Ansys裝配應力仿真
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
Ansys裝配應力仿真的視頻教程
輪軌滾動接觸應力仿真分析全流程 ABAQUS、ANSYS、Hypermesh、SolidWorks聯合仿真
利用ABAQUS與ANSYS軟件建立輪軌的接觸模型：網格模型導入、定義輪軌接觸、添加約束和載荷，進行靜力學分析和動力學分析、對計算結果進行查看，提取應力數據（接觸應力、接觸斑、Mises應力、周向/軸向切應力）。 本視頻講解的較為細致，尤其適合鐵路輪軌接觸分析及ABAQUS、ANSYS、Hypermesh、SolidWorks聯合仿真的初學者，視頻時長充足。
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Ansys裝配應力仿真的實例教程
準確預測由不同材料構成組件中的熱應力是一個具有挑戰性的分析問題。熱致應力由溫度梯度、支撐以及當連接材料具有不同熱膨脹系數（CTE）時產生。對于CTE不匹配的情況，即使溫度均勻，也會導致熱應變的差異，從而引發機械應變和應力。針對這些連接的建模假設會對局部應力產生重大影響。在對這類組件進行建模之前，仿真工程師必須回答的第一個問題是：是什么使部件保持在一起？是通過膠粘劑、焊接等形成的實際粘結，還是螺栓或彈簧提供的機械支撐？連接是否可以被假定為粘結，或者這是一個組件的裝配，其中各個部件可以自由滑動或分離？
從有限元分析（FEA）的角度來看，建模設置可以是貫穿式網格、粘結、無分離或摩擦接觸。這些不同的建模過程中的每一種在應力報告的準確性和數值收斂性方面都會帶來數值方面的挑戰。膠粘劑或焊接材料的建模可能會被包含在模擬中，當這些連接件被忽略時，簡化的假設可能會產生數值誘導的應力奇異。
為了更好地理解這些假設，本文提供了一系列對比連接模擬的結果，以幫助量化它們對界面材料應力的相對影響。圖1展示了一個由多種具有不同熱膨脹系數的材料組成的螺栓法蘭連接的1/2對稱截面。該幾何形狀包括一層薄薄的軟材料和一層熱膨脹系數是與之配合的鋁制蓋板的2.5倍的熱不匹配材料。對于需要機械抵抗分離的特定情況，加載條件包括260攝氏度的均勻溫度和500磅的螺栓預緊力。
圖1不同熱膨脹系數的法蘭連接裝配體
貫穿式網格被用于定義與軟層的頂部和底部界面。這種軟界面層的熱不匹配會引起機械應變，但由于該材料的低剛度，不會產生顯著的應力。螺栓頭和螺母與兩個鋁制部件粘結在一起，這也會引起局部應力集中，但在本研究中被忽略。這些模擬中的研究區域是熱不匹配材料與下部鋁制蓋板之間的界面，如圖1所示。
表1總結了九種不同的模擬，比較了作為該界面建模函數的名義應力和峰值應力。
展開 接著上一篇《hypermesh-ANSYS聯合仿真模型裝配1》繼續，這一篇介紹鉸鏈接的模型裝配。
圖1
在機械設備中經常有百葉的安裝，比如門窗等，一般這些結構在6自由度的某一個方向上的剛度是非常小的甚至接近為0，但在其他5個自由度上剛度是非常大的，如圖1是一對通過鉸鏈銷連接的門，其中一面固定，另一面可以繞藍色的銷旋轉，建模時可以將銷簡化為截面是圓形的梁單元，然后分別與兩側門建立連接關系。
圖2
銷與兩側門建立連接關系時，與紫色門建立6自由度耦合關系，紫色門為固定側加固定約束，與綠色門建立連接關系時建立5自由度耦合關系，釋放繞銷軸的旋轉自由度。連接效果圖如圖3所示。
圖3
圖4釋放旋轉自由度
圖5第一階模態振型
圖5是建立裝配模型后進行模態分析得到的第一階模態振型，振型為活動門繞銷旋轉。
展開 劃分好網格和賦予合適的單元后需要進行模型裝配，模型裝配的目的是將組成分析對象的若干部件在CAE層面建立連接，以實現力和位移的傳遞。模型建立裝配的實質是在部件之間的連接位置實現節點的自由度耦合，根據不同耦合程度也就對應著實際部件之間的裝配方式，下面逐一介紹。
首先是螺栓連接。
1.直接耦合
在螺栓孔周圍建立兩層單元（1層washer），如圖1.1，然后將上下螺栓孔的兩層單元的節點耦合到同一個節點上，這樣這些單元的自由度將全部相同，將有相同的位移。
圖1.1建立washer
圖1.2
圖1.3
左側紅色框里選擇自動計算，右側紅色框選中所有自由度，節點選擇螺栓孔周圍的兩層所有單元的節點。
圖1.4連接效果
需要說明，建立好連接后需要在新建的耦合節點上再建立一個質量非常小的質量單元，在《hypermesh-ansys聯合仿真之質量單元》中已經進行過說明。
2.建立螺栓梁單元
圖2.1
首先按照1中的方式分別在兩個孔建立耦合節點，如圖2.1和圖2.2.
