ansys仿真膠粘單元的案例
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。作為一位結構仿真工程師，關于膠粘凝固過程的仿真——膠水由液態變為固態，似乎和結構仿真沒什么關系，自己也不知道如何進行計算。所以就查詢了deepseek和豆包，然后就知道了ansys官方已經針對該問題設計了一個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，指出膠粘過程大致階段如下，詳細內容請參考原文。
? 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束。在這一階段中，膠層為粘流態，表現為高粘度的流體。
? 第二階段從膠粘劑凝膠開始，經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。這一階段是整個固化過程中膠層屬性最為復雜的階段。包括膠層固化反應收縮和溫度、膠層狀態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，其物理屬性只與溫度相關。在此狀態下，膠層的鏈段被凍結，變形能力很小，具有較高的模量。
這里結合當前工作需求和實際狀態，以上述論文中的膠粘凝固過程為基礎，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，結構變形應力，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為兩個階段。
展開 第一篇梁單元的軸力圖 （理論計算、ABAQUS仿真、ANSYS仿真方法） ￥10
第一篇梁單元的軸力圖
（理論計算、ABAQUS仿真、ANSYS仿真方法）
篇幅內容僅針對自我學習總結展示，并希望給軟件初學者帶來一定啟發。
結構有限元仿真中有兩種一維單元：桁架與梁
桁架單元：僅承受軸力作用；如二力桿。由于只在軸向承受拉/壓載荷，所以只需要定義截面面積；應力和變形均與截面形狀無關。ABAQUS 6.14-4中對應單元為truss T2D2；ANSYS 18.0中對應單元為link180。
梁單元：可承受軸向拉/壓載荷，具有承受扭轉和彎曲的能力。由于可承受扭轉、彎曲等組合變形，梁單元需要定義截面形狀。ABAQUS與ANSYS對應均為beam單元。
孫訓芳先生的《材料力學》例題2-1：一等直桿及其受力情況如下圖，試作桿的軸力圖。
由于桁架單元僅能承受拉/壓載荷；而梁單元可承受拉、壓、彎曲、扭轉的組合變形，梁單元可承受的載荷類型更為復雜，故此篇通篇采用梁單元作為分析。
展開 hypermesh-ansys聯合仿真之LINK180單元 ￥2
在設備吊裝以及桁架、纜索等結構中經常使用link180桿單元，link180單元是一種3D單元，具有軸向上的拉壓但不具備承受彎矩的功能。需要輸入實常數為截面面積及單位長度上的質量。可以通過設置KEYOPT(2)關鍵字來設置桿保持截面不變或剛性，通過KEYOPT(10)=1允許用戶輸入初始應力子程序。
下面主要介紹link180在設備吊裝中的使用。
圖1是一個正中間帶有一個質量單元的方框梁，需要通過梁的四角將其吊起。
圖1
下面通過三種吊裝方式來對比不同吊裝方式對被吊起設備產生變形的影響，以此來說明吊裝時需要注意的問題。
1.采用約束的方式進行模擬吊裝過程
該方式是通過對梁的四角進行約束自由度來實現對吊裝的模擬，在進行自由度約束時一定要注意約束的自由度個數，自由度過多約束會限制梁的變形造成變形梁低于實際變形量，自由度約束過少時會產生剛體運動導致計算報錯。合理的約束方式如圖2，首先只約束四角節點的Z向自由度，這樣框架梁只能在xy平面內剛體平動和轉動，然后約束左側兩角節點的X方向自由度，這樣限制了之后框架只能沿Y方向平動，最后約束左上角節點的Y方向自由度，這樣就用最少的約束限制了所有的剛體運動又不限制梁的自有變形。
