ansys仿真變形的案例
Ansys Workbench 膠粘凝固過程，變形等效仿真 ￥15
問題：
最近遇到一個仿真項目：一個光滑薄板粘貼在基板上，要求評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)仿真沒什么關(guān)系，自己也不知道如何進(jìn)行計算。所以就查詢了deepseek和豆包，然后就知道了ansys官方已經(jīng)針對該問題設(shè)計了一個ACT插件專門用于模擬膠粘凝固過程的仿真： ACCS Ansys Composite Cure Simulation （收費插件，人窮志短買不起，哎！）
然后就查詢了一些關(guān)于膠粘過程的論文，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理研究-朱曉搏”寫的比較詳細(xì)，指出膠粘過程大致階段如下，詳細(xì)內(nèi)容請參考原文。
? 第一階段：從開始加熱起始直至溫度升高到膠層的凝膠點結(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始，經(jīng)歷整個保溫階段至溫度下降到玻璃化溫度為止。整個階段，膠層處于高彈態(tài)。這一階段是整個固化過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)前工作需求和實際狀態(tài)，以上述論文中的膠粘凝固過程為基礎(chǔ)，嘗試了一個偷懶的仿真方式。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；論文中的第三階段則為降溫體積收縮過程。所以，本文針對膠粘固化過程的仿真變?yōu)閮蓚€階段。
展開 Ansys Workbench初始變形+預(yù)應(yīng)力釋放仿真（含ACT插件） ￥20
問題：
在工作過程中有時會遇到某些仿真類型，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)是貼合一個弧面，并通過四個支點進(jìn)行連接固定，板子安裝后存在回彈力。
現(xiàn)在需要評估板子安裝變形預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下，連接面的回彈力。
仿真思路：
仿真對象是一個有初始應(yīng)力的彎曲板，但是曲面形狀實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，計算連接處的彈性變形力。
但是：在第一步加載的時候就不是很容易實現(xiàn)。兩個夾層面需要設(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算過程不提，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六個方向的法向應(yīng)力和切向應(yīng)力。
展開 基于Meshfree和ANSYS Mechanical的水箱流道的變形仿真分析
1.問題描述及仿真模型
為同時滿足自動掃地和拖地的功能，某品牌掃地機器人配備了電控水箱，通過蠕動泵將水箱內(nèi)的水帶入到流道中，最終通過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)計中是一個很重要的問題。本文分別通過Meshfree和ANSYS Mechanical軟件計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計算分析
新建一個線性靜力分析，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 基于大變形的魚竿彎曲變形仿真對比 ￥5
該模型展示了釣魚竿的彎曲情況。對于大撓度的細(xì)長結(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)通過本次模擬得以捕捉
觀察魚竿的彎曲情況，并將更新結(jié)構(gòu)剛度前后的結(jié)果進(jìn)行比較
這個例子說明了釣魚竿的彎曲情況，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。回顧一下這個釣竿的模擬，并嘗試解釋為什么避免使用大撓度會對結(jié)果產(chǎn)生影響
基于大變形的驅(qū)動軸扭轉(zhuǎn)變形仿真對比 ￥5
仿真強調(diào)了大撓度的思想和重要性。
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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)計仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預(yù)測汽車結(jié)構(gòu)
通過關(guān)注的6個測量點的數(shù)據(jù)對比分析，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，對側(cè)圍門框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實際的工裝、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
通過與實際物理試驗掃描結(jié)果對比，Simufact welding 焊接變形仿真結(jié)果與實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)測結(jié)果為1.74mm，掃描結(jié)果為2.00mm，相對誤差13%，在仿真分析中，這個誤差也認(rèn)為在合理的誤差內(nèi)。這個仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、回彈、壁厚減薄等對焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實現(xiàn)沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實際的制造工藝鏈。
展開 設(shè)計仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預(yù)測汽車結(jié)構(gòu)
通過關(guān)注的6個測量點的數(shù)據(jù)對比分析，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，對側(cè)圍門框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實際的工裝、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
