abaqus設計體會的案例
汽車行業分享丨SimSolid在鋼結構設計中的應用及體會（下）
工程背景
近幾年，在機械產品設計領域，SimSolid? 作為一款無網格分析軟件，正發揮著日益重要的作用，尤其在鋼結構設計過程中展現出獨特優勢。傳統鋼結構設計流程復雜，需投入大量時間進行有限元模型構建與分析，而 SimSolid 的出現極大地簡化了這一過程。
在上一期文章《SimSolid 在鋼結構設計中的應用及體會》和大家分享了 SimSolid 在焊接鋼節點設計分析中的應用及體會，本文重點分享 SimSolid 在螺栓連接鋼節點設計中的應用價值，因為螺栓連接通過可拆卸的機械咬合實現構件間的力傳遞，是與焊接鋼結構同等重要的關鍵技術。
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軟件簡介
Aitair SimSolid 是一款專門為快速發展的設計流程開發的結構分析軟件。它消除了幾何體簡化和網格化過程，可高效實現大型復雜裝配體的力學分析，包括靜力學分析、模態分析、熱分析、結構熱耦合、非線性靜力學分析、疲勞分析、線性動力學等多種類型。對于螺栓連接，SimSolid 利用先進接觸算法，準確模擬接觸區域的壓力分布、摩擦行為及可能的相對滑移，計算螺栓在軸向、剪切、彎曲等載荷下的應力、應變分布，為工程師提供全面的評價指標。
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主要內容
3.1 鋼節點連接
鋼節點設計的性能指標中，節點強度直接關乎整個鋼結構的穩定性與安全性。如下圖1所示的螺栓連接和焊接，是鋼結構設計中最常見兩種節點連接方式，下面針對螺栓連接，開展強度分析方法的介紹，同時與依據鋼結構設計規范的計算結果對比，對仿真結果進行合理性說明及討論。
展開 一位老機械設計師的心得體會（轉）
機械設計貫穿設計、制造、使用，維護的整個過程，設計時的疏忽總會在這些方面反映出來，成功與否是很容易判斷的。設計的過程中，受制造的影響很大，亦就是說好的設計是不能脫離制造的，對制造越了解，越有助于提高設計水平。設計的圖紙，投入生產，我沒見過多少能立即按圖加工裝配，在審圖、工藝等過程發現大堆的問題很常見，包括所謂“資深”的高工，總工拿出的圖紙，還是經過多次開會研究反復討論的出來的結果，原因是多方面的，繪圖的規范性，看圖者的水平是一方面，但設計方對制造工藝的了解不深入是主要原因。怎樣判定自己對制造的了解程度？最簡單的方法是隨手抓一張自己設計的東西的圖紙你是否能說出它的制造全過程。鑄、鍛、車、鉗、銑、刨、磨，只是這樣子，肯定是不行，在機械廠做過幾年的誰不知道？必須細分下去，要全面了解各過程。比如說鑄造時候怎么分型，澆口冒口怎么放，可能會有什么樣的鑄造缺陷產生，零件結構在熱處理的時候會不會導致意外情況發生的，怎么在零件結構上進行優化，切削加工過程，在腦海中虛擬出來，總共用幾把刀，轉速，走刀量，甚至鐵屑望哪里飛，各把刀使用的順序，車工，銑工，磨工的操作動作全過程，如此等等，才算是有了比較好的基礎。不是說搞設計的一定要會玩車床，銑床，會燒電焊才可以，但是要知道這些作業特點，在設計時加以充分考慮，作為搞機械設計的人這樣才比搖車床燒電焊的強，才有安身立命之處。如此，在設計過程中，就會規避一些不合理的結構，設計的質量自然提高不少，可是還不夠，一個有十年八年的工齡的技工能提出比你更成熟的細節方案（盡管整體的設計統籌他們做不了），但是多少個不眠的夜晚設計出就這樣一個結果，豈不是斯文掃地耶？唯一的解決辦法，多看書。別人總結出來的通常與生產相結合，俱是心血的結晶。帶著問題學，多想就能消化。再也不會說“只要保證同心度就行了”這樣愚蠢的回答，關鍵是你已經指出保證同心度的方法，甚至前輩的錯誤。
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表1 焊縫受力結果統計
