ansys 殼體結(jié)構(gòu)的案例
基于等幾何分析（IGA）的殼體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化
在結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化領(lǐng)域，為使優(yōu)化結(jié)果能夠直接導(dǎo)入CAD系統(tǒng)，一些學(xué)者開展了基于IGA的相關(guān)研究。然而，已有工作大多針對二維問題展開，且多在SIMP等隱式拓撲優(yōu)化框架下利用NURBS基函數(shù)插值人工密度場，并利用固定網(wǎng)格進行結(jié)構(gòu)分析。由于分析和設(shè)計模型并不一致，這些工作并沒有充分發(fā)揮IGA框架下結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計一體化的巨大潛力。特別地，由于結(jié)構(gòu)拓撲仍由人工密度場等隱式描述，依舊無法實現(xiàn)優(yōu)化結(jié)果與CAD系統(tǒng)之間真正意義上的無縫連接。
近來，大連理工大學(xué)“結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論、方法與應(yīng)用”基金委創(chuàng)新群體張維聲副教授等與韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）S-K Youn院士團隊合作，基于前期所提出的可動變形孔洞（Moving Morphable Void，MMV）顯式拓撲優(yōu)化新框架與剪裁曲面分析（Trimmed Surface Analysis，TSA）技術(shù)，實現(xiàn)了基于IGA的殼體顯式拓撲優(yōu)化。該方法基于MMV所提供的精確顯式幾何信息（殼體形狀/拓撲完全由NURBS曲面參數(shù)描述），利用曲面裁剪技術(shù)，可對異形曲面殼體進行基于精確幾何描述的IGA分析，優(yōu)化過程中無需引入任何弱材料。該工作同時發(fā)揮了MMV方法與IGA方法的優(yōu)點，實現(xiàn)了Lagrangian描述下、面向計算幾何的結(jié)構(gòu)顯式拓撲優(yōu)化，在基于IGA的幾何-分析-設(shè)計一體化方面邁出了重要一步。
展開 電機殼體冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計及熱仿真分析
驅(qū)動電機殼體冷卻通道結(jié)構(gòu)設(shè)計
針對熱量在電機內(nèi)部的傳遞方式，本文設(shè)計了一款螺旋式冷卻結(jié)構(gòu)的電機殼體，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
模具經(jīng)典之作：汽車空調(diào)殼體模具結(jié)構(gòu)剖析
在汽車結(jié)構(gòu)件中，空調(diào)殼體是較復(fù)雜的產(chǎn)品代表。今天我們就以空調(diào)殼體為例給大家剖析其模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對大家很有實用參考價值。
一、產(chǎn)品分析
汽車空調(diào)殼體為汽車空調(diào)的核心部件，產(chǎn)品材料為PP-TD20。產(chǎn)品設(shè)計需考慮處裝配，排水，出風(fēng)的多種功能要求，故其結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。
在開始模具設(shè)計時，如何劃分前后模是一個重點問題。按常規(guī)思維，自然是骨位多、柱位多的那一側(cè)在后模，光面、骨位少的那一側(cè)在前模。而這個產(chǎn)品由于是結(jié)構(gòu)件，外觀要求并不高，因此將骨位多的一側(cè)分在前模，光面與骨位少的一側(cè)分在后模，前后模鑲苛處理。
二、產(chǎn)品進膠
產(chǎn)品采用兩點針閥式熱咀進膠，直接點在產(chǎn)品表面上，如下圖所示。
前后模仁鑲苛
三、模具結(jié)構(gòu)
模具結(jié)構(gòu)1（前模行位）
倒扣1與倒扣2出在前模，按一般思維可以采用前模斜頂結(jié)構(gòu)或彈板抽芯，這套模具采用油缸轉(zhuǎn)換抽芯，一個油缸控制兩個行位，利用鏟基封膠。
