ansys變形仿真的案例
Ansys Workbench 膠粘凝固過(guò)程，變形等效仿真 ￥15
問(wèn)題：
最近遇到一個(gè)仿真項(xiàng)目：一個(gè)光滑薄板粘貼在基板上，要求評(píng)估膠粘凝固后平面的變形量。作為一位結(jié)構(gòu)仿真工程師，關(guān)于膠粘凝固過(guò)程的仿真——膠水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，似乎和結(jié)構(gòu)仿真沒(méi)什么關(guān)系，自己也不知道如何進(jìn)行計(jì)算。所以就查詢了deepseek和豆包，然后就知道了ansys官方已經(jīng)針對(duì)該問(wèn)題設(shè)計(jì)了一個(gè)ACT插件專門用于模擬膠粘凝固過(guò)程的仿真： ACCS Ansys Composite Cure Simulation （收費(fèi)插件，人窮志短買不起，哎！）
然后就查詢了一些關(guān)于膠粘過(guò)程的論文，其中“車身制造用鋁合金-鋼膠接接頭固化變形及固化失效機(jī)理研究-朱曉搏”寫的比較詳細(xì)，指出膠粘過(guò)程大致階段如下，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考原文。
? 第一階段：從開(kāi)始加熱起始直至溫度升高到膠層的凝膠點(diǎn)結(jié)束。在這一階段中，膠層為粘流態(tài)，表現(xiàn)為高粘度的流體。
? 第二階段從膠粘劑凝膠開(kāi)始，經(jīng)歷整個(gè)保溫階段至溫度下降到玻璃化溫度為止。整個(gè)階段，膠層處于高彈態(tài)。這一階段是整個(gè)固化過(guò)程中膠層屬性最為復(fù)雜的階段。包括膠層固化反應(yīng)收縮和溫度、膠層狀態(tài)等多方面因素共同影響。
? 第三階段由玻璃化溫度開(kāi)始直至膠層溫度冷卻至室溫。在此階段中，膠層完全固化，處在玻璃態(tài)，其物理屬性只與溫度相關(guān)。在此狀態(tài)下，膠層的鏈段被凍結(jié)，變形能力很小，具有較高的模量。
這里結(jié)合當(dāng)前工作需求和實(shí)際狀態(tài)，以上述論文中的膠粘凝固過(guò)程為基礎(chǔ)，嘗試了一個(gè)偷懶的仿真方式。其中論文中的第一階段，膠層為流體狀態(tài)，結(jié)構(gòu)變形應(yīng)力，不予考慮；論文中的第二階段，這里只考慮膠層的固化反應(yīng)體積收縮，其余不考慮。同時(shí)該階段膠層材料的物理屬性由固化后屬性按比例衰減估計(jì)；論文中的第三階段則為降溫體積收縮過(guò)程。所以，本文針對(duì)膠粘固化過(guò)程的仿真變?yōu)閮蓚€(gè)階段。
展開(kāi) Ansys Workbench初始變形+預(yù)應(yīng)力釋放仿真（含ACT插件） ￥20
問(wèn)題：
在工作過(guò)程中有時(shí)會(huì)遇到某些仿真類型，是需要進(jìn)行帶有預(yù)應(yīng)力的仿真。但是WB中預(yù)應(yīng)力在模塊之間的傳遞，似乎預(yù)應(yīng)力模態(tài)可以直接傳遞。而兩個(gè)靜力模塊可以傳遞變形后的幾何，但是不能傳遞預(yù)應(yīng)力。
問(wèn)題示例大致如下：
板子初始是平板狀態(tài)，安裝后工作狀態(tài)是貼合一個(gè)弧面，并通過(guò)四個(gè)支點(diǎn)進(jìn)行連接固定，板子安裝后存在回彈力。
現(xiàn)在需要評(píng)估板子安裝變形預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下，連接面的回彈力。
仿真思路：
仿真對(duì)象是一個(gè)有初始應(yīng)力的彎曲板，但是曲面形狀實(shí)際可能不是正常弧線而是曲面。
因此仿真步驟大致需要兩步：
第一、初始平板變形為曲面形狀，提取板子的應(yīng)力狀態(tài)；
第二、板子在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生彈性回復(fù)力，查看彈性回復(fù)力在連接位置的大小。