圖2.2
然后以兩個新建的耦合節點為端點建立梁單元，如圖2.3紅色的梁單元。
圖2.3
3.建立實體單元
建立實體單元更接近實際結構，但是計算量也會增加不少。采用實體單元有兩中方式，一種是螺栓與被連接件采用綁定約束，這種可以應用于靜力學和線性動力學分析；另一種是螺栓與被連接件采用非線性接觸，此時不能應用與線性動力學，但是可以應用與非線性靜力學和動力學分析，當應用于線性動力學時要么報錯要么自動將非線性接觸自動轉化為綁定接觸。
4.總結
上面3中建模方式采用策略如何？
展開 10 月 24 日 · 線下零距離 · 與 Ansys Fellow 朱永誼博士面對面
當產品復雜度從“零件”躍遷到“系統”，有限元模型動輒上億自由度，接觸對數量呈指數級增長。如何讓“超大規模裝配模型在 8 小時內完成建模-求解-校核”成為日常，而非傳奇？
10 月 24 日（周五）下午，Ansys 總部院士朱永誼博士首次線下開講，帶來四大“黑科技”：
1
混合多點約束
“一個接觸對”自動識別固體-殼任意組合，依局部幾何秒選最優約束，無需手動修正偏移或對齊法向，前處理更省力，結果更精準。
2
并行-接觸對自動分割
大接觸對智能拆分子域，核心數越高并行效率越穩，拆分前后結果一致，全程無需手動干預。
3
統一非光滑接觸檢測
節點、高斯、Mortar 三法合一，求解器實時切換，輕松應對棱邊、角點等極端接觸，復雜裝配收斂更穩健。
4
自適應穩定求解
隱式?瞬態?半隱式自動接力，局部屈曲、材料軟化、接觸躍遷全程“一鍵求解”，原先難收斂的模型也能順利收斂。
關鍵詞：混合多點約束方法、接觸檢測、高性能計算、自適應求解器方案
時間：2025年10月24日（周五），14:00-16:30
地點：上海
費用：免費（報名需審核，請正確填寫完整的單位名稱及郵箱等基本信息，以便成功報名）
嘉賓介紹：
朱永誼 博士 | Fellow, Ansys Inc (Part of Synopsys)
朱永誼博士是Ansys的院士，擁有超過40年的計算力學與有限元研發經驗。
展開 由于溫度場會影響應力分布，因此本示例采用了一個完全熱機械耦合模型。該模型由具有結構和熱自由度的耦合場實體單元組成。模型包含兩塊矩形鋼板和一個圓柱形工具。在模型上施加了所有必要的機械和熱邊界條件。模擬分三個載荷步進行，分別代表過程中的壓入、停留和移動階段。
計算得出的摩擦熱生成量和塑性熱生成量表明，工具肩部與工件之間的摩擦是產生大部分熱量的原因。在板片的接觸界面處規定了一個粘結溫度，以此來模擬工具后面的焊接過程。當接觸表面的溫度超過這個粘結溫度時，接觸狀態就會轉變為粘結狀態
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3.轉軸施加峰值扭矩250Nm的載荷
4.評估轉子鐵心和轉軸的應力和變形情況
5.參考時請考慮仿真模型與實際模型存在的偏差
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微電子元件是冷卻系統中的一個關鍵鏈路。由于反復接通和斷開電源，微電子元件受
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到熱循環的作用，因此，焊點處出現裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，從而導
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表面貼裝制造被廣泛用于組裝片式電阻封裝，能夠將電子元件直接貼裝在印刷電路板（PCB）的表面。對更小的手持設備不斷增長的需求促使片式電阻器尺寸更小，這反過來又引發了對焊點熱疲勞壽命以及故障發生情況的擔憂。
表面貼片電阻會受到熱循環的影響。材料之間的熱膨脹差異會在結構上產生熱應力，
連接電阻與印刷電路板的焊料被視為裝配中最薄弱的環節，由于工作溫度高于焊料的
熔點，因此會產生稱為蠕變的變形
攪拌摩擦焊（FSW）是一種固態焊接技術，用于金屬的連接，無需填充材料。一個圓柱形旋轉工具插入牢固夾緊的工件中，并沿著待焊縫移動。隨著工具沿焊縫移動，工具肩部與工件之間的摩擦產生熱量。工件材料的塑性變形也會產生額外的熱量。產生的熱量使工件材料熱軟化。工具的移動使軟化的工件材料從前部流向工具后部并在此處凝固。隨著冷卻，兩塊板之間形成一個連續的固體焊縫。整個過程中不會發生熔化，產生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度
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<p><strong>該聯合解決方案為分析2.5D/3D-IC多芯片系統中的機械應力提供快速、高容量的云解決方案，以提高產品可靠性</strong></p><p><br></p><p><strong>主要亮點</strong></p><ul><li>管理熱機械應力對于3D-IC的可靠性和魯棒性至關重要</li><li>Ansys與臺積電和微軟展開合作，為分析采用臺積電3DFabric技術的多芯片設計中的機械應力提供快速
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圖1
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