模具結(jié)構(gòu)2（后模行位1）
后模行位1與行位2是行位上走行位結(jié)構(gòu)，行位2由于空間有限，不能做行位壓塊，設(shè)計時采用T槽做導(dǎo)向，這種機構(gòu)適用于行位空間小的場合。
模具結(jié)構(gòu)（后模行位3/4/5/6）
后模行位3/4/5/6為常規(guī)行位結(jié)構(gòu)，部分行位采用了彈針裝置，防止產(chǎn)品粘行位。
后模骨位側(cè)有三處倒扣，采用3支方形斜頂。
整體后模
整體前模
展開 利用HyperWorks進行地震區(qū)混凝土殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計
行業(yè)：高校/科研，建筑行業(yè)
挑戰(zhàn)：結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能安全地應(yīng)用于 地震地區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
Altair 解決方案：在地震作用下殼體結(jié)構(gòu)的研究
優(yōu)點：預(yù)測結(jié)構(gòu)行為 、了解結(jié)構(gòu)與地震的響應(yīng)關(guān)系、降低應(yīng)力集中
項目介紹
美國普林斯頓大學(xué)的構(gòu)形實驗室是一個專注于研究結(jié)構(gòu)的曲線外形的研究 小組，研究外形的最佳的力學(xué)分布以獲得最優(yōu)的結(jié)構(gòu)強度。研究的成果顯示這 些結(jié)構(gòu)可以非常薄，從而降低成本和二氧化碳排放，同時滿足一定的審美要求。
構(gòu)形實驗室主任 Sigrid Adriaenssens 博士是專門研究結(jié)構(gòu)表面形狀的結(jié) 構(gòu)工程師，她是美國普林斯頓大學(xué)土木與環(huán)境工程系的助理教授，Adriaenssens 擁有巴斯大學(xué)、英國輕型結(jié)構(gòu)博士學(xué)位，并曾擔任倫敦 Jane Wernick Associates 和比利時布魯塞爾 Ney + Partners 的項目工程師，她撰寫了 2 本書 和 40 多篇行業(yè)論文，她是 IASS Working Group 5 的聯(lián)合主席，是 International Journal of Space Structures 合作編輯。她目前的研究領(lǐng)域包括被動、主動和 自適應(yīng)結(jié)構(gòu)。Tim Michiels 是普林斯頓大學(xué)的構(gòu)形實驗室在讀的博士生，他的 研究方向是殼結(jié)構(gòu)在地震等自然災(zāi)害的影響下的行為。他還進一步研究采用可 持續(xù)的材料，如夯實土和磚，設(shè)計彈性殼結(jié)構(gòu)的方法。Tim 獲得了魯汶大學(xué) (比 利時) 土木工程的學(xué)士和碩士學(xué)位，還獲得雷蒙德勒麥爾國際保護中心的碩士 學(xué)位。來到普林斯頓之前，Tim 就職于 Getty Conservation Institute，研究如何 在地震時保護歷史土樓，曾參與在摩洛哥和秘魯?shù)墓沤ㄖＷo項目。
展開 
移動可變形組件法框架下基于SiPESC平臺的異形曲面殼體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化
很多高性能復(fù)雜裝備以及大型建筑物的外部結(jié)構(gòu)或關(guān)鍵構(gòu)件均為異形曲面上的薄殼結(jié)構(gòu)（如飛行器的筒殼機身、潛航器的尖/鈍錐艙頭、汽車車身、建筑結(jié)構(gòu)的雙曲拋物面殼頂?shù)龋?。采用傳統(tǒng)方法基于三維實體單元對上述結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化設(shè)計存在設(shè)計變量數(shù)目大，分析結(jié)果精度不足等問題。更重要的是由于三維實體單元難以精確表示殼體曲面幾何，會導(dǎo)致異形曲面上的拓撲優(yōu)化結(jié)果很難與CAD系統(tǒng)直接連接。因此，為解決復(fù)雜異形曲面上薄殼結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化這一具有廣泛工程應(yīng)用背景的重要問題，仍需發(fā)展更有效的方法。
