Lattice Simulation的案例
Lattice Simulation 多尺度算法在點陣結構分析中的應用
因此，經過多年的仿真計算積累和努力探索，安世中德團隊開發出了一款專業用于增材點陣結構仿真分析的軟件，即 Lattice Simulation。
請參考《多尺度算法增材點陣結構分析軟件Lattice Simulation應用概述》，了解 Lattice Simulation 的多尺度算法及其應用相關內容，這里不再贅述。這里將對 Lattice Simulation 和ANSYS Discovery 進行分析對比，以說明 Lattice Simulation 多尺度算法在點陣結構分析中的準確性 。
圖1 點陣結構
一、概述
Lattice Simulation 是一款用于增材點陣結構分析的工具，具有用戶自定義和內置點陣結構設計兩種方式，已集成在 ANSYS add-in 擴展工具中。基于多尺度算法，用戶可以采用等效均質化技術對點陣結構進行有限元分析。并且提取非均質化點陣結構的等效材料參數，在均質化等效實體模型宏觀力學分析后，可以通過局部分析對胞元結構進行詳細的應力校核。
圖2 點陣結構分析工具功能
圖3 Workbench點陣結構模塊分析流程
二、模型分析對比
ANSYS Discovery 作為新一代的仿真分析應用工具，其最大特點是能夠即時得到分析結果。
然而，其對硬件性能（如 GPU）要求比較高，一般的電腦配置是不能夠運行計算的。在結構分析中，僅適用于線彈性分析，不能夠進行非線性分析（包括材料非線性、接觸非線性和幾何非線性等）、瞬態動力學及優化設計等。因此，在線彈性范圍內，以下將 Lattice Simulation 和ANSYS Discovery 進行分析對比。
展開 一鍵聚焦 | 多尺度算法點陣結構分析軟件Lattice Simulation
5、Lattice Simulation add-in點陣分析工具完全無縫集成在Workbench環境中，可與其他模塊軟件實現聯合仿真。
Lattice Simulation 多尺度算法在點陣結構分析中的應用
因此，經過多年的仿真計算積累和努力探索，安世中德團隊開發出了一款專業用于增材點陣結構仿真分析的軟件，即 Lattice Simulation。
這里將對 Lattice Simulation 和 ANSYS Discovery 進行分析對比，以說明 Lattice Simulation 多尺度算法在點陣結構分析中的準確性 。
圖1 點陣結構
概述
Lattice Simulation 是一款用于增材點陣結構分析的工具，具有用戶自定義和內置點陣結構設計兩種方式，已集成在 ANSYS add-in 擴展工具中。基于多尺度算法，用戶可以采用等效均質化技術對點陣結構進行有限元分析。并且提取非均質化點陣結構的等效材料參數，在均質化等效實體模型宏觀力學分析后，可以通過局部分析對胞元結構進行詳細的應力校核。
圖2 點陣結構分析工具功能
圖3 Workbench點陣結構模塊分析流程
模型分析對比
ANSYS Discovery 作為新一代的仿真分析應用工具，其最大特點是能夠即時得到分析結果。
然而，其對硬件性能（如 GPU）要求比較高，一般的電腦配置是不能夠運行計算的。在結構分析中，僅適用于線彈性分析，不能夠進行非線性分析（包括材料非線性、接觸非線性和幾何非線性等）、瞬態動力學及優化設計等。因此，在線彈性范圍內，以下將 Lattice Simulation 和ANSYS Discovery 進行分析對比。
展開 多尺度算法在增材制造點陣結構仿真分析中的應用（上篇）
專為點陣結構仿真分析的Lattice Simulation
隨著增材制造領域中3D打印技術的快速發展，增材點陣結構在航天航空、船舶、汽車、體育和醫療等行業得到了廣泛應用。點陣結構作為一種新型的結構設計，除輕量化特點外，同時還具有優良的比剛度/強度、阻尼減震、緩沖吸能、吸聲降噪以及隔熱隔磁等功能性特點。由于其含有大量復雜的微觀結構，包括胞元類型和幾何尺寸等參數，導致建模和仿真計算工作量巨大，傳統有限元分析已經無法適用。因此，經過多年的仿真計算積累和努力探索，安世中德團隊開發出了一款專業用于增材點陣結構仿真分析的軟件，即Lattice Simulation。