圖2
圖3
圖4
設置完畢后導出CDB文件導入ANSYS-APDL進行計算（施加Z方向1G的重力加速度并設置打開幾何大變形開關）觀察變形結果，需要注意的是本模型采用的梁單元，在變形云圖中顯示梁的3D形狀和不顯示梁的3D形狀變形梁會存在略微差別，如圖3和圖4所示，為了對比方便后面統一采用不顯示3D梁形狀的變形云圖結果進行對比。
#文末有附件
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圖11
進入1D面板，按照圖12進行設置，選擇之前創建的線體劃分網格，比較重要的是方向節點的選擇和方向的選擇，劃分好的網格顯示三維形狀，效果如圖13，可見建立的梁單元與原來的實體梁的外形位置完全一致，說明創建成功。
圖12
4.梁的截面方向
當梁截面是非中心對稱截面時，梁的截面方向對結果影響是顯而易見的，尤其是不同方向對應的截面慣性矩差別較大時。
hypermesh-ansys聯合仿真-《梁單元3》
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精彩鏈接：
《hypermesh-ansys聯合仿真-梁單元1》
《hypermesh-ansys聯合仿真-梁單元2》
《hypermesh-ansys聯合仿真-梁單元4》
《正確選擇梁單元及如何考慮梁剪切變形》
hypermesh-ansys聯合仿真之彈簧單元2 ￥1
圖1
壓縮機是空調主要的振動元器件，壓縮機主體通過底部的若干個橡膠腳墊安裝在壓縮機安裝框架上，壓縮機的振動主要通過兩個路徑傳遞給空調框架：1.通過橡膠墊傳遞給壓縮機安裝架然后進一步傳遞給整機；2.通過壓縮機的吸排氣管傳遞給整機。需要平衡兩個路徑，來平衡整機振動和管路振動，傳遞給管路振動能力較多時會增加管路泄漏的概率。
hypermesh-ansys聯合仿真之質量單元
質量單元屬于0維單元，ANSYS提供了質量單元mass21，該單元有6個自由度，3個平動自由度和3個繞軸的轉動自由度，可以分別設置不同方向上的不同質量和轉動慣量，但是一般3個平動方向上的質量是相同的，而3個轉動方向上的轉動慣量可能分別不同。轉動慣量可能對某些非轉動模態影響較小甚至可以忽略，但是對某些模態影響比較明顯，所以在較容易獲得部件轉動慣量的情況下盡量將部件簡化為質量單元時輸入每個方向上的轉動慣量參數。
質量單元的另一個功能是作為輔助單元使用，在利用hypermesh為ANSYS求解器建模前處理時，涉及到不同零部件單元之間的連接裝配，此時在一些連接單元的節點上需要安放一個單元才能在導入ANSYS計算時正常進行，下面舉實例說明。
上圖是一個板通過4個紫色的柱焊接在板的4個孔上，建模是通過CERIG單元將板與柱在焊接位置剛性連接，然后在4個柱的頂端安裝在其他部件上，這里將柱的頂端連接到同一個節點上（節點號為4417），然后在該節點上施加固定約束邊界條件。建好模型后導出CBD文件并讀入ANSYS進行模態求解，開始求解時報出如下圖錯誤。
報錯信息顯示為，約束方程1有未使用的節點4417。主要原因是hypermesh中的CERIG單元轉化到ANSYS是約束方程。在建立節點耦合時，比如將若干單元的節點自由度耦合到一個新建的節點時，這個新建節點比如依附于某個單元，否則求解時就會報出上述錯誤信息，這里的解決方案就是在節點4417處建立一個mass21單元，為了消除mass21單元對求解結果的影響需將mass21的質量屬性設置到非常低，特別是在模態求解時，質量會嚴重影響模態求解結果，效果如下圖。
展開 hypermesh-ansys聯合仿真之彈簧單元1
圖10 建立左側節點約束
圖11 建立右側節點約束
完成上述過程之后就建立了x方向單自由度彈簧質量系統，下面輸出ANSYS求解器的CDB文件，導入ANSYS-APDL進行求解模態，因為只有x方向自由度，所以只有一階固有頻率，通過理論計算公式可知固有頻率f=(k/m)^0.5/2π=15.915.
