沖擊荷載的案例
【iSolver案例分享25】假肢腳踝受沖擊荷載
【iSolver案例分享25】假肢腳踝受沖擊荷載
1. 模型背景
該模型為3維模型，模擬假肢腳踝受沖擊荷載的影響。腳踝材料為碳纖維材料，密度為1.5g/cm3,彈性模量為230GPa,泊松比為0.28。腳踝所受沖擊荷載為50MPa。
材料說明：
2. 建模
側視圖
俯視圖
邊界條件：底部固定，頂部施加沖擊荷載
3. 結果對比
1) 應力
a) 視圖1
iSolver結果：
Abaqus結果：
b) 視圖2
iSolver結果：
Abaqus結果：
c) 視圖3
iSolver結果：
Abaqus結果：
2) 應變
a) 視圖1
iSolver結果：
Abaqus結果：
b) 視圖2
iSolver結果：
Abaqus結果：
3) 位移
a) 視圖1
iSolver結果：
Abaqus結果：
b) 視圖2
iSolver結果 :
Abaqus結果：
4.
展開 國內外汽車荷載沖擊系數對比
公路橋梁結構設計所采用的車輛荷載是對實際車輛荷載的簡化。作為汽車荷載效應設計值的一個組成部分，沖擊系數的取值在一定程度上影響著汽車荷載效應的取值，并且沖擊系數可以反映不同恒活載比例橋梁之間的差異，因此，沖擊系數取值合理性與否對于公路橋梁而言非常重要。
沖擊系數
在移動荷載作用下，橋梁在空間的豎向、縱向和橫向三個方向產生振動、沖擊等動力效應。通常把豎向動力效應稱為汽車荷載對橋梁結構的沖擊力。橋梁結構的總豎向汽車荷載效應等于豎向汽車荷載靜力效應與其動力效應之和。在國內外的各種橋梁設計規范中，大多采用把汽車荷載豎向靜力效應乘以一個增大系數作為計入汽車荷載豎向動力效應的總豎向荷載效應，即：
沖擊系數就是為考慮移動的汽車荷載對橋梁結構產生豎向動力效應的增大系數。車輛和橋梁間相互作用受到諸多因素的影響，這些因素可以分為兩大類：橋梁參數和車輛參數。
橋梁參數：包括橋梁的自振頻率、跨徑布置、結構阻尼、橋梁類型、橋面不平整度、橋頭沉陷及伸縮縫裝置狀況等；
車輛參數：包括車速、車重、車輛懸掛系統、車輛數目等。這些因素在設計中都由沖擊系數綜合考慮。
世界各國對公路橋梁的車輛振動問題做了大量的理論和試驗研究。由于車輛引起橋梁振動問題的復雜性，目前世界各國的沖擊系數研究基本上是在試驗基礎上制定的。在各國設計規范中，對于沖擊系數的規定一般有兩種形式：
一種是，沖擊系數作為跨徑的函數。
一種是，沖擊系數作為橋梁基頻的函數。
我國1985年及其以前的規范主要參照國外的規范，將沖擊系數作為跨徑的函數，規定：
04規范則將沖擊系數定義為橋梁基頻的函數，具體數值在沖擊系數實測的基礎上，經統計分析確定。
展開 實時高溫條件下SHPB沖擊壓縮模擬方法
溫度對于花崗巖力學特性有不可忽視的影響，模擬100℃和200℃下花崗巖SHPB 試驗時必須考慮溫度的作用，借助“隱式-顯式順序求解法”模擬實時溫度下花崗巖的沖擊破壞過程。眾所周知，ANSYS 隱式方法能高效的求解靜載問題，而求解瞬態問題則需要借助顯式方法，“隱式-顯式順序求解法”實質上就是將隱式的求解結果寫入的drelax文件，接著ANSYS/LS-DYNA 讀入這些變形，并且對描述的幾何模型進行初始化，之后再進行瞬態求解。計算具體過程概括如下:
(1)取常溫下花崗巖的線熱膨脹系數為8x10-6C-1，首先對試樣施加溫度荷載，求解分析的隱式部分(熱荷載):
(2)改變模型文件名，避免隱式求解結果被顯式求解結果覆蓋
(3)將隱式單元轉換為對應的顯式單元;
(4)更新單元關鍵選項，如材料屬性等;
(5)移除人為施加在模型上的多余約束;
(6)將隱式求解結果(節點位移等)寫入drelax文件:
(7)通過 drelax文件，為顯式求解進行幾何模型的初始化:
(8)為顯式求解施加沖擊荷載和接觸條件:
