鋼結構靜力仿真的案例
基于Abaqus靜力學分析的球銷安全性結構仿真研究
1背景
Abaqus作為一款十分成功的大型商用通用有限元仿真軟件，應用其進行結構的靜力學仿真分析是拿手好戲。通過仿真手段不僅能夠及時了解結構的力學響應，還能夠依據應力應變仿真結果對分析的結構進一步進行安全性能評估，這極大地提高了產品設計在概念設計、結構設計及最終的試驗設計階段的時間成本，縮短了產品生產設計周期。鑒于此，本文依據Abaqus仿真平臺，通過對常用的工程連接構件球銷的線性靜力學分析，來了解Abaqus靜力學分析流程，以便后續更好地應對復雜體的結構靜力學分析。
2問題
球銷作為一種關鍵的轉向機構，是各大傳動系統中傳遞載荷的重要零件，主要用于轉向節或者轉向臂配合。那么在設計過程中，就必須考慮球銷在額定載荷下的安全性，需要對其進行必要的靜力學分析。
基于軟件平臺
3幾何建模
依據國標設計一種常規的汽車球銷如圖1所示。考慮模型相對倒角較多，模型由ug10.0建立并轉成文本格式（x_t格式）導入Abaqus進行分析，模型的幾何尺寸等參數常見附件qiuxiao.x_t。
圖1 ug10.0建立的球銷幾何模型
4有限元分析
由于球銷模型結構并不規則，在對其進行網格劃分時候需要對其進行切分，網格劃分不另外采取其他網格劃分前處理器，直接在Abaqus中進行，主要步驟如圖2所示。應注意的是，在對其進行切分的時候，必須要選好切方的基準面（如圖2（a）所見），之后切分完成后通過掃掠網格劃分即可完成結合體的整體網格劃分如圖2（c）所示。關于對球銷的材料賦予，查閱機械設計手冊得知球銷的本構參數如表所示。之后進行的單元塑性設置、邊界載荷約束均按照案例操作完成，并無特殊設置要求，其他求解輸出設計為默認。最后遞交求解后的得到的應力云圖如圖3所示。
展開 【結構仿真教程】6分鐘學會抽塵泵轉輪靜力與模態分析
一、案例背景
轉輪高速旋轉會產生離心力，不僅影響轉輪自身的結構強度，還關系到整機穩定性。因此設計時會用計算機軟件對轉輪進行靜力學分析，確保其強度達標，同時還要進行模態分析，算出固有頻率，避免發生共振。
本案例需要的輸入文件和參數信息如下表：
圖1 幾何模型
二、導入幾何
a. 啟動AIFEM 2024R1；
b. 在窗口左側點擊+新建方案， 自定義文件的保存路徑，并填寫文件名“轉輪”，點擊保存
圖2 新建方案
c.點擊工具條上的幾何>導入，彈出“導入幾何”彈窗，選擇安裝目錄案例集文件夾下對應的幾何文件Rotor.step，導入到新模型，模型名稱Rotor，點擊導入。
圖3 幾何導入
三、劃分網絡
a. 順著左側功能樹從上到下操作，就能完成整個設置。功能樹前有提示圖標，紅色代表必須要設置，綠色空心代表可選擇設置，不設置也能求解，綠色對鉤代表已設置完成，且設置正確；
圖4 功能樹圖標設置
b.點擊網格處的加號，選四面體網格，對象選擇整個模型。單元階次設為二階，提高求解精度。全局網格尺寸設為2mm，其余保持默認，點擊生成。
圖5 網格劃分
四、材料選擇
a. 選擇材料。轉輪材料是鋼，點擊材料庫圖標，選擇鋼，確定。
圖6 材料選擇
五、賦予屬性
a.點擊加號，固體屬性，對象選擇整個模型，下面材料已經默認選擇了我們剛從材料庫中指定的鋼，確定。
圖7 固體屬性
六、分析設定
a.
