框架模型的案例
CAE前處理 | 框架模型 | 流程
本系列文章主要就裝配體中框架模型的處理進行說明，使用前處理軟件為Hypermesh和Spaceclaim，求解器為Optistruct。
框架模型
如圖所示賽車車架，各結構件通過焊接連接，如果想要通過有限元分析車架的剛度特性會發現：截面的最小尺寸只有2.3mm，而整體尺寸達到了2300mm，使用實體單元劃分網格貌似遇到了一定的困難。
但是仔細觀察會發現，每一根結構件都具有典型的梁特征，因此可以使用經典的梁模型對其進行簡化，這樣整體結構只需要使用骨架及各部分截面類型和尺寸即可表述：
本文將這類由桿、梁等1D單元組成的骨架系統統稱為“框架模型”。需要注意的是，與一些行業里的分類不一樣，這里對“框架模型”的稱呼只是個人對于1D系統的習慣性叫法，希望大家不要誤解。
處理流程
對于框架模型的處理大體上可分為以下3步：
①獲取骨架是指以任何方式得到框架的線體模型，一般情況下是結構的中線。當然獲取骨架并不是一帆風順，比如經常會遇到這些問題：
②劃分網格字面上僅僅指對得到的骨架進行1D網格的劃分，但是實際上還包含網格之間連接關系的檢查和確定，很多時候直接劃分導入的線框會發現一些部分并未連接完善：
③屬性賦予相對就比較好理解了，即給有限元網格賦予對應的屬性，而對于框架模型，其屬性就是各部分線體的截面以及材料，但是梁截面涉及到朝向的問題，因此很多時候需要對梁截面的朝向以及非對稱截面的偏置進行調整：
來源于：仿真求知之路 作者：聰聰
展開 振動臺試驗在ANSYS中的仿真（包含兩個框架模型及其源文件） ￥2.5
并且提供了兩個框架模型和源文件，讀者完全可以用這兩個框架模型做更深入的研究。
本文目錄
一：振動臺試驗的框架模型
二：試驗模型的ANSYS模態分析
三：掃頻試驗與諧響應分析
四：某實際項目的建模和模態分析（五層混凝土框架結構）
五：本文所有模型和分析的源文件
～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
一：振動臺試驗的框架模型
筆者當年做畢業設計的時候，需要制作一個框架結構。為這個事情，查閱了不少資料。最后確定使用有機玻璃材料，就是工業上常用的亞克力，英文是PMMA。原因有三：1 材料應用廣泛，所以便宜；2 制作模型方便，各種形狀容易切割，膠水粘劑也足夠牢固；3 線彈性材料，具備一定的強度。
展開 CAE前處理 | 框架模型 | 獲取骨架
獲取骨架
目前來說獲取骨架主要有兩種方式：
①直接建模 ②抽梁
直接建模
記得最開始學習Ansys Apdl模塊時，對于框架模型的建立一般是先生成各部分關鍵點，然后點對點連線得到完整的框架：
靈活一點的時候會用到平移，鏡像，旋轉等操作來構建更加復雜的模型。對于規整的框架模型其實這樣建模優勢還是很大的，但那時感覺這樣還是偏于麻煩，因為要記很多點的坐標，所以更偏向于專業的建模軟件建立好框架再導入ansys中：
實際上，這種外部建模導入的方式更加通用，不光適合于ansys，還適合于hyper-mesh等軟件，但是需要注意兩點問題：
① 一般需要轉換為step/iges這種存儲草圖/曲線的中間格式，并且需要在導出的時候選擇對應的選項來確保框架會被導出，比如solidworks的草圖導出iges/step時：
②外部導入的幾何特征雖然一般能夠被識別，但是連接關系可能會存在差異，所以一定要確保導入的幾何的連接關系是正確的，比如solidworks的草圖線框導入ansys中，如果沒有合并重合關鍵點：
這種時候一般需要對幾何的關鍵點進行合并，或者在劃分完網格之后合并重合節點，否則分析結果在這些沒有連接好的地方就會直接斷開。
抽梁
對于相對有規律的框架按照上面的方式進行建模還是比較容易的，但是如果框架模型比較復雜，而手上恰好只有這樣的三維模型時，會發現手動建立框架的思路瞬間就不香了：
模型來自GrabCAD網站
因此希望軟件能夠直接根據三維模型得到其骨架，這種思路本文叫“抽梁”。
展開 木質框架模型雙向地震仿真分析
木質框架模型雙向地震仿真分析