(9)求解該分析的顯示部分(沖擊荷載)。
雖然ANSYS/LS-DYNA軟件已經提供了大量的材料本構模型，但是仍無法包含一些具有特殊力學性能的材料。正是由于此原因，LS-DYNA 提供了可供用戶自定義的材料本構接口，通過此接口，用戶可以將材料所具有的特殊力學性能嵌入LS-DYNA軟件中，從而完成問題的數值模擬。自定義本構子程序參量包括了材料參數、應變增量、時間步長現時刻應力和歷史變量值等。用FORTRAN或C語言編寫材料本構子程序，應變增量由程序本身根據守恒方程和運動方程獲得，在每個時間步過程中調用子程序求解出應力的增量。
《內容轉載》
展開 科技前沿 | 材料動態力學測試——霍普金森桿實驗
03
霍普金森桿的應用
霍普金森壓桿實驗主要用于研究材料在沖擊荷載下的應力-應變關系和破壞機理，包括：
巖石、混凝土、陶瓷材料試驗;
塑料、復合材料、泡沫材料、減震材料等材料試驗;
高聚物、炸藥、固體推動劑材料試驗等。
應用：采用霍普金森桿可獲得納米增強泡沫材料在不同沖擊速度下的吸能能力，如下圖所示。
04
動態荷載下應力-應變關系
靜態荷載下，材料應力σ=應變ε·楊氏模量E。
而在動態荷載下，材料力學性能會與加載率（應變率）顯著相關。高幅值短持續時間脈沖荷載所引起的材料力學性質的應變率效應，對于抗動載的結構設計與分析是非常重要的。這些動載來自常規武器爆炸、偶然爆炸和高速撞擊等許多軍事和民事事件。
當驅動撞擊桿撞擊入射桿時，通過采集入射桿和透射桿的應變脈沖-時間波形，就可得到作用于試件的沖擊荷載。而改變撞擊速度就可以改變作用于試件的沖擊荷載和試件的應變率。通過多次測試，就能得到試樣在不同應變率下表現出的不一樣的應力-應變關系。
展開 
ADINA 42 個經典算例，適合初學者！ ￥10
問題 1：梁的撓度計算………………………………………………………………1
問題 2：開孔板受拉力………………………………………………………………12
問題 3：用 ADINA－M 建模計算開孔板受拉力………………………………… 25
問題 4：受彎曲載荷作用的細長桿…………………………………………………32
問題 5：周邊開槽圓棒受彎曲載荷作用……………………………………………37
問題 6：方箱拖帶流場問題…………………………………………………………44
問題 7：塊體和剛性柱面間的接觸問題……………………………………………53
問題 8：薄殼體分析……………………………………………………………… 67
問題 9：圓柱體熱應力分析……………………………………………………… 77
問題 10：沖擊荷載作用的梁－直接積分………………………………………… 88
問題 11：沖擊荷載作用的梁—模態疊加………………………………………… 92
問題 12：地震載荷作用的梁－譜分析…………………………………………… 96
問題 13：網格誤差估計（以開孔板為例）………………………………………101
問題 14：框架推垮（Pushover）分析…………………………………………111
問題 15：聲學分析……………………………………………………………… 128
問題 16：用 ADINA-M 建模分析轉軸交叉部分……………………………… 142
問題 17：用 ADINA-M 建模分析開裂問題…………………………………… 153
問題 18：流場中流體與柔性結構的相互作用………………………………… 170
問題 19：管道內的流體流動和質量傳遞……………………………………… 183
展開 國際系列會議AIAA Scitech 2019--PD報告
先是通過考慮簡單靜力與沖擊荷載條件驗證了模型，接著進行了瞬態分析來模擬鉆孔過程中剛性鉆頭的運動以及包括分層與材料剝落的損傷模式。這一方法可拓展到考慮不同的鉆頭類型、各種鉆孔參數、一般性鋪層、纖維增強復合材料的材料特性。
