ansys 扭轉(zhuǎn)剛度的案例
hyperworks橫向穩(wěn)定桿六面體網(wǎng)格劃分、線剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和側(cè)傾角剛度及強度和疲勞仿真分析
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</div><p><br></p><p>同時，穩(wěn)定桿的剛度又分為線剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和側(cè)傾角剛度，為了對剛度進(jìn)行計算，我們運用hyperworks軟件，對穩(wěn)定桿進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202402/attachment/3cd5d069914f41a388e409ecad514d89.png" style="text-align: center">
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駕駛室BIP扭轉(zhuǎn)剛度分析規(guī)范
后懸扭力梁扭轉(zhuǎn)剛度分析
汽車后懸扭力梁扭轉(zhuǎn)剛度分析.pptx
汽車后懸扭力梁扭轉(zhuǎn)剛度分析
基于Abaqus汽車后懸扭力梁扭轉(zhuǎn)剛度分析.pdf
白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析報告 ￥1
1 分析目的
2 使用軟件說明
3 有限元模型建立
4 白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析邊界條件
5 分析結(jié)果
6 結(jié)論
1 分析目的
車身是轎車的關(guān)鍵總成，除了保證外形美觀以外，汽車設(shè)計工程師們更注重車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計。車身應(yīng)有足夠的剛度，剛度不足，會導(dǎo)致車身局部區(qū)域出現(xiàn)大的變形，從而影響了車的正常使用。低的剛度必然伴隨有低的固有頻率，易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和聲響。本報告以 QQ 白車身為研究對象，利用有限元法，對其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度分析。
2 使用軟件說明
本次分析采用 Hypermesh 作前處理，Altair optistruct 求解。HyperMesh 是世界領(lǐng)先的、功能強大的 CAE 應(yīng)用軟件包，也是一個創(chuàng)新、開放的企業(yè)級 CAE 平臺，它集成了設(shè)計與分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網(wǎng)格劃分功能；Altair Optistruct 是一個綜和隱式和顯示求解器與一體的大規(guī)模有限元計算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題都可以通過其進(jìn)行求解。Altair Optistruct 最強大的功能是其友好的 CAO 接口，通過 AltairOptistruct 可以進(jìn)行形狀、尺寸、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等優(yōu)化，采用固定的內(nèi)存分配技術(shù)，具有很高的計算精度和效率。
3 有限元模型建立
根據(jù)設(shè)計部門提供的白車身的工藝數(shù)模建立 QQ 的計算模型，對模型進(jìn)行了有限元離散處理：白車身所有零部件都采用板殼單元進(jìn)行離散，并盡量采用四邊形板殼單元模擬，少量三角形單元以滿足高質(zhì)量網(wǎng)格的過渡需要；粘膠用實體單元模擬，焊接采用 CWELD和 RBE2 單元模擬。其中四邊形單元 469700 個，三角形單元 15543 個，三角形單元比例3.4%。
展開 基于Hyperworks白車身扭轉(zhuǎn)剛度仿真分析 ￥15
白車身剛度是整車性能開發(fā)的一個重要指標(biāo)，它決定了車輛在外力作用下抵抗變形破壞的能力。白車身剛度與整車許多性能指標(biāo)均有關(guān)聯(lián)，如耐久性能、碰撞安全性能、操穩(wěn)性能和NVH性能等。而白車身彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度是反映白車身剛度的兩項重要性能指標(biāo)。當(dāng)前的主流輕量化設(shè)計趨勢就是在控制成本和重量的前提下，盡可能提升白車身的彎扭剛度值。其中，白車身扭轉(zhuǎn)剛度還是白車身輕量化程度的重要表征。國際上流行的一個重要的車身設(shè)計指標(biāo)—輕量化系數(shù)，就是根據(jù)白車身扭轉(zhuǎn)剛度、白車身質(zhì)量、軸距和輪距計算得到的。