一、模型設計
根據結構在地震作用下要求強柱弱梁，且具有較強的耗能能力等原則，此框架結構采用4根較大截面L型柱作為主要豎向構件，底層退縮部分框架柱采用較小截面木條，梁為較小截面的矩形木條。模型高度700mm，1層凈高15cm，其余層高均為11cm，共六層，高寬比4.67。模型4層及以上所有樓層進行縮進，即模型4樓及以上所有樓層地板面積為3樓地板面積的75%。為提高結構在動荷載作用下的耗能能力及穩定性，在結構3、5層設摩擦阻尼器F，如圖6(a)所示，2、4、6層設交叉棉繩拉索CP,如圖9所示。因為題目對房屋門窗等開口空間求，無法實現阻尼器和拉索的對稱布置。圖3為1~2層框架柱截面尺寸及平面布置圖，3層及以上樓層僅有L型截面柱四根。框架梁全部采用5.5mm×4mm的矩形截面。
二、模型制作
模型4根L型框架柱采用長度為700mm的5根矩形截面木條拼接而成，中間用熱熔膠進行可靠粘結，之后將矩形梁以首層至頂層的順序依次用熱熔膠粘結至L型柱相應位置，將結構粘結成一個整體，并保證梁柱的垂直狀態。摩擦阻尼器兩端用熱熔膠固定在上下樓層的兩個梁柱節點處。交叉棉繩采用鎖扣的方式在梁柱節點處進行固定，并用熱熔膠進行粘結，以保證節點的強度，提高模型整體的穩定性。最后將模型柱腳用熱熔膠與底板進行可靠粘結，保證加載過程中的可靠性。
三、材料及阻尼器參數
應用LDS-5 電子拉力試驗機對模型制作所用的材料及摩擦阻尼器進行了試驗分析[10]。模型框架所用材料為中密度纖維板，圖4為中密度纖維板應力應變曲線，計算時采用簡化理想彈塑性模型，初始彈性模量取測量平均值1000MPa，屈服強度為8.5Mpa。棉繩受拉力學性能如圖5，試驗采用的棉繩長度與模型中相同。
展開 
MBSE體系架構模型的理論研究：基于MBSE的作戰概念建模框架研究
作戰能力需求視圖明確作戰需何種能力，是從作戰的能力需求視角，描述作戰的體系能力需求、裝備能力需求以及技術支撐能力需求，用以從能力需求方面來牽引作戰設計，其模型組成如表６所示。
作戰力量體系視圖明確由誰來完成作戰，是從作戰的兵力裝備要素和組織結構視角，描述作戰的要素構成、指揮體系、通信組織結構、裝備和人員，用以系統設計和描述作戰力量，其模型組成如表７所示。
作戰活動視圖明確作戰由哪些活動構成，是從作戰中各類作戰要素的職責分工和交互關系視角，描述作戰任務清單、作戰活動流程、作戰活動規則、作戰活動信息以及各類信息交互關系，用以刻畫各類作戰活動的動態運行過程，其模型組成如表８所示。
作戰行動構想視圖明確如何作戰，是從作戰的行動設計角度，描述作戰行動設想，用以綜合設計和具體區分作戰力量、作戰任務、作戰地空域以及作戰行動，其模型組成如表９所示。
04
作戰概念多視圖模型框架開發
多視圖模型框架開發通常采取自上而下逐步求精和自下而上集成優化的方法進行，即首先將作戰概念涵蓋的內容要素進行抽象、分解、凝練和規范，形成作戰概念初級模型框架。而后，采取多視圖描述方法從不同的視角對框架進行詳細設計，形成規范的數據模型、邏輯模型和表示模型，實現對模型框架的格式化描述。之后，逐一對各視圖模型的輸入、數據結構、邏輯規則、表現形式、輸出等進行驗證和評估優化。再后，對各視圖模型進行綜合集成。在此基礎上，采取設計典型作戰概念案例的形式，通過逐一描述每個作戰概念視圖模型要素，對作戰概念建模框架進行整體驗證，檢驗建模框架的完整性、合理性和可行性，并依據驗證結果不斷對建模框架進行優化完善。
展開 CAE前處理 | 框架模型 | 屬性賦予
01 前言
對于框架模型前處理的主要流程是：獲取骨架→網格劃分→屬性賦予，前文分別就骨架獲取以及網格劃分進行了較為詳細的闡述，本文主要就屬性賦予部分進行說明。
需要注意的是：①1D單元種類較多，本文僅以其中最為常見的cbeam單元進行描述 ②正常模型屬性有材料屬性以及單元屬性，本文主要對單元屬性進行闡述 ③文章內容基于HyperMesh平臺，OptiStruct求解器
如圖所示，正常梁單元由主骨架+虛擬截面構成，而梁單元的屬性主要包含截面形狀，截面方向，截面偏置以及自由度釋放。
