期多采用經(jīng)驗公式，關(guān)于有限元的理論和方法出現(xiàn)后，迅速在連桿分析上得到了廣泛應(yīng)用。最早的連桿有限元分析模型是將曲軸連桿模型簡化為梁模型進行仿真計算，現(xiàn)在的有限元分析軟件已經(jīng)完全可以進行三維實體模型的仿真計算。在曲軸連桿機構(gòu)的設(shè)計中，希望曲軸連桿機構(gòu)有較高的可靠性和較長的使用壽命，而且曲軸連桿機構(gòu)在運動過程中會承受較大的沖擊載荷，使各運動件承受過大的載荷，并造成過大的振動，同時也會加速磨損，降低性能。因此，本文針對曲軸連桿機構(gòu)通過MeshFree進行相應(yīng)部件的受力分析，從而得知外載荷作用下的應(yīng)力分布趨勢及應(yīng)力集中點，為曲軸連桿機構(gòu)的設(shè)計提供參考。
1.建立有限元模型
首先采用三維建模軟件UG NX建立曲軸連桿機構(gòu)的三維模型，如圖1所示，模型中保留了主要零件結(jié)構(gòu)：曲軸、連桿、連桿蓋和活塞，曲軸兩端采用軸套約束，從而模擬實際轉(zhuǎn)動，將各零件裝配完成并通過中間格式Parasolid（.x_t）導(dǎo)出
圖1 曲軸連桿機構(gòu)的三維模型
在MeshFree中建立新項目，并選擇分析類型為非線性靜力分析，導(dǎo)入已有的Parasolid（.x_t）模型，并勾選搜索接觸面。
2.建立接觸
導(dǎo)入Parasolid（.x_t）格式模型后，MeshFree自動創(chuàng)建接觸對：曲軸與軸套、曲軸與連桿、曲軸與連桿蓋、連桿與連桿蓋、連桿與活塞銷、活塞與活塞銷，將各接觸對接觸類型改為滑動接觸，連桿與連桿蓋仍為焊接接觸，如圖2所示。
展開 【仿真百科】有限元仿真分析軟件的定義和仿真案例
有限元分析軟件的優(yōu)勢
有限元分析（Finite Element Analysis，F(xiàn)EA）軟件可以幫助企業(yè)減少在產(chǎn)品或者流程的設(shè)計、優(yōu)化或控制環(huán)節(jié)中，原型測試的原型數(shù)量和測試次數(shù)。對于企業(yè)和研究機構(gòu)來說，有限元仿真分析帶來的不僅僅是成本的降低，更重要的是在激烈的市場競爭中贏得優(yōu)勢，為研發(fā)投入帶來了更大的回報。正因如此，近年來，越來越多的企業(yè)將更多的研發(fā)資源投入到有限元分析中。
一旦建立了能夠準(zhǔn)確預(yù)測真實物理參數(shù)的有限元分析模型，工程師們就可以借助它來加強對物理現(xiàn)象的理解和認(rèn)識，以大幅改進產(chǎn)品或過程的設(shè)計和運行。在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化算法和自動控制的應(yīng)用，可以進一步實現(xiàn)僅憑直覺完全無法達到的設(shè)計改進。目前的有限元分析軟件大多已包含自動控制功能，并將這些功能嵌入數(shù)學(xué)和數(shù)值模型中，而優(yōu)化算法也通常包含在求解過程中，下文將會詳細(xì)介紹。
高保真模型的引入，可以幫助工程師們加深理解、激發(fā)靈感，帶來全新的設(shè)計和方案。正是因為這個原因，對于面臨著激烈競爭的企業(yè)來說，有限元分析是研發(fā)部門不可或缺的工具。近年來，有限元分析軟件的使用越來越廣泛，已經(jīng)從大型企業(yè)以及工程師的培養(yǎng)機構(gòu)，擴展到各行各業(yè)的中小型企業(yè)和涉及各個學(xué)科的研究型機構(gòu)中。
深入解讀有限元分析軟件
基于數(shù)學(xué)模型表示的物理定律構(gòu)成了有限元分析軟件的基礎(chǔ)。對于有限元分析來說，這些定律包括各項守恒定律、經(jīng)典力學(xué)定律和電磁學(xué)定律。
通過使用有限元法（FEM）將數(shù)學(xué)模型離散化，可以得到相應(yīng)的數(shù)值模型；隨后求解離散方程，并對結(jié)果進行分析，這就是有限元分析 這一術(shù)語的含義。
通過數(shù)學(xué)語言對物理定律在空間和時間進行表述，即產(chǎn)生了偏微分方程（PDE）。偏微分方程的解用因變量表示，如結(jié)構(gòu)位移、速度場、溫度場和電勢場，等等。解是基于自變量 x、y、z 和 t 在空間和時間尺度上進行描述的。
展開 有限元仿真分析技術(shù)中網(wǎng)格劃分的類型與步驟
對于有限元分析來說，網(wǎng)格劃分是其中最關(guān)鍵的一個步驟，網(wǎng)格劃分的好壞直接影響到解算的精度和速度。網(wǎng)格化有三個步驟：定義單元屬性（包括實常數(shù)）、在幾何模型上定義網(wǎng)格屬性、劃分網(wǎng)格。
今天，有限元科技小編就給大家分享：有限元仿真分析技術(shù)中網(wǎng)格劃分的類型與步驟。