圖1 白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果
輕量化系數(shù)公式：
圖2 輕量化參數(shù)的示意圖
圖3 扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果（z向位移圖）
利用OptiStruct求解器計算BIW的扭轉(zhuǎn)剛度，采用的加載工況和約束條件，及根據(jù)仿真分析的結(jié)果計算得到該白車身扭轉(zhuǎn)剛度值，白車身輕量化系數(shù)，詳情見收費內(nèi)容部分。
該白車身的扭轉(zhuǎn)剛度為8377.033N?m/deg，白車身輕量化系數(shù)為1.192。
凡購買本案例的朋友在操作上有什么疑問，都可以私信我，針對本案例中的操作問題我將免費為你解答。還是那句話，我們不玩虛的，玩虛的沒意思！
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乘用車前機罩扭轉(zhuǎn)剛度CAE分析標(biāo)準(zhǔn)
分析目的
計算方法
有限元模型介紹
邊界條件
分析結(jié)果及目標(biāo)值評價
SAE--乘用車白車身彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度實驗方法及數(shù)據(jù)處理規(guī)范 ￥2
1 試驗樣件（白車身總成組成部分）
2 測試裝置
3 試驗要求
4 試驗步驟
5 試驗數(shù)據(jù)后處理
附件為乘用車白車身彎曲、扭轉(zhuǎn)實驗方法兩份技術(shù)規(guī)范pdf文件
ANSYS與材料力學(xué)之扭轉(zhuǎn)（二）
答案請在
公眾號文章
ANSYS與材料力學(xué)之扭轉(zhuǎn)（一）尋找。
Step6：求解及后處理
因為要提取最大剪應(yīng)力，所以在求解時要
打開梁截面結(jié)果：
1. 切應(yīng)力
我們在后處理中插入
Maximum Shear Stress（最大切應(yīng)力）結(jié)果，顯示如下：
2. 應(yīng)變能
要查看應(yīng)變能，需要使用后處理中的
Probe工具然后選擇
Energy，應(yīng)變能結(jié)果顯示如下：
03
結(jié)論
材料力學(xué)方法計算的最大切應(yīng)力為65.58MPa，總應(yīng)變能為492 J；ANSYS計算的最大切應(yīng)力為65.714MPa，總應(yīng)變能為492.86 J，兩者基本一致。
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下載本案例源文件，提取碼為835f。源文件版本為ANSYS2020R2。
展開 ANSYS與材料力學(xué)系列教程之扭轉(zhuǎn)（一）
前面的幾篇文章中，我們介紹完了材料力學(xué)的第二章——材料拉伸與壓縮方面的內(nèi)容以及相應(yīng)的ANSYS解法，今天我們正式開始學(xué)習(xí)材料力學(xué)第三章——扭轉(zhuǎn)。
工程中，當(dāng)直桿受到的外力是作用在垂直于桿軸線的平面內(nèi)的力偶，桿將會發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。單純發(fā)生扭轉(zhuǎn)的桿件不多，但以扭轉(zhuǎn)為主要變形的卻不少，如傳動軸，鉆桿等。對于這種結(jié)構(gòu)我們可以直接用扭轉(zhuǎn)變形對其進(jìn)行強度和剛度校核。
桿的扭轉(zhuǎn)和桿的拉壓可以
對比學(xué)習(xí)：桿受到拉（壓）時，產(chǎn)生拉（壓）應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)變，桿受到扭轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生切應(yīng)力τ和切應(yīng)變γ；拉壓時，在比例極限范圍內(nèi)，拉應(yīng)力和拉應(yīng)變成正比，扭轉(zhuǎn)時，在比例極限范圍內(nèi)，切應(yīng)力和切應(yīng)變成正比。
τ=Gγ
當(dāng)我們研究桿件軸力與截面位置的關(guān)系時，需要繪制軸力圖；同樣，當(dāng)我們研究桿件扭矩與截面位置的關(guān)系時，需要繪制
扭矩圖。與繪制軸力圖的方法一樣，繪制扭矩圖也用到
截面法來計算扭矩。下面討論例題3-1的材料力學(xué)解法和AMSYS解法。
一、材料力學(xué)解法：
Step1：分析受力，并計算外力偶矩。受力計算簡圖如下圖所示：
Step2：由軸的計算簡圖，使用截面法計算各軸段的扭矩。
Step3：根據(jù)計算結(jié)果，繪制扭矩圖如下圖所示：
根據(jù)扭矩圖可以看出，最大扭矩Tmax發(fā)生在CA段，其值為9.56kN·m。
二、ANSYS解法：
使用ANSYS求解該問題時，我們從以下幾個方面入手：
1.
