abaqus 支架模態的案例
【操作篇】基于ABAQUS軟件的懸置支架模態分析的實操指南——Step By Step ￥20
模態分析是動力學分析中最為基礎的分析，結構的振動特性決定了結構對于其他各種動力載荷的響應情況。所以一般情況下再進行其他動力學分析之前，首先進行模態分析。在汽車零部件設計過程中，使用模態分析可以提前避免共振。并根據零件模態頻率與其自身剛度的關系，大致估算零件的剛度。
模態分析中主要有一下四個步驟：
1. 建模。
一般需要分析的零件我們都在專業的三維設計軟件完成，并借助HyperMesh等輔助軟件完成對零件的有限元化處理。故此處的建模為指定模型的密度。再模態分析的理論介紹時我們已經重點說明了質量在模態分析的重要性，所以在此步驟中一定要定義模型的密度屬性。另外模態分析中只能使用線性單元和線性單元，對于非線性的性質在計算過程中會被忽略掉。
2. 設置模態分析的相應參數。
模態分析需在Linear Perturbation下的Frequency 分析步下完成。一般只需要設置需要計算的模態階數，其他默認即可
3. 施加約束條件。
根據我們需要計算的模態頻率，可以對模型施加相應的約束條件。若我們關心模型的自由模態，此處直接跳過；如果我們需要計算模型的對地約束模態，那我們直接對螺栓固定處直接施加六方向完全約束即可；如果需要仿真模型的實際裝配后的模態，則需要根據實際情況施加相應的約束條件。
4. 運行求解、結果處理。
設置完成之后就可以運行求解，借助ABAQUS軟件的后處理部分查看云圖，讀取相應的模態頻率與模態振型。
下面我們以某一懸置支架的模態分析為例簡述懸置支架的模態分析過程。
展開 副水箱支架模態分析與結構優化
針對某車型發動機怠速過程中副水箱抖動問題，運用HyperWorks軟件分析副水箱支架模態，以一階頻率大于30Hz為目標，對副水箱支架進行結構優化，改進后頻率提高了21.2Hz，超過目標值，支架減重0.141kg，振動問題有明顯改善。
胡小文_副水箱支架模態分析與結構優化.pdf
基于optistruct支架諧響應（Lanczos模態法）強度分析 ￥35
基于optistruct支架諧響應強度分析。對激勵點施加隨頻率變化的加速度激勵，觀察整個支架在所考察頻段范圍內強度是否滿足設計要求。在Hyperview中進行后處理可觀察所考察頻段范圍內的變形及VonMises應力云圖。
應力分布動畫
分析模型
激勵頻率為200Hz時應力分布
模型文件及詳細操作步驟見附件，凡購買本案例的朋友針對本案例操作有問題可私信。
展開 淺談懸置支架的模態分析
此時自由振動的頻率即為支架的固有頻率或模態頻率，支架的變形形狀即為支架的模態。由此可以預測支架的共振風險，避免由于共振導致的支架破壞。
模態分析的目的就是獲取懸置支架的模態頻率與模態振型。對于模態頻率，一般情況下我們需要計算前三階的模態頻率，若前三階的模態頻率與車身振動頻率相近時就會發生共振現象，從而使噪聲增大、支架結構易出現早期破壞。此時就要修改支架結構，使得其模態頻率不超過車身振動頻率的1/3或者超過車身振動頻率的3倍來避免共振。由汽車振動學理論推導我們可以得到一個基礎的模態頻率要求：一階模態大于500Hz。另外由理論推導可知 ，即支架結構的模態頻率與其自身的剛度K成正比，與其自身的質量M成反比。所以在理論上，我們可以通過增加支架剛度或者減少支架的質量來增加其模態頻率，相對而言，可以通過增加支架的質量或者減少支架的剛度來降低其模態頻率。此外我們也可以根據支架的模態振型來優化懸置支架，根據懸置支架的模態位移云圖，發生大變形的部分其形變能必然較大，我們可以增加此部分的就夠剛度，降低其形變能，從而有效的增加懸置支架的模態頻率。事實上，在實際的操作過程中我們常常通過增加質量來降低模態頻率，通過優化懸置支架結構來增加其模態頻率。
對于模態分析中的另一個關注量——模態振型，我們可以通過觀察模態振型來優化零件的設計。另外模態振型只在懸置支架變形形狀方面具有意義，其變形位移的大小不重要。
另外補充幾個在模態分析中常用的概念——集中質量。在模態分析中，對于一些剛度較大的部件或者只關心重量的部件，我們可以用集中質量來代替。在懸置支架的模態分析中，與支架裝配在一起的橡膠主簧總成部分就可以看作一個作用在彈性中心的集中質量。質量分布對模態分析與動力分析具有非常重要的作用。
展開 
基于SimSolid的修井機支架模態分析及靜力學分析對比