定義網(wǎng)格的屬性主要是定義單元的形狀、大小。單元大小基本上在線段上定義，可以用線段數(shù)目或長度大小來劃分，可以在線段建立后立刻聲明，或整個實體模型完成后逐一聲明。采用Bottom-Up方式建立模型時，采用線段建立后立刻聲明比較方便且不易出錯。例如聲明線段數(shù)目和大小后，復(fù)制對象時其屬性將會一起復(fù)制，完成上述操作后便可進行網(wǎng)格化命令。
網(wǎng)格化過程也可以逐步進行，即實體模型對象完成到某個階段就進行網(wǎng)格話，如所得結(jié)果滿意，則繼續(xù)建立其他對象并網(wǎng)格化。
網(wǎng)格的劃分可以分為自由網(wǎng)格(freemeshing)、www.featech.com.cn映射網(wǎng)格(mappedmeshing)和掃略網(wǎng)格(sweepmeshing)等。
一、自由網(wǎng)格劃分
自由網(wǎng)格劃分是自動化程度最高的網(wǎng)格劃分技術(shù)之一，它在面上可以自動生成三角形或四邊形網(wǎng)格，在體上自動生成四面體網(wǎng)格。通常情況下，可利用ANSYS的智能尺寸控制技術(shù)（SMARTSIZE命令）來自動控制網(wǎng)格的大小和疏密分布，也可進行人工設(shè)置網(wǎng)格的大小（AESIZE、LESIZE、KESIZE、ESIZE等系列命令）并控制疏密分布以及選擇分網(wǎng)算法等（MOPT命令）。
對于復(fù)雜幾何模型而言，這種分網(wǎng)方法省時省力，但缺點是單元數(shù)量通常會很大，計算效率降低。同時，由于這種方法對于三維復(fù)雜模型只能生成四面體單元，為了獲得較好的計算精度，建議采用二次四面體單元（92號單元）。
展開 有限元仿真在螺桿壓縮機應(yīng)用研究
李日華，張?zhí)煲?（珠海格力智能裝備有限公司，廣東珠海519000）
[摘要]：通過對螺桿壓縮機進行有限元仿真，可以加快設(shè)計工作進度。分析對象主要包括螺桿壓縮機殼體、轉(zhuǎn)子和內(nèi)部流道，分析方法主要包括結(jié)構(gòu)靜力學(xué)仿真、結(jié)構(gòu)熱力學(xué)仿真、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、隨機振動分析、流場模擬和噪聲分析等。
[關(guān)鍵詞]：有限元；仿真；螺桿壓縮機；殼體；轉(zhuǎn)子；內(nèi)部流道
中圖分類號：TH455 文獻標(biāo)志碼：A
文章編號：1006-2971（2021）03-0032-05
1 引言
螺桿壓縮機具有可靠性高，操作維護方便和適應(yīng)性強的特點，廣泛應(yīng)用于中央空調(diào)、冷凍冷藏、船用和核電等領(lǐng)域，在寬廣的容量和工況范圍內(nèi)，逐漸替代其他種類壓縮機[1-2]。螺桿壓縮機利用一對相互嚙合的陰、陽轉(zhuǎn)子在殼體腔內(nèi)作回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣3個過程，轉(zhuǎn)子和殼體是螺桿壓縮機重要零部件。在氣體壓縮的過程中，受氣體力作用，轉(zhuǎn)子會發(fā)生一定的形變，由
于受排氣周期性氣體脈動和轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)力的影響，誘發(fā)了壓縮機振動和噪聲響應(yīng)問題，在激勵源作用的情況下，可以通過振動響應(yīng)計算將響應(yīng)頻率和激勵頻率偏錯開，從而避免共振，降低振動。殼體在壓縮機工作過程中除了承受氣體壓力和轉(zhuǎn)子載荷外，還是壓縮機振動和噪聲輻射的主體，壓縮機主要通過殼體結(jié)構(gòu)進行傳遞，因此，殼體合理設(shè)計對壓縮機可靠性影響至關(guān)重要。螺桿壓縮機殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計既要滿足強度設(shè)計要求，同時也要滿足剛度設(shè)計要求，避免由于設(shè)計不合理產(chǎn)生共振、振動傳遞高等問題[3]。
有限元分析可用于結(jié)構(gòu)及流體的仿真。合理運用仿真手段，可加快設(shè)計工作的進行，通過仿真結(jié)果來優(yōu)化壓縮機結(jié)構(gòu)，確定壓縮機殼體和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，避免后期不必要的改模，降低開發(fā)成本。本文分別從結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和動力學(xué)方面對螺桿壓縮機殼體和轉(zhuǎn)子進行有限元仿真分析。
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