本文分為上、下兩篇，上篇結合應用案例，淺談基于多尺度算法開發出的這款點陣結構分析工具，是如何高效、快速地幫助用戶解決增材點陣結構設計中遇到的CAE分析問題的。下篇將對Lattice Simulation和ANSYS Discovery進行分析對比，以說明多尺度算法在點陣結構分析中的準確性。
圖1 點陣結構
Lattice Simulation是一款用于增材點陣結構分析的工具，具有用戶自定義和內置點陣結構設計兩種方式，已集成在ANSYS add-in擴展工具中。基于多尺度算法，用戶可以采用等效均質化技術對點陣結構進行有限元分析。并且提取非均質化點陣結構的等效材料參數，在均質化等效實體模型宏觀力學分析后，可以通過局部分析對胞元結構進行詳細的應力校核。
展開 
多尺度算法在增材制造點陣結構仿真分析中的應用（下篇）
多尺度算法在點陣結構分析中的準確性
上篇介紹了增材點陣結構仿真分析軟件 Lattice Simulation 的多尺度算法，以及 Lattice Simulation是如何高效、快速地幫助用戶解決增材點陣結構設計中遇到的CAE分析問題的。下篇將對 Lattice Simulation 和 ANSYS Discovery 進行分析對比，以說明 Lattice Simulation 多尺度算法在點陣結構分析中的準確性。
圖 1 點陣結構
上篇中提到，Lattice Simulation 是一款用于增材點陣結構分析的工具，具有用戶自定義和內置點陣結構設計兩種方式，已集成在 ANSYS add-in 擴展工具中。基于多尺度算法，用戶可以采用等效均質化技術對點陣結構進行有限元分析。并且提取非均質化點陣結構的等效材料參數，在均質化等效實體模型宏觀力學分析后，可以通過局部分析對胞元結構進行詳細的應力校核。
圖2 點陣結構分析工具功能
圖3 Workbench點陣結構模塊分析流程
ANSYS Discovery 作為新一代的仿真分析應用工具，其最大特點是能夠即時得到分析結果。
然而，其對硬件性能（如 GPU）要求比較高，一般的電腦配置是不能夠運行計算的。在結構分析中，僅適用于線彈性分析，不能夠進行非線性分析（包括材料非線性、接觸非線性和幾何非線性等）、瞬態動力學及優化設計等。因此，在線彈性范圍內，以下將 Lattice Simulation 和ANSYS Discovery 進行分析對比。
展開 增材制造：拓撲優化與梯度點陣結構提升零部件附加值
因此，經過多年的仿真計算積累和努力探索，安世亞太自主開發了一款專業用于增材點陣結構仿真分析的軟件，即Lattice Simulation。
Lattice Simulation是一款用于增材點陣結構分析的工具，具有用戶自定義和內置點陣結構設計兩種方式，已集成在ANSYS add-in擴展工具中。基于多尺度算法，用戶可以采用等效均質化技術對點陣結構進行有限元分析。并且提取非均質化點陣結構的等效材料參數，在均質化等效實體模型宏觀力學分析后，可以通過局部分析對胞元結構進行詳細的應力校核。
Lattice Simulation仿真分析流程
Lattice Simulation提供增材點陣結構在有限元仿真中涉及的相關分析功能：
均質化分析：基于胞元結構類型及在空間上的周期排列特性，進行均質化計算，提取等效實體的材料力學特性。
宏觀分析：采用均質化分析得到的等效材料數據，并對等效實體點陣結構進行力學分析，校核點陣結構剛度性能。
細觀校核：考慮胞元外部邊界條件（采用應變加載），對其進行詳細的應力分析，校核點陣胞元結構強度性能。
Lattice Simulation典型案例
（1）某點陣結構支架仿真分析
（2）某點陣輕量化結構分析
案例演示-梁的優化
我們通過一個簡單案例來展示nTop設計工具的功能優勢。假設有一根載荷均勻分布、兩端固定的鐵梁。
1、拓撲優化
首先，基于變密度方法進行拓撲優化。設置相對密度閾值為ρ = 0.5并輸出形狀。然后使用 nTopology 中的Smooth Body模塊塊進行。此時零件體積為3990 mm^3