基于Simsolid的修井機支架模態分析及靜力學分析對比.pdf
石油修井機已成為石油鉆井行業的標準產品，在油田修井作業中應用非常廣泛，修井機機架是修井機的主要受力部件，具有承重大，薄壁，焊接件等特點，實際工作中易發生強度破壞、失穩等問題。針對某型修井機支架設計模型，進行靜力學強度校核及模態分析。模型如圖1.1.1所示。
圖1.1.1 修井機支架設計模型
分別采用ANSYS Workbench及SimSolid軟件進行模態分析，保證約束及載荷相同的情況下，對比模態分析的前六階頻率及振型。
分別采用ANSYS Workbench，ANSYS APDL及SimSolid軟件進行靜力學分析，重點關注支架的位移及應力分布，進行強度校核。
展開 基于ABAQUS和Isight的液壓支架底座強度分析與優化
摘 要：為了降低某液壓支架底座工作時的最大應力，提高其安全性，使用ABAQUS軟件對3種工況下的底座進行強度分析，找出底座的薄弱點。對底座重新進行參數化建模，使用Isight軟件聯合Catia和ABAQUS對底座進行優化分析。優化后，液壓支架底座在3種工況下最大應力值有顯著降低，且整體重量下降9.7%.對液壓支架底座的分析與優化，降低了底座的最大應力，提高了其安全性；同時實現了底座的輕量化，提高了其經濟性。
關鍵詞：液壓支架;底座;ABAQUS;Isight;安全性;輕量化;
液壓支架是廣泛應用的煤礦機械，在煤炭開采過程中，不僅提高了礦井的安全性，也提高了煤炭的開采效率。液壓支架主要由底座、連桿機構、掩護梁、頂梁及控制元件組成，底座是液壓支架的關鍵部件[1]. 李海寧等[2] 僅研究了某液壓支架底座的強度，并未進行優化。萬麗榮等[3]研究了沖擊載荷作用下液壓支架關鍵零件及底座的受力及強度。田立勇等[4]研究了各工況下液壓支架底座的強度及不同板厚對底座強度的影響，并簡單進行優化。以上對底座的研究主要集中在強度分析方面，優化方面的研究比較少。底座的安全性和輕量化在傳統設計中往往不能兼顧。基于前人的研究，本文使用ABAQUS軟件和Isight軟件對某液壓支架底座進行強度及優化分析，在提高底座安全性的同時，實現底座的輕量化。
1 某液壓支架底座強度分析
液壓支架底座在井下受力較為復雜，為了分析底座的強度，提取底座的3種典型工況進行分析。
1) 工況1:支架底座兩端受扭轉載荷。
2) 工況2:支架底座左側受偏載荷。
3) 工況3:支架底座右側受偏載荷。
1.1 簡化模型
為了提高強度分析的效率，在分析前對底座進行簡化。
底座主體結構由鋼板焊接而成，鋼板間的焊縫強度視為與鋼板相同。去掉對強度影響不大的孔、倒角等結構。
展開 【ABAQUS模態動力學】Composite&abaqus 預應力模態分析&輸出單元剛度矩陣
參考
連接器振動脫落_abaqus重啟動分析_顯式隱式切換_插拔力預應力模態_TeeSim天深科技
Abaqus預應力模態分析 附Abaqus 分析用戶手冊材料卷下載- 技術鄰
Natural frequency extraction - SIMULIA 用戶幫助 2020 User guide
《結構動力學》
振動理論及工程應用_天津大學_中國大學MOOC(慕課)
Eigenvalue extraction - SIMULIA 用戶幫助 2020 Theory
1. 什么是模態分析？
模態分析是指求解多自由度系統的模態振型及振動頻率的過程。模態分析可簡單地分為自由模態分析和約束模態分析。
自由模態分析：不加任何約束，進行求解（會出現前六階0模態）
約束模態分析：施加完整的約束，模型不會出現剛體模態 還可以分類為：
預應力模態（典型例子：吉他琴弦）
干模態分析(空氣中)
濕模態分析（流體耦合作用不可忽略）
2. 單自由度系統振幅和固有頻率的求解
模態分析的本質上是求解一定條件下的結構動力學方程。
展開 ABAQUS-醫療支架壓握與徑向支撐力提取
徑向支撐力是支架的重要性能參數，通過仿真實現對支架的徑向支撐力進行計算可以節約實驗成本和縮短設計周期，是醫療支架設計過程中的重要環節，該文章詳細介紹了支架徑向支撐力提取中涉及的建模、劃分網格、邊界條件設置、后處理等過程，并且通過不同模型對比對結果進行了驗證。
圖1、參考論文
圖1是文獻中常見的徑向支撐力提取方法，該文章也是采用這一方法進行操作。
圖2、支架U-RF圖
圖3、不同結果對比