圖：（向上）剝離分層和（向下）推出分層
圖：接觸模型
圖：不同時刻層合板頂部的損傷圖（a）t =2.285e-05s（b）t =3.0e-05s和（c）t =3.5e-05s
PD報告摘要四：
https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2019-1040
石墨烯層起皺的近場動力學模擬
本文提出了含拉伸和彎曲模量的石墨烯層近場動力學模型，并與原子模擬以及實驗結果進行了對比。在確定面內與層間鍵的近場動力學常數之后，近場動力學模型被用于模擬懸于溝槽上的石墨烯層的起皺，并通過對比分子動力學的模擬結果驗證了該模型。另外，數值結果也展示了拉伸與熱荷載作用下懸于窄溝槽上的石墨烯層的建模過程。近場動力學所預測的起皺性質，即波長與振幅，與實驗結果較為吻合。因此，近場動力學理論可以成功用于確定石墨烯層中的極短波長與小振幅。它可用于理解并控制由褶皺石墨烯制成的納米器件的電子性能。
展開 lsdyna偏心不耦合裝藥爆破分析 ￥40
偏心不耦合裝藥結構爆破產生的爆破荷載，作用在炮孔壁上是不均勻的，從而在炮孔壁周圍產生明顯的應力偏心效應，應該合理調整偏心裝藥結構，使爆炸沖擊荷載強作用在需要開挖巖體的一側，盡量減少其對巖體保留區的作用，最大限度避免對保留區巖體造成損傷。
網格劃分時，炸藥和空氣進行共節點，且炸藥進行偏心處理，效果圖如下：
明顯可以看出裝藥偏心一側的巖石粉碎范圍更大
石化控制室抗爆設計——動力分析方法概況
而實際計算的時候，變換系數一般都簡化為不變的常量，取為彈性和塑性的一半（這一簡化肯定會帶來誤差，實際構件的彈塑性狀態與爆炸荷載和構件本身的承載力曲線也就是荷載位移曲線相關，變換系數是隨時間變化的）。
根據變換系數計算單自由度的等效質量和等效剛度,得到等效周期，進而計算 爆炸力持時/單自由度體系自振周期（te/tn)，構件極限抗力/構件沖擊荷載（Ru/P),根據下面的圖解曲線可以查到對應延性比值（該圖為上面倆方程的數值求解結果），也就是我們無需自行解動力方程，直接根據時間比和荷載的比值就能查到對應的延性比，進而獲得最大的塑性變形和支座轉角，然后跟延性限值和轉角限值進行對比。雖然存在大量簡化，但是好歹有個比較容易執行的設計方法。
對于一個整體的結構，我們只能把他們拆除一個個單獨的構件，按照上面的方法進行設計驗算。（這種解耦方法忽略了相鄰構件的變形協調和平衡力，而這些因素可能會增大或減小動力響應）
但是該近似方法還有個比較嚴重的問題就是該體系的彈簧反力并不等于實際的支座反力，在計算動支座反力時，桿件內的分布慣性力必須要考慮進去，按照下面的圖示來計算得到支反力的時程曲線。
雖然規范中給了反力的表達式，但是其中的構件抗力R和沖擊荷載F都是隨時間變化的。這給樓板和側向的設計帶來了很大困難，因為這兩個構件的面內荷載都與前墻的支座反力相關。因此，必須對前墻進行數值積分才能得到R和F的時程曲線，進而根據上面的公式得到支反力的時程曲線，進而作為輸入荷載來分析樓板和側墻的面內響應。
展開 機箱主板振動響應測試 ￥800
<p>電子設備在承受特定的沖擊載荷后，通常必須經過認證才能運行。與進行實際的物理測試相比，執行數值仿真成本更低，周轉時間更短。在許多情況下，沒有必要執行完整的非線性接觸分析，而是根據給定的加速度歷史記錄來指定要求。常見的沖擊規范是給定周期和峰值，加速度表現為半正弦函數。本案例模擬了半正弦沖擊荷載下計算機主板的動力響應，模擬結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/6204afb866a448e39a0a16d218f6e3a3.