簡單來說，截面形狀描述了梁單元截面的形狀及尺寸，截面方向指定了從截面坐標系→單元坐標系的轉換，截面偏置表達了截面偏離剪切中心的距離，自由度釋放定義了梁單元端部節點不進行傳遞的內力。上述各個部分在HyperMesh中的1D→bars→update中可以便捷的賦予：
02 截面形狀
庫截面
結構求解器一般都帶有自己截面庫，也就是我們常說的標準截面類型，如圖為OptiStruct截面庫支持的標準截面，這類標準截面的創建需要使用Hyper Mesh中的截面創建工具HyperBeam：
創建好截面之后，退出HyperBeam可以在模型樹中找到剛剛創建的截面屬性，并且能直接對尺寸進行編輯：
自定義截面
當然很多時候，除了標準截面之外還經常遇到各種異形截面。
展開 ABAQUS框架-土體結構地震作用時程分析（包含上部框架結構定義、柱下獨立基礎、土體模型） ￥20
l1357vl5uep.mp4
本模型計算框架結構在地震作用下的時程分析，模型建立了框架上部框架結構包括梁、板、柱，柱下獨立基礎以及一定范圍內的土體（定于無限元），包含了結構-土體，即SSI模型，地震作用添加的是Elcentro波，通過該模型，可以學會簡單SSI（structure -soil interaction）模型的定義，地震作用的添加以及無限元的定義。通過學習該模型可類比分析地下結構地層模型的地震作用時程分析，比如地鐵，地下通道，綜合管廊等。
TIM截圖20190218113315.png
展開 abaqus/CAE建的簡單的框架模型（線性框架）
一、模型的基本情況
！-----------------------------基本資料如下---------------------------------------
框架：
1、幾何尺寸
層高：3m×4=12m
柱網距離：4.5m×2=9m, 6m×3=18m
2、構件截面尺寸
柱截面：0.5m×0.5m
梁截面：0.4m×0.25m
樓板的厚度：0.120m
3、材料屬性
混凝土：C30
彈性模量：3.0e10 Pa
泊松比：0.167
密度：2400 kg/m^3
！------------------------------------------------------------------------------------
圖一：三維模型
圖二：網格劃分后的模型：
圖三：顯示出梁、柱輪廓的模型：
二、建模的基本過程及注意的細節
1、最基本的操作，通過part模塊建立
（1）三維線 beam1，作為縱梁；
（2）建立橫向的一品框架 Frame1；
（3）建立一三維shell面，作為樓面板
2、在Property模塊里，定義好材料屬性后，
分別定義梁、柱、板的截面屬性：（下圖中舉出比較典型的一部分）
3、特別注意的一下：不要忘了定義梁的截面方向：
具體操作為：Property模塊--工具欄Assign--Beam Section Orientation，點擊以后，按照屏幕左下角的提示操作即可，例如：
展開 裝配式鋼框架梁柱節點有限元模型仿真(abaqus) ￥280
本研究通過建立精確的有限元模型，細致考慮了結構的非線性特性和實際操作中的不確定性，進一步模擬了特定試驗條件下的工程結構響應。通過對比模擬結果與試驗數據，不僅驗證了模型的準確性和實用性，也為后續更深入的參數化研究提供了堅實的基礎，進一步加深了對復雜工程問題的理解和解決能力。
1 有限元模型的建立
1.1 材料本構關系
鋼材應力-應變曲線
1.2 單元類型及網格劃分
為了確保有限元分析的精確性與效率，選取合適的單元類型和采用恰當的網格劃分策略至關重要。本文中采用的C3D8R單元是一種常用的三維實體單元，用于有限元分析。C3D8R單元有8個節點，每個節點有三個位移自由度，因此，它能夠模擬三維空間中的變形。C3D8R單元使用降階積分策略，具體來說是一點積分，這可以減少計算的成本。然而，它可能導致某些數值問題，如體積鎖定。對于幾乎不可壓縮的材料，C3D8R單元可能會遇到體積鎖定問題。這是由于單元不能適當表達材料的不可壓縮性質，導致過分硬的響應。為了解決這一問題，通常會使用特殊的算法或混合積分規則。有限元網格劃分如圖所示。