第一步的仿真方法：
模擬擠壓形式，在初始平板兩側(cè)使用變形后的彎曲板進(jìn)行擠壓變形。
擠壓變形
第二步的仿真方法：
加載板子的變形預(yù)應(yīng)力，按裝配狀態(tài)連接，計(jì)算連接處的彈性變形力。
但是：在第一步加載的時(shí)候就不是很容易實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)夾層面需要設(shè)定接觸面進(jìn)行接觸非線性仿真，經(jīng)常發(fā)生接觸面穿透現(xiàn)象，需要小載荷步，多次調(diào)試。
即使擠壓方式?jīng)]有穿透，應(yīng)力分布也不是很均勻。
此處先擱置擠壓法的計(jì)算過(guò)程不提，假設(shè)已經(jīng)獲得預(yù)期的初始變形應(yīng)力。
繼續(xù)進(jìn)行第二仿真步，傳遞板子的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)；
預(yù)應(yīng)力的傳遞方法在微信公眾號(hào)文章：“ansys分析中如何考慮殘余應(yīng)力影響？”中提及了兩種方法，這里分別測(cè)試如下：
方法一：使用external Data模塊
首先，在步驟一初始板子變形，有正確應(yīng)力分布的結(jié)果中，分別提取X、Y、Z、XY、YZ、ZX六個(gè)方向的法向應(yīng)力和切向應(yīng)力。
展開(kāi) 基于Meshfree和ANSYS Mechanical的水箱流道的變形仿真分析
1.問(wèn)題描述及仿真模型
為同時(shí)滿足自動(dòng)掃地和拖地的功能，某品牌掃地機(jī)器人配備了電控水箱，通過(guò)蠕動(dòng)泵將水箱內(nèi)的水帶入到流道中，最終通過(guò)流道的出水孔均勻的流出至地面。由于流道是緊密裝配在機(jī)構(gòu)中，受到了一定的約束和力的作用導(dǎo)致其發(fā)生了一定的變形，而變形后的流道會(huì)影響各出水口的出水效果，各出水口流量分配不均勻?qū)е峦系匦Ч缓谩Ｒ虼耍瑴p小流道的變形幅度在流道設(shè)計(jì)中是一個(gè)很重要的問(wèn)題。本文分別通過(guò)Meshfree和ANSYS Mechanical軟件計(jì)算同樣約束條件和載荷條件下流道的變形，比較兩款軟件計(jì)算結(jié)果的精確性與一致性。
仿真模型如圖1所示。
圖1 水箱流道仿真模型
2.Meshfree計(jì)算分析
新建一個(gè)線性靜力分析，導(dǎo)入建立好的CAD模型。
圖2 建立仿真模型
新建材料ABS，具體材料參數(shù)見(jiàn)圖3，并將ABS材料賦予導(dǎo)入的幾何模型。
圖3 定義ABS材料的參數(shù)
在流道的進(jìn)水口和兩個(gè)出水口的內(nèi)壁面施加自由約束，如圖4所示。
圖4 施加約束
在流道的上表面施加向下的均布載荷力5N，如圖5所示。
展開(kāi) 基于大變形的魚(yú)竿彎曲變形仿真對(duì)比 ￥5
該模型展示了釣魚(yú)竿的彎曲情況。對(duì)于大撓度的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，更新其剛度非常重要，否則結(jié)果可能不準(zhǔn)確。這一效應(yīng)通過(guò)本次模擬得以捕捉
觀察魚(yú)竿的彎曲情況，并將更新結(jié)構(gòu)剛度前后的結(jié)果進(jìn)行比較
這個(gè)例子說(shuō)明了釣魚(yú)竿的彎曲情況，重要的是要考慮到結(jié)構(gòu)的大撓度
釣竿是典型的大撓度示例。回顧一下這個(gè)釣竿的模擬，并嘗試解釋為什么避免使用大撓度會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響
基于大變形的驅(qū)動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)變形仿真對(duì)比 ￥5
仿真強(qiáng)調(diào)了大撓度的思想和重要性。
?