導入ANSYS求解發現求解得到的固有頻率與理論值一樣。
圖12 ANSYS固有頻率求解結果
hypermesh-ansys聯合仿真-《梁單元4》 ￥1
在《hypermesh-ansys聯合仿真-梁單元3》中對比了梁單元和實體單元的結果，表明梁單元計算結果更容易接近理論計算值，且付出的計算資源是很小的。但并非所有情況都是這樣，下面介紹一種情況實例來說明問題。
如圖兩端固支的C型薄壁梁，在梁中心位置作用一個F=100N的集中力，具體作用點是C型截面的上邊沿（上右圖），下面分別采用梁單元和殼單元分別計算該結構工況下梁的變形梁，讀者可以自行計算嘗試并分析哪種結算結果更可靠？造成這個結果的原因是什么？我們如何在梁單元與殼單元之間做選擇
梁截面尺寸
展開 hypermesh-ansys聯合仿真-《梁單元1》
HyperBeam view視圖下開始都是空白的，在左側右擊空白區域在彈出的快捷菜單選擇創建，選擇ANSYS下預設的截面類型，選擇csolid即為圓形實體截面，新建的截面名稱命名為section_csolid。設置半徑為2，視圖區顯示截面效果，右側顯示截面的幾何屬性。
切換回到Model View視圖下，選中property下的section，將Hyper beam section設置為剛才新建的section_csolid，此時再通過設置在圖形區顯示出了梁的3D效果，如下圖的最下面圖標。
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《hypermesh-ansys聯合仿真-梁單元2》
《hypermesh-ansys聯合仿真-梁單元3》
《hypermesh-ansys聯合仿真-梁單元4》
《正確選擇梁單元及如何考慮梁剪切變形》
展開 ansys模塊化仿真系列文章（一）梁單元截面特性標準生成
開篇點題，不說廢話，直接給出生成梁單元的手動操作方式和模塊化命令流。
手動操作
介紹一下標準化生產梁單元截面特性，便于后續的梁單元建模和仿真。
1，CAD做成sat文件：首先生成面域
2，file導入ACIS
3，定義單元，劃分網格
ET,1,plane82 !添加單元類型plane82
LSEL,all !選擇所有線段
LESIZE,all,10 !設定網格尺寸，根據具體圖形尺寸進行調整
MSHAPE,0,2D !采用四邊形網格單元
MSHKEY,0 !采用自由網格
AMESH,ALL !劃分網格
4，截面寫出-界面操作
section->beam->write
5，截面寫入-界面操作
section->beam->read->plot
模塊化命令流
! 模塊化寫出截面命令流
finish
/clear
/prep7
str1 = 'name'
~SATIN,'name','sat',,SURFACES,0
*get,a_count,area,,count ! 獲得面號
/facet,normal ! 面顯示正常
allsel
ET,1,plane82 !添加單元類型plane82
LSEL,all !選擇所有線段
LESIZE,all,12 !設定網格尺寸，根據具體圖形尺寸進行調整
MSHAPE,0,2D !采用四邊形網格單元
MSHKEY,0 !采用自由網格
AMESH,ALL !
展開 
基于ANSYS APDL的兩端固定桿的單元生死仿真【轉載】
材料數據如下
為了闡述如何使用ANSYS的單元生死技術，決定把該桿等分為3個單元，然后通過控制中間單元的生死，進行如下的熱應力仿真
（1）設置所有單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加100度，并保持所有單元都存活，做1次仿真
（2）設置所有單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加100度，殺死中間單元，做1次仿真
（3）設置其它單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加100度，激活中間單元，并設置該單元的材料參考溫度是100度，做1次仿真
（4）設置其它單元的材料參考溫度是0度，給所有節點施加0度，保持中間單元存活，并設置該單元的材料參考溫度是100度，做1次仿真
通過上述四次仿真，以說明
（1）如何使用單元的生死技術
（2）當單元激活時，會根據節點溫度和該單元的材料參考溫度之差來確定它的初始熱應變。
【問題分析】
1.該例子來自于ANSYS15 APDL的認證算例《VM194 Element Birth/Death in a Fixed Bar》為了更清晰的闡明思路，本文對其進行了較大幅度的調整。
2.單元生死技術的使用，關鍵是首先要創建出所有的單元，然后在需要殺死改單元時使用EKILL命令，而在需要激活時使用ELIVE命令。
3.使用LINK180來建模桿。
4.創建2種材料。這兩種材料的彈性模量和泊松比一樣，但是參考溫度不一樣。一個參考溫度是0度，一個是100度。
5.先創建4個節點，然后創建3個單元。
6.固定兩個端節點，并給所有節點固定Z方向自由度，借此模擬二維桿件。7.按照題目要求進行先后四次的計算和后處理，以考察生死單元的使用。
8.本文采用APDL命令進行講解。
【求解過程】
1.
展開 基于ANSYS命令流的懸索橋的仿真分析（帶預應力的link10單元） ￥30
通過節點法建立的橋梁模型
靜力分析的前12階模態