工程師在仿真過程中常遇見的問題是無法驗證結果的準確性，圖3對三種不同工況支架進行仿真模擬，并對比了結果，驗證了結果的可靠性。
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ABAQUS-醫療器械-冠脈支架、NITI自擴張支架從建模到壓握擴張完整視頻教學（含血管）
以下為詳細操作視頻
展開 Abaqus血管支架仿真 附ABAQUS基礎教程與實例詳解劉展下載
▲ 膨脹步驟中，只包括支架的內表面和膨脹工具的外表面之間的接觸
在分析中，成對兩兩域可以修改，刪除不活動的交互，并添加新的交互（僅在Abaqus/顯式中可用）
▲
收縮步驟，包括支架的外表面與收縮工具的內表面之間的接觸
許多情況，從接觸域中排除表面比指定包含的表面更為方便。
▲ 在收縮步中，排除與膨脹工具外表面的接觸
接觸初始化（僅在Abaqus/Standard可用）：
通用接觸的默認行為，是調整較小的初始干涉，無應變產生，可用把其當作干涉配合。
▲ 接觸初始化定義
補充邊-面、邊-邊算法：
Abaqus/Standard中使用的面對面接觸算法，難以解決點/邊-面和邊-邊接觸(在支架收縮過程中可能發生)；邊-表面的算法，考慮了實體和殼單元建模的三維實體邊和最明顯的幾何特征邊，并默認激活帶有45度的截止角；邊-邊算法，考慮了涉及實體特征邊和殼周邊/特征邊的接觸。
▲ 特征邊的接觸設置
通用接觸不具備的特點：
解析剛體表面（Abaqus/Standard）
二維模型（Abaqus/Explicit）
基于節點面
小滑移
粗糙摩擦或拉格朗日摩擦(Abaqus/Standard)
請參閱AbaqusAnalysis用戶指南，了解通用接觸限制的完整列表，為了使用這些特定的特性，需要使用接觸對方法，下次分享。
下載地址：ABAQUS基礎教程與實例詳解劉展
展開 基于abaqus的血管支架有限元模擬分析
血管支架是一種薄壁管狀結構，利用其可擴張的特性，借以支撐血管狹窄部位來治療冠狀動脈。
本文利用creo3.0 繪制了血管支架及相關模型，并利用abaqus仿真分析了某型號血管支架植入人體過程中的準靜態受力分析。對血管支架的研究設計以及血管支架的醫學植入具有一定的理論指導意義。
一、模型的建立
血管支架治療的過程為：在植入前，將血管支架放在氣囊外側，并將其運輸到動脈血管狹窄部位處。通過給氣囊充氣，致使血管支架支撐狹窄部位的血管壁。為了全面仿真某型號血管支架的植入過程，本文建立了氣囊、血管支架、血小板、血管四個物理模型。
1.1 氣囊
氣囊的圖形如下圖1所示。兩邊為半球，中間為圓柱。氣囊的初始直徑為1.4mm，厚度為0.02mm，長度為10mm。由于氣囊很薄，模型中使用薄膜單元。考慮到creo與abaqus 的連接關系，在abaqus中建立氣囊模型。
圖1 氣囊物理模型圖
1.2 血管支架
血管支架由主筋和連接筋組成。主筋的草繪圖形如下圖2所示，連接筋的示意圖如下圖3所示。
圖2 主筋的草繪示意圖
圖3 連接筋的草繪示意圖
為了使連接筋與主筋在連接處光滑過渡，在主筋和連接筋之間有一處很短的過渡的直筋。連接筋的曲線取x的五次多項式，函數如下式1所示。
函數f(x)需要滿足f(0)、f(p)、f(t)等于0；同時f’(0)=0, f’(t)=0。考慮到以上函數的條件，我們將函數表達式改為是式（2）所示
其中，p為使f(x)取最大值為p1。
模型首先通過在creo建立，并導入到abaqus中。相關的物理模型如下圖4所示。
圖4 血管支架的模型
1.3 血小板
血管壁內部積累了一定數量的血小板。
展開 abaqus怎么模擬血管支架的輸送過程？
現已有血管模型和支架模型，血管支架植入需要輸送裝置將其輸送到病變部位，abaqus怎么設置可以讓支架按照指定路徑移動到指定位置，模擬支架的輸送過程？謝謝各位大佬指教！！
冠脈支架平板支撐力abaqus仿真分析 ￥19
平板支撐力和徑向支撐力是評估冠脈支架力學性能的兩個重要方法，研究表明兩種測試方法在表征冠脈支架力學性方面表現出一致性。平板支撐力的方法較容易實現，具體方法如圖0.1所示，在拉伸實驗機上下夾頭分別安裝平板，將被測支架放置于下支撐板上，設置拉伸實驗機下壓的速度，上壓板開始接觸支架到壓縮到一定行程，傳感器記錄該過程的位移和力的數據。由于上述壓縮是一個緩慢的過程，可以認為壓縮速度不對測試結果造成明顯偏差，即認為是一個準靜態過程，利用ABAQUS靜力學模塊可以模擬該過程。
圖0.1平板支撐力測試示意圖
