有限元仿真的案例
金屬切削過程宏觀和微觀尺度有限元仿真進展
有限元法被認為是一種切削過程中預測過程變量、揭示微觀物理現(xiàn)象、深入研究切削機理的有效方法。因此，運用有限元仿真對宏觀和微觀尺度切削過程進行研究，區(qū)分宏觀和微觀過程變量有限元仿真模型的差異，進而提高宏觀和微觀尺度有限元仿真的精度、工件表面質(zhì)量和刀具壽命是必要的。有限元仿真模型的可靠性和有效性很大程度取決于仿真方法、本構(gòu)模型、摩擦模型和損傷模型對網(wǎng)格單元、材料的動態(tài)力學行為、刀具-切屑-工件接觸過程和切屑的形成機制描述的準確性。建立更符合真實切削情況的有限元仿真模型，可以為優(yōu)化切削過程變量和工藝參數(shù)提供參考。
因此，針對不同材料和加工方式，對宏觀和微觀過程變量和材料去除機制預測的有限元仿真進展進行了綜述，如圖1所示。同時，討論了金屬切削過程有限元仿真的研究和發(fā)展方向，為未來的建模方向提供了指導。
圖1 文章框架
二、主要內(nèi)容
分別從仿真模型的建立、宏觀工藝變量仿真模型、微切削過程仿真模型和有限元仿真的擴展等四部分進行了綜述，如圖2所示。
圖2 文章的主要框架
1）系統(tǒng)介紹了仿真方法，材料的本構(gòu)模型，摩擦模型，損傷模型及其修正模型的適用條件和預測精度，為建立符合真實切削狀態(tài)的有限元模型提供依據(jù)。
a）對比了各種仿真方法對切屑形態(tài)、切削力殘余應力等仿真結(jié)果的準確性。
b）分析了各種本構(gòu)模型，摩擦模型，損傷模型及其修正模型的適用性、改進的方向，尤其是本構(gòu)模型在高溫、高應變、應變-應變率-溫度耦合條件的應用，二維和三維有限元建模時摩擦模型的差異，以及在損傷起始、損傷演化和失效過程中如何建立損傷準則使仿真結(jié)果的準確性更接近于真實情況。
展開 【CAE案例】應力腐蝕開裂（SCC）的有限元仿真
圖1 晶間應力腐蝕開裂的電鏡掃描顯示結(jié)果
基于晶體微觀結(jié)構(gòu)的建模和斷裂力學有限元仿真可以對應力腐蝕開裂的過程進行可視化的模擬。利用有限元仿真，可以進一步提高我們對應力腐蝕開裂的理解，并且通過有限元仿真的方式可以對應力腐蝕開裂的產(chǎn)生進行相應的預測，為核電廠一回路的金屬元器件正常運行提供相應的保障。
本案例基于有限元斷裂力學仿真，對應力腐蝕開裂的生成過程進行相應的仿真。
02
仿真方案
在晶體微觀結(jié)構(gòu)建模上，本案例利用10節(jié)點四面體單元對晶粒結(jié)構(gòu)進行相應建模，模擬實際的晶體結(jié)構(gòu)。如下圖所示，整個正方體結(jié)構(gòu)代表研究樣品的一個微小樣本，每個彩色的不規(guī)則結(jié)構(gòu)代表一個晶粒。整個所研究的材料樣本的有限元網(wǎng)格中包含172個晶粒、52000個節(jié)點，35000個10節(jié)點四面體單元。平均每個晶粒中包含210個單元。
圖2 晶體的有限元建模
應力腐蝕有兩種不同的類型，一種是沿晶腐蝕，另外一種是穿晶腐蝕，穿晶腐蝕的機理更加復雜。目前有限元仿真可以對沿晶應力腐蝕的過程做出仿真。首先需要確定所有晶粒之間的邊界，從而進一步在仿真中得到發(fā)生應力腐蝕開裂的路徑。如下圖所示找出了所有的晶體邊界。
圖3 開裂路徑的設置
應力腐蝕過程存在著三個階段：潛伏階段、裂紋萌生階段以及裂紋傳播階段。在潛伏階段中，晶體微結(jié)構(gòu)受到應力作用和晶間腐蝕作用的影響，但是并沒有裂紋生成。在裂紋萌生階段中，裂紋開始生成，但是裂紋穿透深度很小。
展開 淺談有限元仿真中的網(wǎng)格無關(guān)性 附有限元仿真實踐原理下載
從數(shù)值上來看，隨著網(wǎng)格數(shù)量增大，參數(shù)的數(shù)值解越來越趨向于定值，且從四十萬網(wǎng)格到八十萬網(wǎng)格相鄰兩數(shù)據(jù)相差約為4%；從八十萬網(wǎng)格到一百六十萬網(wǎng)格相鄰兩數(shù)據(jù)相差約為1%；故可認為此時的數(shù)值仿真結(jié)果已經(jīng)收斂，網(wǎng)格無關(guān)性驗證完畢。