展開 ANSYS分析 vs 理論解 | 矩形截面梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)
扭轉(zhuǎn)角rad
PLNSOL, S,XY, 0,1.0 !切應(yīng)力
來源：ANSYS學(xué)習(xí)與應(yīng)用
如何從Ansys APDL中提取剛度矩陣與質(zhì)量矩陣？ ￥69
1.引論
經(jīng)常使用Ansys、Abaqus等一系列有限元分析軟件進(jìn)行計算、學(xué)習(xí)的學(xué)生或工程師們都會知道在有限元分析建模與計算中剛度矩陣與質(zhì)量矩陣的重要性。但是由于軟件的黑盒性質(zhì)，大家往往在實際使用十分成熟的商業(yè)化軟件的過程中慢慢忽視了有限元及其衍生出的商業(yè)軟件背后的原理與方法。
這時，不管是在學(xué)習(xí)中還是在工程應(yīng)用中往往都會遇到一個同樣的問題，那么就是如何將Ansys APDL運行中的產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)（例如：剛度矩陣、質(zhì)量矩陣）導(dǎo)出成為我們熟悉的形式或文件格式，從而為我們所用，所分析。
因此我決定寫下此篇文章來幫助很多實際工作或?qū)W習(xí)中需要用到此類技能的同學(xué)、同事們，讓大家更了解Ansys APDL背后的工作原理與數(shù)據(jù)導(dǎo)出方式。
當(dāng)然，在社區(qū)中早就有大佬回答過了這個問題，并給大家制作了相應(yīng)的提取矩陣軟件，其軟件具備了簡單、便捷的操作方式，讓很多想要提取剛度矩陣與質(zhì)量矩陣的同僚們受益，那么我為什么還要寫一篇這樣的文章重新提起這樣一個話題呢？這就又回到了我開頭所說的“原理與方法”，我在此更希望面對想要進(jìn)一步學(xué)習(xí)了解軟件背后機理的群體，并在此基礎(chǔ)上保留教學(xué)的簡潔性，提供導(dǎo)出矩陣與轉(zhuǎn)換、列式、求解的源代碼，使其既兼顧基本原理，又可以讓大家直接上手使用，非常的便捷，也避免了很多因為優(yōu)化不完全導(dǎo)致的運行bug。
2.有限元軟件導(dǎo)出剛度矩陣與質(zhì)量矩陣的方法
在使用APDL進(jìn)行求解時，每次在求解完成后都會在工作路徑下生成一個.full文件，而這個文件十分關(guān)鍵，其正是剛度矩陣與質(zhì)量矩陣的所在之處。
展開 ANSYS模型剛度、質(zhì)量矩陣快速提取小軟件—km_from_Ansys ￥88
背景
從事結(jié)構(gòu)振動控制、車橋耦合振動、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感器優(yōu)化布置、結(jié)構(gòu)動力性能分析等等一系列研究的同仁們應(yīng)該都面臨過一個同樣的問題—“怎么把結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量矩陣建立出來？”。這對于那些數(shù)值分析高手和專家可能不是什么問題；但是對于科研剛?cè)腴T的新手來說，這個難度還是相當(dāng)大的。如果都靠自己寫程序來建立有限元模型，則對理論基礎(chǔ)、編程水平都有很高的要求，甚至程序做出來也未必能保證其正確性，是一個很讓人頭疼的問題。
對于一些簡單的被動控制裝置或簡單的動力學(xué)分析，當(dāng)然也可以在有限元分析軟件中構(gòu)造出裝置組成直接分析（剛度+阻尼類型），但是對于稍復(fù)雜一些的控制裝置和耦合分析等問題，會受到平臺功能上的限值，尤其是對于主動和半主動等涉及控制算法的研究來說，基本很難在有限元軟件平臺上實現(xiàn)分析。再加上如果需要對裝置進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，需要進(jìn)行多次重復(fù)計算，難度就更大。
Ansys、ABAQUS等軟件平臺給我們提供了比較穩(wěn)定有效的有限元模型建立平臺，通過借助商業(yè)軟件來建立模型，再將其中的剛度、質(zhì)量矩陣導(dǎo)出，是非常可取的一種方法。如果能夠提取出模型的矩陣，明晰計算原理，就能夠很容易的通過自己的程序設(shè)計對計算過程進(jìn)行補充、調(diào)整，來達(dá)到自己定制的計算分析目的。其實，不僅對于振動控制，比如結(jié)構(gòu)靜動力分析、車橋耦合分析、結(jié)構(gòu)傳感器優(yōu)化配置方案設(shè)計等，都有應(yīng)用需求。因此，一個能夠便捷的提取結(jié)構(gòu)矩陣的方法就顯得至關(guān)重要。
技術(shù)鄰平臺已經(jīng)有大佬提供了ABAQUS軟件剛度和質(zhì)量矩陣的導(dǎo)出方法。這里補充一下在ANSYS中導(dǎo)出質(zhì)量和剛度矩陣的方法和小軟件。
2.