ANSYS Workbench——大變形和塑性變形
大變形.pdf
金屬塑性.pdf
ANSYS Workbench——大變形和塑性變形
[forum.simwe.com]金屬塑性.pdf
[forum.simwe.com]大變形.pdf
設(shè)計(jì)仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預(yù)測(cè)汽車結(jié)構(gòu)
通過(guò)關(guān)注的6個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以看到，掃描的變形結(jié)果與仿真的變形結(jié)果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
同樣的方法，對(duì)側(cè)圍門框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實(shí)際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數(shù)，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
側(cè)圍門框激光焊接仿真模型
通過(guò)與實(shí)際物理試驗(yàn)掃描結(jié)果對(duì)比，Simufact welding 焊接變形仿真結(jié)果與實(shí)際焊接變形非常接近，獲得了較高的仿真精度，大部分位置的變形誤差控制在10%以內(nèi)，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預(yù)測(cè)結(jié)果為1.74mm，掃描結(jié)果為2.00mm，相對(duì)誤差13%，在仿真分析中，這個(gè)誤差也認(rèn)為在合理的誤差內(nèi)。這個(gè)仿真分析中沒(méi)有考慮鈑金沖壓成形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、回彈、壁厚減薄等對(duì)焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實(shí)現(xiàn)沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實(shí)際的制造工藝鏈。
展開(kāi) 設(shè)計(jì)仿真 | 基于Simufact Welding定向沉積增材仿真的幾何變形補(bǔ)償
仿真結(jié)果如下圖所示，反變形補(bǔ)償后，零部件的變形得到了有效抑制。
將原始結(jié)果的6個(gè)變形位置進(jìn)行從新提取分析可得，點(diǎn)位2到6的變形量?jī)H在負(fù)的0.05mm到0.02mm之間。點(diǎn)位1處的變形量最大，約為0.15mm，但原始變形量0.43mm相對(duì)比，已經(jīng)衰減了約65%。補(bǔ)償前后的變形對(duì)比如下表所示。
仿真痛點(diǎn)
DED沉積過(guò)程中，零部件的變形不可避免，通過(guò)上述介紹我們可以了解到，Simufact Welding軟件能夠?qū)Υ蛴∵^(guò)程中的變形等問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，但對(duì)于該類型的仿真分析——基于熱機(jī)耦合的瞬態(tài)仿真，往往需要耗費(fèi)大量的建模時(shí)間與計(jì)算時(shí)間。Simufact Welding通過(guò)一系列的集成化操作功能，能夠極大的縮減客戶大型模型的搭建時(shí)間，而在計(jì)算效率方面，最新版的Simufact Welding引入了“ATC”高級(jí)熱循環(huán)方法，能夠在保證計(jì)算精度的同時(shí)，極大的提高仿真效率。
結(jié)論
Simufact Welding能夠精確的仿真DED工藝的實(shí)際打印過(guò)程，能夠?qū)υ霾牧悴考?em>變形問(wèn)題起到預(yù)測(cè)作用。
展開(kāi) 設(shè)計(jì)仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預(yù)測(cè)汽車結(jié)構(gòu)
通過(guò)關(guān)注的6個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以看到，掃描的變形結(jié)果與仿真的變形結(jié)果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
同樣的方法，對(duì)側(cè)圍門框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實(shí)際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數(shù)，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