關(guān)于網(wǎng)格無關(guān)性的驗證，你學會了嗎？
下載地址：有限元仿真實踐原理
有限元仿真分析航空鋁合金板螺栓孔變形
從設計上應該盡可能考慮到各種工況條件下其破壞的可能性，現(xiàn)代設計借助的手段很多，有限元仿真分析技術(shù)就是其中一項很重要的技術(shù)。本期通過螺栓孔的失效來向大家呈現(xiàn)有限元仿真分析給設計帶來的幫助。本文報道的研究采用的軟件是ABAQUS。
圖1 鋁合金板螺栓孔有限元仿真分析模型及網(wǎng)格劃分
圖2 有限元仿真分析計算結(jié)果與實際結(jié)果比對
圖3 Von Mises應力分布與應力分布曲線
由此看來，有限元仿真分析是一種針對構(gòu)件受力與變形分析比較實用的軟件。其準確性取決于所采用的材料性能參數(shù)的準確性與模型的準確性，同時還需要相關(guān)實驗進行驗證。
參考文獻：
KhosroFallahnezhad, Andrew Steele and Reza H. Oskouei. Failure Mode Analysis ofAluminium Alloy 2024-T3 in Double-Lap Bolted Joints with Single and DoubleFasteners; A Numerical and Experimental Study. Materials 2015, 8, 3195-3209.
文章來源：金屬材料科學與技術(shù)
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2025大賽優(yōu)秀作品 | 有直流偏磁PWM波電壓勵磁磁心損耗的有限元仿真
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優(yōu)秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優(yōu)秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業(yè)最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業(yè)的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創(chuàng)新實踐，充分展現(xiàn)了仿真技術(shù)的無限潛能。從本期起，我們將陸續(xù)為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創(chuàng)新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
作品名稱：有直流偏磁PWM波電壓勵磁磁心損耗的有限元仿真
作者：福州大學電氣工程與自動化學院 | 秦家正/汪晶慧/江盛凌
關(guān)鍵詞：磁心損耗、有限元仿真、有直流偏磁的PWM波電壓
作者說
Ansys Maxwell 有限元仿真軟件利用有限元分析求解已知邊界條件的泊松方程或者麥克斯韋方程獲得磁性元件的磁矢位分布，進而得到磁通密度分布，其可精確地獲得磁心內(nèi)磁通密度分布。然而，其內(nèi)部自帶的磁心損耗密度模型不足以支持現(xiàn)有功率變換器中磁性元件磁心損耗仿真計算。但是，結(jié)合有限元仿真軟件Maxwell 和PyAnsys 二次開發(fā)接口，給有直流偏磁PWM波電壓勵磁磁心損耗的精確仿真提供有力支持。并且有望實現(xiàn)更復雜的高低頻復合波勵磁磁心損耗的精確仿真計算。
功率變換器中磁性元件的勵磁波形
有直流偏磁高頻脈寬調(diào)制波（Pulse Width Modulation, PWM）電壓勵磁的磁心損耗精確計算是業(yè)內(nèi)難點。
展開 （轉(zhuǎn)一篇文章）壓縮機氣缸螺栓擰緊過程有限元仿真