展開 技術鄰學院丨精選鋼結構有限元仿真分析課程，助你快速掌握結構入門！
本次為大家帶來精選鋼結構有限元仿真分析課程，鋼結構節點有限元分析，實力分享！
技術鄰專家：大江南北
土木建筑結構工程師從業5年
結構工程碩士
擅長建筑結構分析與設計:大跨空間結構、組合結構、高層建筑結構
遇到建筑結構相關問題，可在技術鄰@大江南北
視頻課程1.
鋼結構節點有限元分析
課程說明：
1、結合工程經驗與資料搜集對鋼結構節點問題提出四個判別標準。
2、詳細介紹了采用rhino建立幾何模型，hypermesh網格劃分，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的數據構成，將abaqus節點有限元模型文件通過處理導入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點進行多工況分析，并將結果與abaqus進行對比。
5、總結在建模、計算、后處理過程中應注意的問題并對一實際工程復雜節點給出分析結論。
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、設計理論與方法。
2、以長細比80鋼管混凝土柱為例，詳細介紹了在abaqus中幾何建模、材料本構、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、對計算結果進行后處理，得到加載全過程曲線，提取鋼管及內核心混凝土的損傷，對計算結果與破壞模態進行解讀。
展開 基于MeshFree的鋼結構理論解與仿真分析
背景介紹
MeshFree是一款界面友好的高效性無網格仿真軟件。本文利用經典簡支梁模型，分別利用NASTRAN、MeshFree計算了梁的最大撓度，并與經典理論解進行對比分析。簡支梁模型及參數如下圖所示：
模型尺寸：5*2.5*150；材質：鋼，彈性模量=200000MPa，泊松比=0.3。
邊界條件：兩端簡支；橫向均勻載荷1MPa
模型結果
基于meshfree的計算結果如下圖所示，最大撓度為5.05。
有限元模型單元采用solid，基本尺寸為2.5，基于NASTRAN的結果如下圖所示，最大值為5.08。
將上述的結果匯總如下：
結果討論
基于上面的對比分析可知：
①在本文的討論范圍內，對于靜態的結構分析，meshfree的計算精度達到傳統有限元的水平；
②本人對meshfree的操作體驗，界面友好，簡單快捷，后處理高效方便。
展開 
大跨度鋼結構地震過程仿真分析
大跨度鋼結構地震過程仿真分析
近期，人們被日本九州地震和南美厄瓜多爾地震給震怕了，有人調侃“地球進入振動模式”，實際上從長期來看，世界范圍內的地震出現頻率和級別并無異常。在我們的科技水平還無法準確預測地震的時候，防震救災工作就顯得很重要，例如建筑設備的抗震能力能否抵抗住某次大級別地震，關系到人們生命安全問題。
以某個大跨度鋼結構為例，介紹一下CAE方法在地震分析中的應用。
地震分析方法一般分為底部剪力法、反應譜法和時程分析法。CAE領域常用反應譜法或時程分析法，時程分析法采用的載荷是某次具體的地震波，反應譜法是多個地震波的統計結果，由時域轉換成頻域而來，從計算的經濟性和通用性考慮，最常采用的是反應譜法。
地震波反應譜
學過力學的朋友都知道，地震波分為橫波和縱波，由于縱波的傳輸速度比橫波快，從振源首先到達地表，因此震中地區的人們首先感到的是上下震動，然后是橫向振動，豎向地震的加速度值比橫向要小，國標規定取橫向數值的65%，因此對地面設備造成最大破壞的是橫波的剪切作用。CAE分析過程也分為豎向地震和橫向地震。
在abaqus中采用反應譜法進行地震分析，需要先提取結構的頻率，然后再進行反應譜分析，同時輸入定義好的反應譜和阻尼，反應譜可以是加速度譜、位移譜、速度譜等內容：
提交計算后就可以得到結構在地震作用下的響應：
今年7月28日是家鄉唐山抗震40周年紀念日，在技術落后的年代，自然災害帶來的后果是慘痛的。
文章轉載自微信公眾號：SmartFEA
旨在分享知識，若侵即刪
展開 基于 HyperMesh 的鋼結構仿真流程自動化定制
0 引言