展開 ANSYS剛度矩陣的提取與解析(python解析）
就ansys如何提取剛度矩陣、如何解讀提取的文檔以及利用Python進(jìn)行解析。
在workbench中實現(xiàn)整個過程的參數(shù)化過程除了前幾次文章介紹的模型與網(wǎng)格，還應(yīng)該包括材料參數(shù)的參數(shù)化定義。利用Python進(jìn)行二次開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)材料參數(shù)的自由定義，比如來源于excel表格或者文檔的數(shù)據(jù)，通過Python代碼的自動讀取，參與到實際的有限元分析進(jìn)程中。
結(jié)構(gòu)有限元最后的求解過程總是歸結(jié)到求解一個大型矩陣方程Ax=b，對于一些情況還需要考慮質(zhì)量矩陣M和阻尼矩陣C。有限元程序在組裝完所有單元的剛度矩陣后，考慮模型所施加的約束和載荷，最終將剛度矩陣進(jìn)行一些處理，例如乘大數(shù)法，變成Ax=b的形式，其中A是剛度矩陣，b是節(jié)點載荷，x為待求的節(jié)點位移，A和b全為已知量。
基本上各類有限元軟件均能夠提取模型的剛度矩陣，此次針對剛度矩陣的提取與解析做一個例子，采用的軟件是ANSYS經(jīng)典。
在ANSYS中建立一個簡單的模型，劃分網(wǎng)格后共12個節(jié)點，定義材料參數(shù)，施加約束和載荷后求解。有限元模型如下所示。
待求解結(jié)束后，會在工作目錄下生成一個后綴為full的文件，之后即可進(jìn)行剛度矩陣的提取。
通過主菜單，如下所示。
選擇Matrix后，彈出如下所示的界面。
其中，F(xiàn)ile to be read需要指定工作目錄下生成的full文件，Name of file to write為所導(dǎo)出剛度矩陣的文件名稱；Output matrix file format表示文件格式，還有Binary，生成的是文檔文件，選擇Ascii即可；Matrix to write表示輸出的是剛度矩陣/質(zhì)量矩陣還是阻尼矩陣；RHS選項表示是否同時輸出右端項，也即是Ax=b中的b。
打開生成的剛度矩陣文檔，如下所示。
展開 基于 MATLAB 的 ANSYS Harwell-Boeing 格式稀疏矩陣提取工具 —— 剛度矩陣與質(zhì)量矩陣 ￥30
在有限元分析中，ANSYS 可以導(dǎo)出大規(guī)模稀疏矩陣（如剛度矩陣、質(zhì)量矩陣），通常使用 Harwell-Boeing (HB) CCS 格式。這些矩陣對后續(xù)二次開發(fā)、動力學(xué)分析或自定義求解器非常重要，但由于其稀疏和壓縮存儲形式，直接在 MATLAB 中讀取和使用并不方便。
本文提供了 兩個 MATLAB 函數(shù)，可直接從 ANSYS 導(dǎo)出的 HB 矩陣文件中讀取并重構(gòu)成 MATLAB 稀疏矩陣：
1.剛度矩陣提取函數(shù)
輸入：ANSYS 導(dǎo)出的剛度矩陣 HB 文件（stiff.txt）
輸出：MATLAB 稀疏矩陣 K，可直接用于動力學(xué)計算或驗證
支持自動對稱化，保證數(shù)值正確
2.質(zhì)量矩陣提取函數(shù)
輸入：ANSYS 導(dǎo)出的質(zhì)量矩陣 HB 文件（mass.txt）
輸出：MATLAB 稀疏矩陣 M
使用與剛度矩陣同樣的解析邏輯，無需額外修改
案例說明：
本文以高速鐵路接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)為例，展示了如何將 ANSYS 中導(dǎo)出的稀疏剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，在 MATLAB 中完整展開，并進(jìn)行后續(xù)動力學(xué)分析準(zhǔn)備。
通過該方法，可以將大規(guī)模有限元矩陣快速轉(zhuǎn)化為 MATLAB 可操作形式，為自定義振動分析、模態(tài)分析及其他科研或工程應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
優(yōu)勢與應(yīng)用：
支持大規(guī)模稀疏矩陣解析
自動對稱化，保證數(shù)值精度
適用于剛度矩陣、質(zhì)量矩陣、其他 HB 格式矩陣
可作為動力學(xué)求解器或后處理工具的基礎(chǔ)模塊
使用方法：
1.使用以下代碼對ansys中生成的質(zhì)量及剛度矩陣進(jìn)行提取，file,5,full（5為工作目錄下full文件的文件名，例如：filename.full）。
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