轉(zhuǎn)自 http://www.jd37.com/tech/20076/29830.html
轉(zhuǎn)自 gm.newmaker.com/art_19623.html
壓縮機氣缸螺栓擰緊過程有限元仿真
摘要：通過運用有限元仿真技術(shù)對旋轉(zhuǎn)式壓縮機泵體螺栓裝配變形進行模擬，結(jié)合試驗的對比驗證，確立了正確、可靠、有效的有限元仿真分析方法，從結(jié)構(gòu)仿真分析、理論知識、試驗三方面檢討了螺栓裝配對泵體變形的影響，從而展現(xiàn)非線性有限元仿真技術(shù)在實際工程問題上的具體應用。
關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)式壓縮機 泵體 螺栓裝配 非線性有限元
1 前言
旋轉(zhuǎn)式壓縮機由活塞、氣缸、葉片及其背部的彈簧、偏心曲軸和上、下缸蓋等主要零件組成。氣缸內(nèi)孔和活塞均呈圓形，氣缸上開有吸、排氣口。排氣口上裝有排氣閥，氣缸內(nèi)裝有偏心曲軸，其旋轉(zhuǎn)中心與氣缸內(nèi)孔的圓心重合，活塞安裝在曲軸偏心部上，使得活塞外表面與氣缸內(nèi)表面相切，于是氣缸內(nèi)表面與活塞外表面之間形成一個月牙形空間，它的兩端被上、下缸蓋封著，構(gòu)成了壓縮機的工作腔。在氣缸的吸、排氣口之間開一個徑向槽，槽內(nèi)裝有能來回滑動的葉片，葉片背部裝有彈簧，靠彈簧力將葉片緊緊壓在活塞外表面上，將月牙形空間分成兩部分：與吸氣口相通的部分稱為吸氣腔；在排氣口一側(cè)的部分稱為壓縮腔。當偏心曲軸由電機驅(qū)動繞氣缸中心連續(xù)旋轉(zhuǎn)時，吸氣腔、壓縮腔的容積周期變化，于是實現(xiàn)了吸氣、壓縮、排氣及余隙膨脹等工作過程。基本結(jié)構(gòu)見圖1（a）。
圖1：旋轉(zhuǎn)式壓縮機基本結(jié)構(gòu)和氣缸模型示意圖
氣缸是壓縮機的骨架，其上安裝著壓縮機的主要零部件。
展開 有限元仿真在螺桿壓縮機應用研究
李日華，張?zhí)煲?（珠海格力智能裝備有限公司，廣東珠海519000）
[摘要]：通過對螺桿壓縮機進行有限元仿真，可以加快設計工作進度。分析對象主要包括螺桿壓縮機殼體、轉(zhuǎn)子和內(nèi)部流道，分析方法主要包括結(jié)構(gòu)靜力學仿真、結(jié)構(gòu)熱力學仿真、模態(tài)分析、諧響應分析、隨機振動分析、流場模擬和噪聲分析等。
[關(guān)鍵詞]：有限元；仿真；螺桿壓縮機；殼體；轉(zhuǎn)子；內(nèi)部流道
中圖分類號：TH455 文獻標志碼：A
文章編號：1006-2971（2021）03-0032-05
1 引言
螺桿壓縮機具有可靠性高，操作維護方便和適應性強的特點，廣泛應用于中央空調(diào)、冷凍冷藏、船用和核電等領域，在寬廣的容量和工況范圍內(nèi)，逐漸替代其他種類壓縮機[1-2]。螺桿壓縮機利用一對相互嚙合的陰、陽轉(zhuǎn)子在殼體腔內(nèi)作回轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣3個過程，轉(zhuǎn)子和殼體是螺桿壓縮機重要零部件。在氣體壓縮的過程中，受氣體力作用，轉(zhuǎn)子會發(fā)生一定的形變，由
于受排氣周期性氣體脈動和轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)力的影響，誘發(fā)了壓縮機振動和噪聲響應問題，在激勵源作用的情況下，可以通過振動響應計算將響應頻率和激勵頻率偏錯開，從而避免共振，降低振動。殼體在壓縮機工作過程中除了承受氣體壓力和轉(zhuǎn)子載荷外，還是壓縮機振動和噪聲輻射的主體，壓縮機主要通過殼體結(jié)構(gòu)進行傳遞，因此，殼體合理設計對壓縮機可靠性影響至關(guān)重要。螺桿壓縮機殼體結(jié)構(gòu)設計既要滿足強度設計要求，同時也要滿足剛度設計要求，避免由于設計不合理產(chǎn)生共振、振動傳遞高等問題[3]。