在鋼結構仿真分析中，有限元前處理要占整個分析流程約 80%的時間，而且分析結果的準確性依賴于網格劃分和載荷工況的選取等，因此高性能的前處理可以大大縮短分析流程的時間及成本。在當前企業鋼結構仿真分析中，由于沒有固定的分析流程和相關標準，當前仿真分析人員的大部分時間都被花在了一些重復性工作上，效率不高；同時具有較多項目經驗的仿真人員的經驗也無法很好地繼承下來并傳遞給新員工，這對企業都會造成浪費并嚴重影響企業實力的提升。因此，鋼結構仿真分析中常用結構和連接的建模、加載等共性技巧和規范亟需固化下來。
為了達到該目標，筆者利用通用的仿真前處理工具HyperMesh 軟件來進行仿真流程自動化系統開發二次開發和定制。仿真流程自動化系統開發主要包括以下功能和內容：①標準靜力學分析流程固化。②在自動化平臺中可以實時調用管理企業基礎數據庫中的材料。③針對動態分析等復雜流程建立半自動化流程，并可以實時導入標準載荷。④建立常用部件標準分析流程，在流程各個步驟中可以選擇模型和進行參數修改。⑤建立常用連接的模型庫。
1 鋼結構仿真流程自動化設計
1.1 HyperMesh 及其二次開發技術 HyperMesh 是由 Altair 公司開發的一款針對有限元主流求解器的高性能有限元前后處理軟件，能夠建立各種復雜模型的有限元和有限差分模型，與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網格劃分功能。該軟件因其優秀的前處理技術被越來越多的鋼結構分析人員使用。HyperMesh 提供了多種開發工具，使用戶能夠將之很好地運用到現有的工程設計中。其主要的二次開發工具包括：基本的宏命令、用戶化定制工具配置、HyperMesh 界面輸出模塊、輸入數據轉化器、結果數據轉化器。
展開 汽車玻璃升降導軌以塑代鋼結構仿真設計
本文借助HyperMesh對汽車玻璃升降導軌總成進行前處理，運用OptiStruct求解[4]，選取材料非線性和幾何非線性有限元仿真分析方法，考慮三種極限工況（上止點堵轉、下止點堵轉、中導軌扭轉載荷），對玻璃升降導軌進行以塑代鋼結構仿真設計，最終滿足所有性能指標，實現導軌本體減重46.9%。
2 玻璃升降導軌前處理
2.1 模型對比
玻璃升降導軌金屬結構幾何模型如圖1所示，導軌以塑代鋼結構幾何模型如圖2所示。
2.2 網格劃分
由于塑料導軌結構復雜，且局部有漸變料厚，若抽取中面，可能會丟失一些局部特征，對結果會有一定的影響，因此，塑料導軌采用二階四面體漸變網格單元，單元尺寸為0.8~1.5mm；其余部件采用中面、六面體及二階四面體單元進行網格劃分，單元尺寸為0.5~2.0mm。
2.3 材料與屬性
計算中所使用的材料參數見表1，長度單位為：mm。塑料導軌本體材料真實應力-應變關系曲線如圖3所示，考慮玻纖取向的影響，因此，其彈性模量選擇玻纖45°方向。
2.4 邊界條件及載荷工況
與車門鈑金件連接點采用固定約束，除螺釘螺栓連接采用綁定約束外，其余零部件之間的相互關系定義為接觸。
在上、下滑輪兩側、電機總成鋼絲處施加與鋼絲繩方向相同的力；在電機質心位置施加與電機重力相等的力，分析工況為上止點堵轉、下止點堵轉、中導軌扭轉載荷。電機堵轉力矩為12N·m，上止點堵轉時，上鋼絲繩拉力為電機堵轉力T=12N·m/0.0203m（繞線輪半徑）≈591N，下鋼絲繩此時只有彈簧的彈力約為20N[5]。
展開 結構力學分析（靜力、動力、疲勞）、多體系統仿真、鑄造/成型過程模擬算法分析，及工作站硬件配置推薦
結構力學分析（靜力/動力/疲勞）、多體系統仿真（MBD）、鑄造/成型過程模擬是一個非常經典且覆蓋面廣的工業仿真問題，涵蓋了機械、材料和制造工程的核心領域。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，深入理解這些算法的計算特性，是為客戶提供精準、高效硬件配置方案的基礎。
我將為您逐一解析這三大仿真領域。
核心結論速覽表
仿真領域
核心算法/方法
計算特點
主要計算平臺
備注
結構力學分析
隱式/顯式有限元法
隱式: 求解大型稀疏矩陣; 顯式: 瞬態、高度并行
隱式: CPU多核為主;顯式: GPU >> CPU多核