通過與實際物理試驗掃描結(jié)果對比，Simufact welding 焊接變形仿真結(jié)果與實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)測結(jié)果為1.74mm，掃描結(jié)果為2.00mm，相對誤差13%，在仿真分析中，這個誤差也認(rèn)為在合理的誤差內(nèi)。這個仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、回彈、壁厚減薄等對焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實現(xiàn)沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實際的制造工藝鏈。
展開 設(shè)計仿真 | 基于Simufact Welding定向沉積增材仿真的幾何變形補償
仿真結(jié)果如下圖所示，反變形補償后，零部件的變形得到了有效抑制。
將原始結(jié)果的6個變形位置進(jìn)行從新提取分析可得，點位2到6的變形量僅在負(fù)的0.05mm到0.02mm之間。點位1處的變形量最大，約為0.15mm，但原始變形量0.43mm相對比，已經(jīng)衰減了約65%。補償前后的變形對比如下表所示。
仿真痛點
DED沉積過程中，零部件的變形不可避免，通過上述介紹我們可以了解到，Simufact Welding軟件能夠?qū)Υ蛴∵^程中的變形等問題進(jìn)行預(yù)測分析，但對于該類型的仿真分析——基于熱機耦合的瞬態(tài)仿真，往往需要耗費大量的建模時間與計算時間。Simufact Welding通過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間，而在計算效率方面，最新版的Simufact Welding引入了“ATC”高級熱循環(huán)方法，能夠在保證計算精度的同時，極大的提高仿真效率。
結(jié)論
Simufact Welding能夠精確的仿真DED工藝的實際打印過程，能夠?qū)υ霾牧悴考?em>變形問題起到預(yù)測作用。
展開 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
囊泡在水中運動及變形過程仿真 ￥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，了解整個模擬過程。</p><p><br></p>
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 Ansys Workbench 估計圓柱面受力變形后的圓柱度 ￥10
至此仿真計算工作已經(jīng)完成，下步需要借助matlab（R2021B）軟件完成圓柱度的估計。
利用matlab的自動優(yōu)化求解極值的強大計算能力，構(gòu)建圓柱度目標(biāo)函數(shù)，評估原始圓柱面和變形后圓柱面的，圓柱度。
1、 打開matlab后將工作目錄選擇到附件的matlabProcess文件夾，選擇mainProcess.m右鍵“運行”。
2、 運行程序后彈出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)顯示圓柱度評估結(jié)果。Output值共兩行，第一行為初始圓柱面在變形前評估的圓柱度結(jié)果。第二行為cyFace面在受力變形后評估的圓柱度結(jié)果。并且顯示兩個散點圖，左側(cè)圖為初始圓柱面（紅色和綠色線表示選定A/B點）；右側(cè)圖為變形后的圓柱面，中心黑色線，為程序估計的圓柱面中心軸線。
附錄1：Command命令，在結(jié)果后處理中，提取cyFace#面的每個節(jié)點的原始坐標(biāo)和變形量。（每次APDL命令內(nèi)容無需更改，計算完成后會在對應(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)點編號，坐標(biāo)位置，變形量，變形后的節(jié)點位置
!*******圓柱面組命名規(guī)則cyFace(NUM)*******
!*******設(shè)定face面的個數(shù)faceCount
*set,faceCount,ARG1 !由屬性欄參數(shù)定義監(jiān)測面的個數(shù)
!*set,faceCount,2
!*******main process
finish
/post1
set,last
*do,iFace,1,faceCount
*set,surfaceName,'cyFace%iFace%'
!
展開 ANSYS增材制造的變形補償
ANSYS exaSIM? 是一系列金屬增材制造（AM）仿真工具，有助于深入了解關(guān)于激光粉末熔融的復(fù)雜物理現(xiàn)象。exaSIM 能針對殘余應(yīng)力、變形和構(gòu)造失敗生成實用的解決方案，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)部件容差，避免構(gòu)造失敗，同時盡可能減少試錯試驗和應(yīng)力消除熱處理。STL 文件能自動進(jìn)行變形補償，以抵消部件生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的變形。
本案例研究展示了如何使用 exaSIM 變形補償功能，根據(jù)制造過程中預(yù)測的應(yīng)變對部件的 STL 文件進(jìn)行反向變形。當(dāng)使用補償后的 STL 文件生產(chǎn)部件時，在構(gòu)建過程中部件會逐步變形成正確的形狀。
精確的基于路徑的關(guān)鍵路徑時序
當(dāng)采用激光熔融金屬粉末時，收縮應(yīng)變會隨著每個位置的熔融和冷卻而積累。這些應(yīng)變會產(chǎn)生應(yīng)力，使部件變形與預(yù)期的形狀背離。變形的大小取決于幾何結(jié)構(gòu)、過程參數(shù)和材料。exaSIM 能仿真構(gòu)建過程，利用逐層應(yīng)變的積累來預(yù)測變形。此信息可用來評估特定的幾何結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)如何影響組件的最終形狀。
自行車立管實例
GRM Consulting和BCIT提供了一種拓?fù)鋬?yōu)化的自行車組件：
Renishaw 在 AM250 系統(tǒng)上使用鈷鉻合金構(gòu)建了該部件。仿真顯示，減震架在從襯底上移除之后存在顯著的變形。一共構(gòu)建了兩個部件（一個有進(jìn)行補償，一個沒有進(jìn)行補償），以測試 exaSIM 的預(yù)測功能和變形補償工具。
仿真和構(gòu)建細(xì)節(jié)
研究人員利用exaSIM Advanced 和 Ultimate 中的各向異性掃描模式應(yīng)變功能預(yù)測變形。構(gòu)建參數(shù)和仿真假設(shè)如下表中所示。執(zhí)行第一次仿真時，為機器 / 材料/過程參數(shù)組合確定合適的應(yīng)變比例因子（SSF）。
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