有限元分析可用于結(jié)構(gòu)及流體的仿真。合理運用仿真手段，可加快設計工作的進行，通過仿真結(jié)果來優(yōu)化壓縮機結(jié)構(gòu)，確定壓縮機殼體和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設計的合理性，避免后期不必要的改模，降低開發(fā)成本。本文分別從結(jié)構(gòu)靜力學和動力學方面對螺桿壓縮機殼體和轉(zhuǎn)子進行有限元仿真分析。
展開 論文推薦丨常浩等：基于有限元仿真技術(shù)的軌道車輛錐形彈簧的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究
基于有限元仿真技術(shù)的軌道車輛錐形彈簧的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究
常 浩1，張 楊1，程海濤2，葛 琪2
（1. 湖南安全技術(shù)職業(yè)學院；2. 株洲時代新材料科技股份有限公司）
摘要：基于有限元仿真技術(shù)，對軌道車輛某型號錐形彈簧（以下簡稱錐形彈簧）的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化研究。結(jié)果表明：Ogden 4階超彈本構(gòu)模型分析精度較高，能很好地反映錐形彈簧的橡膠材料的大應變特性；與采用勾形橡膠型面的錐形彈簧相比，采用流線形橡膠型面的錐形彈簧可以避免其橡膠型面出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，消除應力集中點，延長錐形彈簧的疲勞壽命；采用喇叭口式隔板的錐形彈簧，可通過改變喇叭口半徑大小靈活實現(xiàn)垂向剛度與橫向剛度匹配，從而延長錐形彈簧的疲勞壽命。本研究為錐形彈簧的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了新思路。
展開 基于SW Simulation, Hypermesh和Meshfree的有限元仿真以及結(jié)果對比
MeshFree易學易用,簡單的操作就能得出精確結(jié)果,是一款非常優(yōu)秀的有限元仿真軟件.
基于有限元仿真的某車門輕量化分析
摘 要：采用HyperWorks，針對某型商務車車門開展自由模態(tài)、柱碰安全及加載1 000 N垂直向下作用力工況的垂向剛度、靜強度有限元仿真分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷存在輕量化空間，據(jù)此設計了兩種輕量化方案，分別對兩個方案的車門進行了各項性能的仿真分析，結(jié)果顯示輕量化方案一車門各項性能滿足主機廠要求，并具有較好的輕量化效果；方案二車門在加載垂向力工況下的內(nèi)板靜應力超過了材料的屈服強度，無法滿足客戶要求。相關(guān)研究可為客戶提供基于馬鋼材料開展車門優(yōu)化設計的參考。
關(guān)鍵詞：車門;有限元仿真;輕量化;HyperWorks;
隨著國家“碳達峰、碳中和”目標的推進，未來制造業(yè)對于低能耗高性能產(chǎn)品的需求將越來越緊迫。汽車產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟的一大支柱產(chǎn)業(yè)，在制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。近年來，輕量化作為汽車行業(yè)的熱門研究方向正受到越來越多的關(guān)注，其對于推進行業(yè)的節(jié)能降耗具有重要意義[1]。
本文采用有限元仿真的方法，研究對象為國內(nèi)某主機廠一款商務車車門。首先運用Hyper Works軟件對主機廠預選材車門進行模態(tài)、垂向剛度、靜強度仿真分析，各項指標滿足要求。分析結(jié)果顯示，車門存在輕量化空間。采用優(yōu)化零件數(shù)量、激光拼焊及材料厚度減薄的方式設計了車門的輕量化方案，并對輕量化車門進行各項性能的仿真分析，綜合評估顯示輕量化車門各項性能滿足主機廠要求。