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>主板位移響應</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/d16f49c2b5bc4e2b84837a6bebd25616.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>主板應力響應</strong></p><p>感興趣的朋友，可下載模型源文件，歡迎交流</p>
展開 014. 探索結構分析的三種視角：準靜態、動態和瞬態分析
瞬態分析
瞬態分析是一種結構工程中的數值仿真方法，旨在分析結構在短時間內（相對于其固有振動周期）受到外部荷載或沖擊作用時的行為。結構響應考慮了瞬時或周期性荷載下的動態振動和形變。
瞬態分析是一種更為具體的動態分析，關注系統在極短時間內的響應，適用于瞬時沖擊或爆炸等突發事件的分析。
在瞬態分析中，外部載荷的變化非常迅速，需要考慮物體的慣性、剛度和阻尼等因素，以了解結構在極短時間內的應力、位移等變化情況。這種分析方法通常用于模擬結構的瞬時響應，比如爆炸、沖擊、碰撞等情況。
以下是準瞬態分析的基本步驟：
1）建模和幾何定義
首先，需要使用仿真軟件建立結構的幾何模型。這包括定義結構的形狀、尺寸、材料屬性以及邊界條件，以確保準確的模擬。
2）外部沖擊或荷載定義
在準瞬態分析中，我們關注結構在極短時間內受到的外部荷載或沖擊。這些荷載可以是來自爆炸、碰撞、沖擊負載等。需要定義這些荷載的性質和時間歷程。
3）時間步長和積分
在準瞬態分析中，時間步長是一個關鍵參數。由于我們關注的是短時間內的響應，需要選擇適當的時間步長以進行數值積分。通常，時間步長會選擇得足夠小，以確保準確的模擬。
4）動力學方程
準瞬態分析使用動力學方程描述結構在時間上的響應。這些方程通常是基于質點的牛頓第二定律，描述了質點的加速度、速度和位移之間的關系。這些方程也可以包括材料的非線性行為，以模擬沖擊或爆炸中的變形。
5）數值求解
使用數值方法（例如有限元法）對動力學方程進行數值求解。這將產生結構在短時間內的位移、速度和加速度等響應數據。
6）結果分析和后處理
得到的結果通常以圖形或數據的形式呈現，以便工程師分析結構的響應。這可以包括位移、速度、加速度、應力分布等。此分析有助于了解結構在瞬時荷載下的響應和性能。
展開 LSDYNA鋼筋混凝土結構/構件爆破/爆炸倒塌本構材料參數——持續更新ing ￥88
*MAT_RHT（MAT_272混凝土RHT）可查看損傷/沖擊荷載），以下將對以上列出的本構進行詳細說明，并且提供專用K文件材料本構模板，直接導入參數即可（注意單位轉換）
后續我會把之前各種倒塌動畫放上來，對應用的是那種本構也會一一對應上來
單位制轉換↓↓：
推薦首行和尾行單位制設置
多個K文件同時導入設置方法
MAT159本構C30簡單參數設置
MAT159本構C20詳細參數設置
mat3參數詳解示例
沖壓件加工車間哪些方面要注意載荷情況？
1、壓機的載荷；根據壓機荷重，換模小車重量和模具重量而定，由于機械壓力機在工作時候會產生很大的沖擊荷載，所以在計算壓力機載荷時候需要考慮；
2、天車的載荷；沖壓件加工車間所用的天車一般要選用32t和50t的天車，要看一下天車的產品規格、輪壓、輪距等參數，計算出它的最大載荷情況；
3、管道荷載；沖壓件加工車間柱子上會有水、電、氣、風、消防等管道，在載荷計算時候也要考慮到這個方面；
4、地坪載荷； 沖壓件加工車間除了壓機線區域外，大部分面積用于放模具，一般模具堆放層數為兩層，所以車間的地坪荷載為100KPa 左右，沖壓件原材料卷料或者板料堆放區域需要根據堆放形式而定，使用專用料架堆放并超過二層的話，地坪荷載需要考慮150KPa；