疲勞分析基于隱式結果，動力分析兩者皆有。
多體系統仿真
常微分方程組數值求解
順序性強、規模相對較小、對CPU頻率敏感
CPU多核為主，CPU單核為輔
對CPU主頻要求高，GPU加速應用較少。
鑄造/成型模擬
CFD + 隱式有限元法 (耦合)
多物理場耦合、計算密度極高、非線性強
CPU多核 + GPU (雙核心)
CFD(流動)部分GPU加速效果顯著，FEM(凝固/應力)部分依賴CPU。
展開 石油化工設備設計之——帶削邊結構橢球形封頭壓力容器靜力分析仿真APP
對于較復雜的仿真結果，還可以在線咨詢仿真APP開發者，獲取專業的仿真結果分析指導。</span></p><p class="ql-align-justify">整理了<strong>10款石油化工設備仿真APP</strong>供大家體驗：<a href="http://www.yqgqt.org.cn/post/1963414" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">www.yqgqt.org.cn/post/1963414</a>。不符合要求，還可以<strong>個性化定制</strong>。</p><p><br></p><p><span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(68, 68, 68);">下面介紹一款</span><strong style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(68, 68, 68);">帶削邊結構橢球形封頭壓力容器靜力分析仿真APP：</strong></p><div contenteditable="false" width="100%">
壓力容器橢球封頭的主要用途是用于壓力容器的制造，特別是那些需要承受一定壓力和具有存儲功能的容器，如反應釜、儲罐、換熱器等。橢球封頭因其特殊的形狀設計，具有較好的受力性能，能夠有效地分散和承受容器內部的壓力。橢球封頭還具有加工容易、造型美觀等特點，因此在石油、化工、輕工、醫藥、食品等許多行業都得到了廣泛的應用。
展開 大型鋼結構設計仿真高效案例 | 7738個零件60分鐘建模30分鐘求解，比傳統仿真結果相差5%以內！
主講人：
Kelly 湯凱利(Altair快速仿真產品經理)
Altair SimSolid、Altair Inspire中國區的技術負責人，為客戶提供快速仿真解決方案，并持續跟蹤和推動快速仿真軟件與工業應用的結合和落地。同時也支持Altair HyperMesh、Altair HyperView及Altair OptiStruct的仿真項目和技術咨詢。至今已從事仿真分析領域八年，擅長結構仿真分析，包括結構強度剛度、非線性、振動、熱等，曾參與國內外知名汽車、航空航天、家電、重工等行業的仿真與優化項目。
2016年畢業于北京理工大學力學專業（工學碩士）
Altair澳汰爾 微信公眾號 《SimSolid小貼士》撰稿人
快速設計與無網格仿真 視頻號技術運營人
Altair SimSolid快速培訓手冊 撰稿人
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10月25日【線下培訓】
線下培訓大綱：
?? SimSolid線性靜力及模態分析練習；
?? SimSolid非線性靜力分析練習；
?? SimSolid熱分析及結構熱分析練習；
?? SimSolid振動分析講解及演示;
?? SimSolid疲勞分析講解及演示；
?? 客戶模型實操及指導。
線下培訓名額僅限 20人 ！報名直播可優先獲得培訓名額！
帶上你的模型，Altair原廠工程師指導包學會。名額有限，先報先得！
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展開 ABAQUS應用于設計院實際工程-鋼結構懸挑托架焊縫連接模擬-強度仿真
ABAQUS應用于設計院實際工程-鋼結構懸挑托架焊縫連接模擬-強度仿真