圖0.2 CAE模擬平板支撐力的壓縮過程
最常困惑產品開發者的不僅是測試周期的漫長，因為從設計，采購物料，加工，測試是非常消耗時間的，但是這個過程可以通過有限元的方法來縮減開發周期及減少迭代的次數；另一個困惑是產品性能的確定，支架的支撐力越大越好還是越小越好？當然是合適最好，但是如何確定一個安全，可靠，有效的性能參數比產品的實際測試要更復雜一些。
下面主要詳解幾點：
1.通過step by step詳細介紹支架平板支撐力的仿真過程
2.仿真使用的材料參數是如何通過測試獲得的
3.如何定義支架的力學性能參數
展開 Abaqus在汽車支架結構分析中的應用實例
Abaqus在汽車支架結構分析中的應用實例
前言：
汽車支架結構強度是汽車行業在可靠性設計中所關心的最基本的問題，通過CAE仿真指出支架在不同工況下受到的最大應力等，為進一步改進結構設計提供了理論依據，為汽車行業在提高可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。
概述：
針對某款支架的結構強度分析，旨在確保產品在不同工況下不會受到破壞，確保安全。在分析過程中，發現加載300N的力后，最大應力大于抗拉強度，支架會發生破壞，本著讓產品更加優秀的原則，我司對產品進行的優化設計并再次分析，結果小于其抗拉強度，使其破壞風險降低。
使用軟件：
Hypermsh,Abaqus/standard
分析結果：
修改前的應力云圖：
加載300N，最大應力達到80Mpa，大于抗拉強度，支架會發生斷裂。斷裂位置為支架上部分與下部分連接處。
最大總體位移13.42mm。
優化后的分析結果：
加載300N，最大應力61.85Mpa，小于其抗拉強度80Mpa，破壞風險低。最大應力位于背部加強筋處。
最大總體位移8.923mm。
結論：
修改后最大應力61.85Mpa，小于其抗拉強度。修改后模型強度較改前好。修改后總體位移8.923mm，其剛度較修改前好。
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展開 Hypermesh與ABAQUS聯合的模態分析 附HyperMesh模態分析步驟下載
圖6 約束施加
7、載荷條件
模態為系統固有振動屬性，無法在對應分析步中設定載荷，如需考結構在某載荷作用下的振動屬性，可進行預應力模態分析。
最后單擊Load Steps下的Step1，將Output Blocks與Load Collectors與其對應，如圖8所示。
圖8 分析步設定修改
通過File->Export->Solver Deck進行模型導出。
ABAQUS部分
1、文件導入
進入ABAQUS中，通過File->import->Model進行inp文件導入。
2、檢查設定
通過各個模塊檢查設定，無誤，并創建作業提交求解。
3、后處理
得到的一階及二階模態振型如下。
圖9 一階模態振型
圖10 二階模態振型
下載地址：HyperMesh模態分析步驟
展開 ABAQUS--醫療器械-NiTi自擴張支架置入動脈瘤彎曲血管仿真
目前支架類仿真常見的一般為簡化的仿真過程。在產品開發過程中，我們時常簡化省略掉支架植入血管這一過程，原因在于該仿真過程接觸復雜，操作步驟多而困難，而支架置入血管的仿真過程又通常為檢驗支架柔順性能的重要步驟，所以一個完整的仿真設計過程需要加入支架植入。此外，真實血管內壁與支架的接觸作用同樣很重要。在該視頻教程中，加入了通過逆向工程生成的真實血管模型，也考慮了支架的置入過程。
視頻的主要內容為NiTi自擴張支架置入動脈瘤彎曲血管仿真的全過程，通過學習可以了解到以下幾點：
1、掌握支架壓握擴張的仿真內容；
2、支架輸送進彎曲血管的詳細方法；
3、支架類仿真的先進方法；
3、Abaqus仿真的操作過程，包括網格劃分，接觸屬性，邊界條件的設置；
4、NiTi超彈性材料的設置；
5、六階多項式血管材料的設置；
6、支架類仿真不收斂，失效的問題解答；
該仿真實例教程通過PPT講解與實操相結合的方式進行，PPT主要從四個方面著手，a、模型介紹與網格劃分；b、材料屬性與分析步；c、相互作用與邊界條件；d、重點注意部分。
部分結果展示：
歡迎關注公眾號： iCAE
self-expand-insert.pdf
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