本案例中，焊縫的應力結果如下表所示，焊縫1的最大等效應力94MPa,焊縫2的最大等效應力151MPa，均小于焊縫的許用強度，滿足設計要求。
表2 焊縫應力結果統計
除此之外，焊縫工具還可以進一步查看各應力分量沿焊縫長度的分布情況，通過曲線和云圖兩種方式，方便工程師更直觀的理解焊縫受力情況，識別潛在失效問題，并正對性的提出改進方案，如下表3所示。
表3 焊縫應力結果可視化
4.總結及體會
總結：本文通過典型的K型焊接鋼節點，展現了 SimSolid 在鋼結構設計中應用價值，不僅可以準確模擬各類載荷作用下，結構本身和連接體的應力分布情況，并給出詳細的應力云圖與數據，而且可依據分析結果，找到產品的改進方向，通過調整節點形狀、增加加強筋等方式提高節點強度。
體會：SimSolid 在大型鋼結構項目中的應用越來越廣泛，如何建立傳統設計標準與高效計算方法的對應關系，是當前面臨的重要問題。一方面需要設計工程師對 SimSolid 的成功案例進行總結歸納和推廣，另一方面也需要通過 SimSolid 軟件針對各類關鍵節點形式，如焊接、螺接、鉚接等，開展全面的研究對比，建立相應的評價指標和標準，并在項目中不斷修正和完善，最大化軟件的工程價值。
本文中對焊縫兩種建模方式和結果的討論，可以看到幾何突變時的應力集中會帶來異常的高應力，導致結果失真。SimSolid 中更合理的焊縫應力查看方式是借助專門的焊縫工具，通過焊縫合力計算得出焊縫應力。
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工程背景
近幾年，在機械產品設計領域，SimSolid? 作為一款無網格分析軟件，正發揮著日益重要的作用，尤其在鋼結構設計過程中展現出獨特優勢。傳統鋼結構設計流程復雜，需投入大量時間進行有限元模型構建與分析，而 SimSolid 的出現極大地簡化了這一過程。
在上一期文章《SimSolid 在鋼結構設計中的應用及體會》和大家分享了 SimSolid 在焊接鋼節點設計分析中的應用及體會，本文重點分享 SimSolid 在螺栓連接鋼節點設計中的應用價值，因為螺栓連接通過可拆卸的機械咬合實現構件間的力傳遞，是與焊接鋼結構同等重要的關鍵技術。
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軟件簡介
Aitair SimSolid 是一款專門為快速發展的設計流程開發的結構分析軟件。它消除了幾何體簡化和網格化過程，可高效實現大型復雜裝配體的力學分析，包括靜力學分析、模態分析、熱分析、結構熱耦合、非線性靜力學分析、疲勞分析、線性動力學等多種類型。對于螺栓連接，SimSolid 利用先進接觸算法，準確模擬接觸區域的壓力分布、摩擦行為及可能的相對滑移，計算螺栓在軸向、剪切、彎曲等載荷下的應力、應變分布，為工程師提供全面的評價指標。
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主要內容
3.1 鋼節點連接
鋼節點設計的性能指標中，節點強度直接關乎整個鋼結構的穩定性與安全性。如下圖1所示的螺栓連接和焊接，是鋼結構設計中最常見兩種節點連接方式，下面針對螺栓連接，開展強度分析方法的介紹，同時與依據鋼結構設計規范的計算結果對比，對仿真結果進行合理性說明及討論。
圖1.紅色圈示-螺栓連接；綠色圈示-焊接
3.2 螺栓連接節點
螺栓連接設計包括3個關鍵參數，即螺栓的規格、個數及分布。SimSolid 運用先進的數值算法，快速評估螺栓強度是否滿足設計要求，幫助工程師發現鋼節點設計中的潛在失效位置。
展開 
技術熱點 | Abaqus在彈簧設計中的仿真應用
導讀
彈簧作為機械設計中常見的零件，對于標準彈簧的設計和剛度系數的計算也有比較成熟的標準，但是，對于異形彈簧，這些標準就沒有了用武之地，在這種情況下使用有限元方法不失為另一個選擇，以下案例中我們將使用Abaqus對三角形彈簧進行計算。