有限元模型的網格劃分
1.3 螺栓預緊
在有限元分析中模擬螺栓預緊力的施加是一個關鍵步驟，特別是對于螺栓連接的結構組件。正確地施加預緊力不僅能夠確保模型的接觸狀態和實際情況相符，還能夠模擬在實際加載過程中螺栓預緊力可能發生的變化。
螺栓有限元模型
1.4 接觸設置
在低多層裝配式鋼結構梁柱節點的有限元分析中，接觸設置是模擬結構實際行為的關鍵。由于這種結構類型涉及多種部件，如梁、柱、柱底板、連接件、夾板和高強螺栓等，因此確保這些部件之間的接觸關系準確模擬是至關重要的。接觸設置主要分為焊接和摩擦接觸兩種方式。
展開 多點輸入鋼框架結構動力彈塑性時程分析——結構模型案例 ￥400
針對罕遇地震作用,本文采用位移輸入模式，對超長鋼框架結構建立有限元計算模型，分別采用一致激勵輸入和多點激勵輸入方法，進行動力彈塑性時程分析。通過數值模擬研究發現，在超長結構中采用多點激勵輸入計算結構在罕遇地震作用下的響應更合理。
在模型X向采用南北向的EL-centro波，為提高計算效率，對時程曲線的時間步長縮短一倍，即采用時間間隔為0.01s，整體時間縮短一倍，由53.48s縮短為26.74s。由于EL-centro波記錄的是加速度時程，因此需要進行兩次積分轉換為位移時程，對采用的加速度時程曲線進行第一次積分得到速度時程，再進行第二次積分得到位移時程。擬設定7度0.15g區在罕遇地震作用下，參考規范的峰值加速度取值為310cm/s2。
壓縮包提供了兩個分析模型，一致激勵輸入和多點激勵輸入用于對比分析。
展開 弧門主框架體系可靠度分析模型與蒙特卡洛模擬
弧門主框架體系可靠度分析模型與蒙特卡洛模擬
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弧門主框架體系可靠度分析模型與蒙特卡洛模擬.JPG
《制造系統工程（第２版） 》
目錄：
第1章 制造系統工程概述
1.1 制造系統工程學科的出現和發展
1.2 制造系統的基本概念
1.3 制造系統工程的內涵和特點
1.4 制造系統理論體系框架
1.5 本章小結
第2章 制造系統的體系結構
2.1 制造系統的功能視圖
2.2 制造系統的信息視圖
2.3 制造系統的資源視圖
2.4 制造系統的組織視圖
2.5 制造系統的過程視圖
2.6 本章小結
第3章 制造系統的建模方法
3.1 制造系統建模概述
3.2 廣義模型化方法
3.3 IDEFO與IDEF1X建模方法
3.4 GRAI建模方法
3.5 Petri網建模方法
3.6 面向對象建模方法
3.7 本章小結
第4章 制造系統總體決策框架模型及分析方法
4.1 制造系統總體決策目標
4.2 制造系統總體決策框架模型
4.3 制造系統總體決策分析方法
4.4 案例分析
4.5 本章小結
第5章 制造信息系統
5.1 信息及信息系統的基本概念
5.2 制造信息系統的體系結構
5.3 制造信息系統的支撐技術
5.4 產品信息模型與產品數據管理
5.5 本章小結
第6章 制造系統的設計與實施
6.1 概述
6.2 制造系統中的產品設計與新產品開發方法
6.3 制造系統設計與實施的主要過程
6.4 制造系統的重構設計
6.5 本章小結
第7章 制造系統的運行與管理
……
第8章 現代制造系統模式
名詞術語英漢對照表
參考文獻
展開 制造系統工程（第２版）
目錄：
第1章 制造系統工程概述
1.1 制造系統工程學科的出現和發展
1.2 制造系統的基本概念
1.3 制造系統工程的內涵和特點
1.4 制造系統理論體系框架
1.5 本章小結
第2章 制造系統的體系結構
2.1 制造系統的功能視圖
2.2 制造系統的信息視圖
2.3 制造系統的資源視圖
2.4 制造系統的組織視圖
2.5 制造系統的過程視圖
2.6 本章小結
第3章 制造系統的建模方法
3.1 制造系統建模概述
3.2 廣義模型化方法
3.3 IDEFO與IDEF1X建模方法