展開 CAD導入的PFC-FLAC3D耦合真三軸沖擊 ￥39
重點解決在數值模擬中復雜幾何體建模難的問題，實現了通過 CAD直接導入轉化為 PFC3D 的幾何組（Geometry Group）及塊體組（Clump Group），并在此基礎上構建真三軸動力沖擊耦合模型。
CAD 復雜建模接口：支持從 CAD 建立復雜三維幾何模型，一鍵導入 PFC 6.0，自動完成 Geometry 到 Clump 的映射與填充，突破軟件自帶建模工具的形狀限制。
PFC-FLAC3D 精準耦合：實現離散元（PFC）與連續介質（FLAC3D）的無縫動力耦合，利用 FLAC3D 模擬遠場邊界效應，PFC3D 模擬核心破壞區。
真三軸動力加載系統：代碼預設了標準的真三軸初始地應力環境，并集成沖擊荷載（Dynamic Impact）觸發機制。
邏輯清晰的 clump group 與 geometry group 分類，方便后續的數據提取、云圖顯示及屬性賦值。
包含文件內容
PFC6.0代碼：包含模型初始化、CAD 導入、接觸定義。
FLAC代碼：處理 PFC 與 FLAC3D 交互界面的力學傳遞。
CAD 示例模型：提供一個標準的三維 CAD 幾何模型作為演示。
適用研究方向
深部巖石動力學與沖擊地壓研究。
復雜地質體的精細化建模。
巖土工程多尺度耦合分析。
展開 (k文件)LS-DYNA的FEM-SPH耦合三維爆破模擬 ￥49.99
巖石在爆破荷載作用下表現的性質十分復雜，在實際的鉆爆開挖中容易引發安全事故。埋入巖體中的炸藥發生化學爆炸后，巖石將在爆破近區發生壓剪破壞形成粉碎區，在爆破遠區發生張拉破壞形成裂隙區。
由于在沖擊荷載下存在有限元大變形的問題，因此SPH-FEM耦合法常被用于模擬爆炸、侵徹等問題。下面給出SPH-FEM模擬爆破的結果，并附有k文件供參考學習。
炮孔附近的巖石及炸藥采用SPH粒子，遠端采用有限元。FEM和SPH設置點面tied接觸傳遞力和損傷，接觸剛度設為0.1以提高穩定性。SPH粒子對稱面的約束通過關鍵字*BOUNDARY_SPH_SYMMETRY_PLANE施加，有限元的對稱面的約束用關鍵字*CONSTRAINED_GLOBAL施加。巖石采用HJC模型，后處理查看History variable#1為損傷變量。
模擬結果如下：
可以看到，損傷和力可以連續地從SPH粒子傳到有限元。馮·米塞斯等效應力云圖如下：
SPH法同樣可以應用于侵徹靶板、水射流破巖等領域。歡迎交流相關問題。
展開 ABAQUS纖維混凝土沖擊破壞三維模型
纖維混凝土作為土木工程領域常用的復合材料具備良好的抗裂性及抗沖擊性能，纖維混凝土在荷載下的破壞行為及本構關系對其應用范圍具有重要影響。本案例通過AutoCAD隨機三維纖維插件建立隨機投放的圓柱體纖維模型，并將模型導入ABAQUS內，通過混凝土損傷塑性力學模型，研究沖擊荷載作用下鋼纖維混凝土的破壞情況。
在AutoCAD軟件內，采用CAD 隨機三維纖維V1.1插件建立隨機投放的圓柱體實體纖維及立方體混凝土試件三維模型，并將基體與纖維部件分別導出為.iges格式文件備用。
將導出的纖維模型文件以部件的形式導入到ABAQUS內。
對纖維及基體部件分別設置材料，基體部分設置混凝土損傷塑性模型(CDP)，纖維部分設置為鋼材。
新建離散剛體殼部件，作為試件的荷載施加板，并將其與試件裝配為整體。
添加動力，顯式分析步，并設置相互作用，通過參考點創建耦合約束，設置加載板與試件的接觸。
將下板設置為固定約束，上板添加豎向位移。
對纖維混凝土模型劃分網格。
創建并提交作業，查看結果。
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