Abaqus在橡膠密封墊設計中的工程化應用
發動機的“三漏”問題，已日益成為影響發動機性能、可靠性、使用周期等的重點關注對象，因此發動機各密封材料的密封性能和可靠的連接方法是減少甚至消除這類問題的關鍵，對密封件的研究已經成為目前發動機設計中的一個重要組成部分。
一般而言，密封結構的裝配關系及幾何形狀比較復雜,其中的橡膠密封元件,具有非線性本構關系。它會導致結構受力變得復雜,承載后會出現大位移、大應變。因此，傳統的設計方法, 在實驗之前不能預先地對密封結構的性能進行評價,只能依賴于設計者的經驗,這顯然已經不能滿足現代精確設計的要求。本文針對某發動機開發中橡膠密封墊密封問題，利用大型有限元分析軟件Abaqus，建立有限元分析模型，驗證了該橡膠密封墊的失效原因，校核了優化方案的密封性能，為橡膠密封墊密封問題提供了理論依據，使問題得到了解決。
1.理論基礎
Abaqus作為國際上最先進的大型通用有限元
計算分析軟件之一，可以進行結構的靜態和動態分析，具有豐富的單元模式，可以模擬廣泛的材料性能，使工程分析和優化設計更快更好，在本案例中的計算分析得到了令人滿意的結果。
1.1 分析模型的簡化
在工程實踐中，常存在這一樣類彈性力學問題具有如下特征：
（1）物體是柱體，且軸向尺寸比橫截面尺寸大很多；
（2）所有外力（體積力和表面力）都平行于橫截面作用，且沿軸向保持不變。
任取一個垂直于軸向（z方向）的橫截面，若軸向無限長，則該橫截面為對稱面，3個位移都應相對它對稱。因此，可以推斷位移分量應是：ux=ux(x,y),uy=uy(x,y),uz=0。由幾何方程可得，平面內應變分量εx、εy、γxy≠0且僅為xy的函數；平面外應變分量εx=γxz=γyz=0?？梢娮冃蝺H發生在與橫截面平行的平面內，因此這類問題稱之為平面應變問題。
展開 預應力簡支梁cae模型砌體墻滯回分析word教程13個關于abaqus的結構例題abaqus課程設計 ￥50
預應力采用降溫法和初應力分別施加進行對比。
基于Isight和Abaqus的實驗設計方法
1.導讀
實驗設計（Design of Experiment,DOE）是一種安排實驗和分析實驗數據的數理統計方法，已經廣泛應用于產品設計中。通過對產品質量、工藝參數的量化分析，DOE可搜尋關鍵因素，控制與產品設計相關的因素，然后對實驗進行合理安排，以最少的實驗次數獲得理想的實驗結果。常用的DOE方法有正交實驗、拉丁超立方、全因子分析法、Box-Behnken、田口法等。正交實驗具有“均勻分散，齊整可比”的特點，正交實驗能夠保證各種主要因素的各種可能，但是實驗次數較多。拉丁超立方能夠保證樣本均勻分布在樣本空間，且以更少的實驗次數實現目的。在產品設計時，若能根據需求方便使用各種DOE方法，將能事半功倍。Isight能夠快速實現多種DOE方法，已經集成了主流的DOE方法，產品設計時，設計人員能根據設計需求靈活調用各種方法。
圖1 拉丁超立方原理圖
2.問題描述
針對一端受載，另一端固定的懸臂梁，實驗設計其彈性模量、泊松比和集中力三個因素，使得懸臂梁的最大位移最小。
圖2 流程搭建示意圖
3.實驗設計
本案例將結合Isight和Abaqus完成多因素實驗設計。Isight主要是完成實驗設計流程，而Abaqus是完成懸臂梁建模并進行有限元分析。在Isight中，拖拽Abaqus和實驗設計DOE模塊完成實驗設計流程化創建。
Abaqus模塊：導入懸臂梁Job-beam.inp和Job-beam.odb文件,選擇實驗設計參數。
DOE模塊：選擇拉丁超立方實驗設計，各設計變量上下10%的浮動，共20組數據點。
展開 技術熱點 | Abaqus在彈簧設計中的仿真應用
導讀
彈簧作為機械設計中常見的零件，對于標準彈簧的設計和剛度系數的計算也有比較成熟的標準，但是，對于異形彈簧，這些標準就沒有了用武之地，在這種情況下使用有限元方法不失為另一個選擇，以下案例中我們將使用Abaqus對三角形彈簧進行計算。