1 預選材車門性能分析
1.1 車門預選材方案及有限元模型
主機廠首先針對車門各主要零部件進行了預選材，獲得用材方案如表1所示。
表1 車門各零部件預用材方案
采用HyperMesh進行有限元建模，如圖1所示。網(wǎng)格尺寸選擇8 mm，網(wǎng)格劃分完成后，車門所有零部件共有節(jié)點42 001個，網(wǎng)格單元42 123個，其中四邊形單元40 689個，三角形單元1 434個，三角形單元占比3.4%。
展開 某型飛機通風窗鳥撞有限元仿真分析
基于Altair公司HyperWorks軟件平臺，采用HyperMesh軟件建立了某型飛機天窗骨架、通風窗以及鳥體的有限元模型。并用RADIOSS求解器對鳥撞過程進行了求解，對鳥撞擊下的通風窗窗體結(jié)構(gòu)進行了強度與剛度分析。
沈亮_某型飛機通風窗鳥撞有限元仿真分析.pdf
沈亮_某型飛機通風窗鳥撞有限元仿真分析.pdf
Hyper mesh輪胎有限元仿真前處理
目前對于輪胎的有限元仿真基本都是基于Abaqus進行仿真運算，因輪胎具有復雜多層結(jié)構(gòu)和多種材料，導致輪胎的有限元建模過程復雜。因Hyper mesh 具有強大的有限元前處理功能，故在此對基于Hyper mesh 的輪胎建模進行講述。輪胎胎體建模時，首先要進行二維建模：
一 二維輪胎網(wǎng)格劃分：
在Hyper mesh中打開二維輪胎模型：
圖1.
帶內(nèi)螺紋精密零件的熱處理畸變有限元仿真
使用有限元軟件及其子程序，考慮了應力影響相變和相變塑性，計算得到了熱處理過程中的溫度場、應力應變場，以及熱處理后的殘余應力分布和零件畸變，該畸變與生產(chǎn)過程中的裝配結(jié)果所顯示的畸變基本一致。針對裝配困難問題，結(jié)合數(shù)值模擬分析結(jié)果，提出了一些改進生產(chǎn)工藝控制零件畸變的建議。
關(guān)鍵詞：內(nèi)螺紋;熱處理畸變;淬火-回火;有限元仿真;
熱處理對于鋼制零件的加工來說是一個非常重要的最終加工工藝，被用來改進材料的力學性能[1]。熱處理之后，材料的性能會發(fā)生變化， 零件也可能產(chǎn)生畸變。在工業(yè)生產(chǎn)領域，對于測量這些畸變，花費了大量人力財力，提出了許多方法，但是目前仍很難準確地預測熱處理畸變。有限元仿真方法通過基于物理模型的數(shù)值計算可以給出每一個時刻的應力應變場、溫度場和組織場，給企業(yè)科研人員的生產(chǎn)決策提供理論基礎，在熱處理研究中越來越成為強有力的分析工具。
控制零件的性能和形狀是熱處理的首要目標。當前很多學者對熱處理過程的有限元分析做了大量的工作。日本的Gur and Tekkaya開發(fā)了有限元新模型用來計算軸對稱零件的溫度場和應力應變場[2]。Caner Simsir等使用三維有限元軟件模擬了淬火過程，并且研究了考慮殘余應力對軸對稱零件熱處理過程數(shù)值計算的影響[3]。Fukumoto等[4]通過ABAQUS軟件對螺旋齒輪的滲碳和淬火過程的畸變進行了研究。Lee等[5]研究了熱處理過程的力學性能變化，并使用ABAQUS軟件對HSLA鋼的熱處理過程進行了有限元仿真。Silva等[6]設計試驗測量了AISI 4140 C鋼的環(huán)形零件，研究了熱處理工藝對畸變的影響，并使用DEFORM-HT模塊的計算結(jié)果驗證了試驗結(jié)果。Lee等[7]對低碳鋼的淬火畸變做了大量研究，基于ABAQUS開發(fā)了相關(guān)UMAT和UMATHT子程序。
展開 有限元仿真工作室
有限元仿真工作室擁有高校老師團隊，碩博團隊，工程師團隊，理論經(jīng)驗豐富，項目經(jīng)驗多，詳情咨詢QQ:954590286；QQ群:537424077，同時歡迎軟件大神加入，合作共贏，謝謝!
SolidWorks有限元仿真-P3螺栓 ￥8
SolidWorks有限元仿真-P3螺栓電子資料