接下來，我們通過靜力學分析確認拓撲優化形狀的剛度。
展開 Hill模型在增材制造點陣結構非線性分析中的應用
表2 材料及點陣結構參數表
- 均質化分析
采用Lattice Simulation進行均質化分析，得到點陣結構的線彈性材料屬性，如表3所列。
表3 均質化材料參數
- 非線性分析
根據上述Hill模型理論，材料的塑性流動特性需要通過建立6個試驗工況進行確定。在ANSYS中，設置nominal strain 為0.01，載荷步為20，打開large Deflection選項。計算完成后，提取X方向應力-應變曲線并定義為參考曲線，如下圖3所示。Hill模型R參數如表4所列。
圖3 參考應變-應變曲線，來源安世亞太
- R參數標定
表4 Hill模型R參數計算結果
在ANSYS中，可以采用MP命令定義均質化材料的彈性常數，TB,BISO/PLAS定義參考曲線，以及TB,HILL定義HILL模型。為了確定上述計算過程的準確性，需要對模型進行驗證。
Hill模型
驗證
根據Hill模型的計算結果，提取6條應力-應變曲線，并與原先的曲線進行對比，如圖4所示。可以看出，單軸拉伸方向曲線吻合很好，而在剪切方向上剪切應變超過0.0025后曲線誤差較大。根據Hill模型理論，其并不很適合描述相對于參考曲線屈服應力較小而切線模量較大的應用案例，反之亦然。
圖4 曲線驗證結果對比
全文
總結
本文主要討論了Hill模型在金屬增材制造點陣結構（RegularCube）非線性分析中的應用，總結了以下三點內容：
Hill模型可以描述材料的正交各項異性屈服行為，但在應用上有一些局限性。
展開 理解3D打印點陣結構的性能以及設計規則
例如，在軟件企業中，安世中德針對增材制造點陣結構仿真分析，開發了多尺度算法仿真軟件Lattice Simulation,基于多尺度算法，用戶可以采用等效均質化技術對點陣結構進行有限元分析,并且提取非均質化點陣結構的等效材料參數，在均質化等效實體模型宏觀力學分析后，可以通過局部分析對胞元結構進行詳細的應力校核。在應用企業中，中國空間技術研究院總體部根據三維點陣的胞元形式的特點，結合三維點陣在航天器結構中應用的實際情況，提出三維點陣結構胞元的表達規范，即通過胞元占據的空間并結合胞元桿件的直徑來表達三維點陣結構胞元的設計信息。
來源：3D科學谷
面向3D打印-增材制造的先進設計案例與完整流程
圖：點陣結構多尺度分析基本流程，來源安世中德
在這方面，安世中德咨詢有限公司開發了專門的集成于ANSYS Workbench的點陣結構仿真分析模塊Lattice Simulation。其基本思想是以宏細觀結合多尺度算法為基礎的等效均質化力學方法。即基于細觀分析方法（子胞分析）獲取點陣結構宏觀均質化力學特性，然后通過宏觀分析對點陣結構進行等效模擬，再回到細觀，基于宏觀計算結果對點陣結構進行局部細節模擬。
點陣結構多尺度仿真分析關鍵技術環節包括：
Step1 點陣結構胞元的確定。
Step2 點陣結構胞元的均勻化分析以及點陣結構等效性質（等效彈性矩陣）的確定。
Step3 針對實際工況，進行整體結構經等效均勻化后的計算，確定整體變形和應變。
Step4 點陣結構胞元的局部應力分析（基于均質化應變確定點陣結構的強度）。
參數優化
拓撲優化后的結構設計流程進入設計驗證階段后，即進入了詳細設計定型階段，而結合參數優化技術進行設計定型，是一種更有效的詳細設計手段。
參數優化的一般流程包括以下步驟：
Step1 參數化建模：包括參數化CAD模型（如尺寸參數）以及參數化有限元模型（如載荷工況條件參數化）。
Step2 參數敏感性分析：識別重要性參數，過濾無關參數，并建立高質量響應面，為后續快速優化做準備。
Step3 優化分析：定義優化目標、約束條件，設定優化算法進行優化計算。
Step4 設計驗證：對最終的優化設計進行驗證性分析。
Step5 穩健性可靠性評估：若對可靠性有要求，則進行穩健性可靠性分析與優化。
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