3.4 GRAI建模方法
3.5 Petri網建模方法
3.6 面向對象建模方法
3.7 本章小結
第4章 制造系統總體決策框架模型及分析方法
4.1 制造系統總體決策目標
4.2 制造系統總體決策框架模型
4.3 制造系統總體決策分析方法
4.4 案例分析
4.5 本章小結
第5章 制造信息系統
5.1 信息及信息系統的基本概念
5.2 制造信息系統的體系結構
5.3 制造信息系統的支撐技術
5.4 產品信息模型與產品數據管理
5.5 本章小結
第6章 制造系統的設計與實施
6.1 概述
6.2 制造系統中的產品設計與新產品開發方法
6.3 制造系統設計與實施的主要過程
6.4 制造系統的重構設計
6.5 本章小結
第7章 制造系統的運行與管理
……
第8章 現代制造系統模式
名詞術語英漢對照表
參考文獻
展開 CAD泰森多邊形框架3D插件 ￥599
插件介紹
CAD泰森多邊形框架3D插件可用于在AutoCAD軟件內生成三維Voronoi框架結構實體模型，適用于多孔Voronoi科研論文渲染繪圖、Voronoi框架有限元建模、Voronoi空間結構優化等方面的應用。
使用說明
插件可設置生成的幾何尺寸、晶格尺寸及邊框直徑等信息。
插件可同時生成實體框架及線條框架兩種模型。
線模型可導入有限元軟件內作為梁單元實現三維Voronoi框架結構的計算分析。
實體模型支持絕大部分的有限元軟件進行Voronoi三維框架結構的模擬：
ABAQUS三維Voronoi框架結構3D模型
COMSOL三維泰森多邊形網架結構網格劃分
ANSYS Workbench三維Voronoi網架結構網格模型
Voronoi框架模型可用于多方面的模擬分析，也可用于Voronoi 3D打印、Voronoi拓撲優化、Voronoi骨架三維效果圖等方面。
應用場景
插件可運行在Windows7、8、10、11系統上，同時需要有Autodesk公司的AutoCAD軟件支持，兼容AutoCAD 2010~2024全版本，不支持精簡版本的CAD軟件及其他廠商的CAD軟件。
插件生成的模型可進行渲染出圖，應用于論文中，或導入ANSYS、COMSOL、Abaqus、Fluent、LS-DYNA、Hyperworks等主流CAE有限元軟件內進行仿真模擬。
說明提醒
插件需要注冊，注冊完成后注冊的計算機永久可用，售價為單機許可的價格，購買后請聯系QQ：1135122921獲取許可證。
展開 工業級FDM機型內部框架激光切割過程仿真分析
本期增材專欄文章以德迪研發的一款工業級FDM機型為研究對象，該機型具備高精度、高效率、大尺寸等特點，并且擁有全鈑金機身+鋁合金框架，輕量化結構，全封閉降噪，并搭配進口軸承和全新高精度滾珠絲桿，保證設備運行穩定性。此外，該機型還擁有斷電續打、缺料檢測、智能容錯檢測等功能，可實現設備長時間連續穩定打印，適用于打印各種大尺寸、結構復雜的手版模型及工業級別零件。
該機型內部某框架結構的加工方法為激光切割，本文通過分析該部件在激光切割的過程中產生的變形及最大應力，為該框架的結構設計和加工工藝選擇提供相應的參考。
內部框架幾何模型及材料
本次計算模型基于德迪某款工業級FDM打印機內部某框架模型進行建模。打印機內部某框架模型如圖2-1所示。
圖2-1內部某框架幾何模型
該框架所用材料為Q235，本文計算過程中采用的Q235材料參數的具體數值見表2-1。
仿真模型的建立
本次計算模型處理是在Ansys workbench進行網格劃分，單元類型采用四面體單元，具體網格劃分情況見圖3-1。
圖3-1 網格劃分情況
因為本文主要分析內部框架激光加工過程所產生的熱變形和應力，因此采用瞬態熱分析和瞬態結構分析耦合的方式進行計算，計算流程如圖3-2所示：
圖3-2 分析計算流程
計算過程需要獲得激光切割速度、切割熔池寬度、激光類型、激光切割路徑、加工過程固定的位置等參數。
計算過程的相關設置及假設如下：
1. 熱載荷以溫度的方式施加到切割邊界面，邊界施加的溫度為Q235熔點溫度；
2.
展開 