導入模型如下，如下：
常見彈簧材料如下：
創建靜態分析步，打開幾何非線性，如下：
對圓盤上部參考點創建力和位移的時間歷程輸出，如下：
進入相互作用模塊，對彈簧和圓柱體施加綁定約束，如下：
底部參考點創建固定約束，如下：
對上部參考點，施加位移約束如下：
提交計算，查看彈簧變形如下：
查看彈簧應力分布如下：
查看反作用力，如下：
通過以上結果，我們不僅可以使用計算出彈簧的剛度系數，也可以直觀地看到彈簧在壓縮過程中應力最大地區域，為我們后續地優化設計提供了極大地方便。
以上模型源文件請點擊閱讀原文到宇喜官網下載
展開 追求虛擬未來—Abaqus在百事可樂包裝設計領域的應用
所有這些品牌的開發工作都涉及到大量的加工和包裝——這就是Abaqus扮演重要角色的地方。
對于消費品包裝公司來說，創新對于贏得市場份額和將新產品推向市場是很重要的。這需要克服材料選擇、廢物減少、制造、可回收性和產品運輸方面的挑戰。貌似普通的飲料瓶，實際上也需要非常系統的方法來設計，將形狀設計和仿真結合，可以改進包裝設計過程，提高生產率、質量和可持續性。
百事可樂設計團隊使用仿真來執行設計迭代分析，并在所有的設計迭代中選擇最佳的設計。最佳設計選定后，將進行概念驗證評估，通過模擬進行非常詳細的評估，以確定包裝是否符合百事可樂的要求。
為了獲得在飲料瓶開發過程早期的設計和制造工藝依據，百事可樂使用了達索系統SIMULIA品牌的Abaqus模擬注拉吹成型和擠吹成型，以確定哪種工藝條件下可以生產出適合瓶壁厚度分布的最佳產品。在設計的后期階段，結合仿真和性能評估，以優化所需性能的飲料瓶。
Abaqus幫助百事可樂大大減少了試驗次數，節約了成本。通過在公司內部進行績效評估，公司每年可以直接和間接節省100多萬美元。
2016年，百事可樂團隊對市場上不同的軟件進行了比較，并選擇了SIMULIA品牌的Abaqus，因為它具有強大的非線性顯式功能。
2020年，百事可樂開始與達索系統合作開發一個基于網絡的虛擬測試實驗室。從那時起，百事可樂逐漸將手工線下仿真轉變為全自動、流水線型的仿真流程。最終目標是將70%的物理測試帶入虛擬測試實驗室，特別是飲料包裝。由于是完全自動化和流水線型的仿真過程，它不需要用戶的專業知識，工業設計師、包裝工程師等非CAE專家也可以輕松使用。這樣一來，專業的CAE工程師就可以騰出時間來完成創新任務，比如開發更多的仿真應用程序。
圖.
展開 車企用Abaqus、CATIA和Isight加速汽車設計
開發高質量螺栓接頭是汽車底盤設計不可或缺的組成部 分。高穩健性接頭相對于連接副車架到轉向節的連桿而 言，了解其設計的人可能更少，但它卻對改進操控、延長 汽車壽命至關重要。接合不嚴，就會惡化對齊不善等質 量問題，從而影響接合組件的耐用性。設計良好的接合 效率更高，能以更小型號的扣件支持更大負載，而且不會脫松。
福特汽車公司的工程師接到了為中型乘用車后懸掛系統 開發高穩健性懸臂式錐形接頭的任務（見下圖）。為了最大限度節約時間和成本，同時滿足功能性目標要求，該團隊用Abaqus for CATIA（AFC）發了自動化實驗設計（DOE）流程用于結構分析，并用Isight進行流程自動化和最優化。
分析錐形接頭性能
螺栓接頭是汽車懸掛最常見的接合方式。在本應用中， 錐形接頭用來連接連桿和后轉向節，采用懸臂式連接。 錐形接頭襯內套和轉向節兩部分相連，每部分對錐角有 獨特的制造公差。
為開發鋼內套和鋁轉向節之間的穩健錐形接頭，要考慮 以下方面：每個部件的生產公差、錐和底座之間的接觸 區域、負載移除后的錐扭矩損失角度。
為進行設計仿真測試，福特工程師采用AFC創建轉向節 和襯內套的有限元模型，并通過CATIA創建的模型獲 得幾何輸入和材料屬性。AFC保持與CATIA模型的相 關性，確保當CAD模型在設計變量變化范圍內變更時 Abaqus模型更新的魯棒性。