側(cè)圍門框激光焊接仿真模型
通過(guò)與實(shí)際物理試驗(yàn)掃描結(jié)果對(duì)比，Simufact welding 焊接變形仿真結(jié)果與實(shí)際焊接變形非常接近，獲得了較高的仿真精度，大部分位置的變形誤差控制在10%以內(nèi)，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預(yù)測(cè)結(jié)果為1.74mm，掃描結(jié)果為2.00mm，相對(duì)誤差13%，在仿真分析中，這個(gè)誤差也認(rèn)為在合理的誤差內(nèi)。這個(gè)仿真分析中沒(méi)有考慮鈑金沖壓成形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、回彈、壁厚減薄等對(duì)焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實(shí)現(xiàn)沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實(shí)際的制造工藝鏈。
展開(kāi) 密封圈接觸變形仿真 ￥500
本案例仿真了密封圈接觸變形及變形回復(fù)過(guò)程，模擬結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202110/97c5e68e339e4619bcba887dc372e416.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p>感興趣的朋友可以下載模型，也可以加我，歡迎交流</p><p><br></p>
展開(kāi) 
基于UMAT的蠕變變形仿真
(4) 蠕變模型參數(shù)：
模型
靜力加載后的初始變形
200h后蠕變變形
蠕變變形歷程
Ansys Workbench 估計(jì)圓柱面受力變形后的圓柱度 ￥10
至此仿真計(jì)算工作已經(jīng)完成，下步需要借助matlab（R2021B）軟件完成圓柱度的估計(jì)。
利用matlab的自動(dòng)優(yōu)化求解極值的強(qiáng)大計(jì)算能力，構(gòu)建圓柱度目標(biāo)函數(shù)，評(píng)估原始圓柱面和變形后圓柱面的，圓柱度。
1、 打開(kāi)matlab后將工作目錄選擇到附件的matlabProcess文件夾，選擇mainProcess.m右鍵“運(yùn)行”。
2、 運(yùn)行程序后彈出txt文件選擇框，選取仿真求解后處理生成的cyFace1.txt文件，即可。
3、 稍等片刻即可在命令欄內(nèi)顯示圓柱度評(píng)估結(jié)果。Output值共兩行，第一行為初始圓柱面在變形前評(píng)估的圓柱度結(jié)果。第二行為cyFace面在受力變形后評(píng)估的圓柱度結(jié)果。并且顯示兩個(gè)散點(diǎn)圖，左側(cè)圖為初始圓柱面（紅色和綠色線表示選定A/B點(diǎn)）；右側(cè)圖為變形后的圓柱面，中心黑色線，為程序估計(jì)的圓柱面中心軸線。
附錄1：Command命令，在結(jié)果后處理中，提取cyFace#面的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的原始坐標(biāo)和變形量。（每次APDL命令內(nèi)容無(wú)需更改，計(jì)算完成后會(huì)在對(duì)應(yīng)的目錄文件夾下生產(chǎn)cyFace#.txt文檔）
!*******選擇圓柱面組******導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)編號(hào)，坐標(biāo)位置，變形量，變形后的節(jié)點(diǎn)位置
!*******圓柱面組命名規(guī)則cyFace(NUM)*******
!*******設(shè)定face面的個(gè)數(shù)faceCount
*set,faceCount,ARG1 !由屬性欄參數(shù)定義監(jiān)測(cè)面的個(gè)數(shù)
!*set,faceCount,2
!*******main process
finish
/post1
set,last
*do,iFace,1,faceCount
*set,surfaceName,'cyFace%iFace%'
!
展開(kāi) 基于APDL理想氣體的空氣鞋墊大變形仿真 ￥5
這些靜壓流體元件是通過(guò)Ansys機(jī)械中的命令行定義的。
囊泡在水中運(yùn)動(dòng)及變形過(guò)程仿真 ￥800
仿真結(jié)構(gòu)如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/288cc3ea85db4cf8b49f0a6e68749039.gif" alt="Untitled.gif"></p><p>感興趣的朋友可下載模型，了解整個(gè)模擬過(guò)程。</p><p><br></p>