在物理組裝流程中，鍛鋼內錐受力緊靠鋁轉向座。由于 不同部件的生產工藝不同，錐設計特性的角度公差不同 于內套和轉向接合表面。
對進行穩健性接觸分析乃至接觸壓力分布分析，內套筒 網格構建為與轉向座網格的配合。為協助接觸面網格的 對齊，另外創建了轉向座“域”（見下圖青色），可簡化接 觸工作。這個部件在Abaqus內通過固連接觸連接到轉 向體其它部分。
展開 
Abaqus和nTopology的晶格分析和設計
Abaqus和nTopology Element的晶格設計
目前，晶格結構設計仍是一個漫長而艱難的過程。傳統的設計工具缺乏足夠的靈活性，并且傳統分析和優化方法難以很好地集成到工程工作流中，但隨著Abaqus和nTopology的聯合，晶格設計、分析與優化已成為無縫銜接的重復流程。[增材]運動鞋底的晶格優化設計、[增材]Abaqus在晶格點陣結構設計上的應用
拓撲結構
晶格設計始于拓撲結構—節點與梁在結構中的位置和連接。拓撲設計決定了設計的載荷路徑和結構剛度，晶格拓撲可由周期性/重復性以及非周期性/隨機性等多種方法生成。
無論拓撲生成方法如何，首先應制定其設計空間，通過Abaqus對實體進行分析，可設計有效且高效的拓撲晶格結構（見圖1）。
圖1
基于Abaqus分析結果，使用nTopology Element軟件設計拓撲晶格結構。隨機拓撲結構將根據Abaqus場輸出改變梁密度，而周期拓撲結構在零件的不同區域使用不同的晶格單元。圖2是使用可變的周期拓撲（均基于六角棱鏡單元）來創建具有不同屬性區域。
圖2
一旦具有拓撲結構，就可重新分析該零件以了解其結構性能?？墒褂胣Topology Element導出Abaqus輸入文件，其采用可用于3D打印的默認梁厚度。最后，對零件進行簡化梁（Beam）分析，見圖3。
圖3
如果需要，可以使用上述分析結果來修改拓撲設計，或利用Tosca軟件以優化梁單元的尺寸。在打印過程中，可將梁尺寸控制在可打印范圍內，保證足夠厚以便成功打印并且足夠薄而不需要支撐結構。即使有成千上萬的梁單元，優化過程也運行得很快。通過使用Tosca軟件時間驗證的優化方法其結果是有效和可靠的（見圖4）。
展開 Abaqus在耳機金屬彈片優化設計中的應用 ￥15
本文利用Abaqus軟件，對耳機長度調整機構中的關鍵金屬彈片進行了優化設計，使其能夠在有限的空間內提供足夠的彈力，而不至發生塑性損傷及斷裂，延長了其使用壽命。優化后的結果可應用到實際產品中，以提升消費者的用戶體驗，本文方法也可以應用到類似的關鍵性彈片設計中。
關鍵詞： Abaqus; CAE分析；金屬彈片；頭戴式耳機；滑動裝置
橡膠減振器設計分析與ABAQUS模擬仿真
橡膠減振器設計分析與ABAQUS模擬仿真
橡膠分析的難點與挑戰
橡膠元件的典型結構及典型承載
橡膠材料的基礎實驗與參數擬合
ABAQUS特有功能在橡膠分析中的應用
展望ABAQUS在求解橡膠問題的新的研究方向
橡膠分析與ABAQUS-1.rar
橡膠分析與ABAQUS-2.rar
基于ABAQUS的連接器端子件優化設計
摘要：針對金屬零件的結構設計，提出一種基于應變能密度的分析和優化方法，使其滿足強度需求的同時降低塑性變形。此方法結合Abaqus有限元模型的自動修改技術，以零件體積為約束，最小化節點的應變能密度為優化目標，在優化迭代循環中對指定零件區域的節點進行移動，使此區域的應力應變均勻分布，達到減小局部集中應力的目的。以電子連接器的金屬端子件為例，應用上述方法對其進行優化設計，獲得了具備更小塑性變形值，且結構性能增強的端子件結構。
關鍵詞: 應變能密度；連接器端子件；優化設計；結構分析
中圖分類號：TG386 文獻標識碼：A
基于ABAQUS的連接器端子件優化設計_20151129.pdf
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