最近，大連理工大學(xué)郭旭教授團隊基于前期所提出的顯式拓撲優(yōu)化新框架，在大連理工大學(xué)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的SiPESC大型有限元分析平臺上利用Python腳本語言，結(jié)合該平臺結(jié)構(gòu)有限元開放接口的集成化二次開發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)了基于可動變形組件（MMC）的異形曲面殼體顯式拓撲優(yōu)化。由于在MMC方法中異形曲面、組件基元均可用非均勻有理B樣條顯式描述，保證了優(yōu)化結(jié)果可直接導(dǎo)入CAD系統(tǒng)而無需任何后處理。該工作充分發(fā)揮了SiPESC平臺的強大分析能力與全級別開放性，實現(xiàn)了MMC算法與平臺功能的完美集成，構(gòu)建了具有完全自主版權(quán)的新型高效拓撲優(yōu)化計算模塊。該項技術(shù)具有很強的工程實用性，在航空航天、交通運載等領(lǐng)域重大裝備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中有良好應(yīng)用前景。
展開 角焊縫（殼體）疲勞在ANSYS nCode DesigenLife的創(chuàng)建與計算原則淺述
ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析最初用于汽車行業(yè)薄板結(jié)構(gòu)(1-3 mm) 的焊接分析模擬，采用薄殼搭建有限元模型，相關(guān)工業(yè)應(yīng)用也都針對于此類結(jié)構(gòu)進行。ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析采用結(jié)構(gòu)應(yīng)力法進行計算，具有好的網(wǎng)格不敏感性，目前該方法也適用于以實體建模的焊縫疲勞分析。
限于篇幅本文僅針對角焊縫（殼體）焊縫單元創(chuàng)建和計算的準則基于ANSYS nCode Theory手冊進行編寫，關(guān)于搭接焊縫、激光焊等請參考相關(guān)文獻資料。
兩名筆者水平極為有限，錯誤必然較多，另原稿成稿較早且截取原稿部分并非完整，某種程度未能緊跟相關(guān)技術(shù)發(fā)展，因此嚴禁直接應(yīng)用于企業(yè)項目的產(chǎn)品分析以免造成重大事故和傷害。另外本文建立的焊縫有限元模型不能作為評估焊縫極限強度的方法進行使用。
一、殼體焊縫有限元建模通用原則
不同類型的焊縫形式具有不同的分析方式，需要根據(jù)焊縫種類進行分組，每一個有限元輸入分組應(yīng)對應(yīng)疲勞引擎中對應(yīng)的有限元焊縫類型，并設(shè)置一個合理的參數(shù)數(shù)值。
對于以薄殼單元建立焊縫有限元建模具有一定的通用準則：
① 網(wǎng)格應(yīng)以4節(jié)點四邊形單元為主，表達金屬薄板的中面。
② 以單排或雙排殼單元進行焊縫建模表達。
③ 焊縫網(wǎng)格規(guī)整，尺寸以5mm為最好，規(guī)避三角形網(wǎng)格出現(xiàn)。
④ 疲勞分析焊縫單元需設(shè)置特殊焊接屬性。
⑤ 焊縫單元法向保證設(shè)置法向朝外。
⑥ 毗鄰焊縫的單元的非平均化節(jié)點應(yīng)力被提取作為焊趾和焊根疲勞計算評估使用，該應(yīng)力也可以是平均化的或在單元邊長的中點處進行計算，通過在“ANSYS Group Properties”中設(shè)置“WeldLocation = MidElementEdge”進行考慮。
展開 Ansys中級認證窗口課程：LS-DYNA中殼體與實體單元連接技術(shù)應(yīng)用
1.5 總結(jié)
對于殼體與實體的連接的數(shù)量較少且網(wǎng)格劃分規(guī)整時，使用合并節(jié)點法好約束法，其中合并節(jié)點法只能約束平動位移不能約束轉(zhuǎn)動位移。當連接數(shù)量較多或連接部位網(wǎng)格劃分不規(guī)整時，采用接觸的裝配則更簡便快捷。
ANSYS各類型單元連接專題講解（三）之梁與殼體鉸接
然殼單元與梁單元的節(jié)點自由度除了Rotz有所不同外，其余5個自由度皆具有相同的物理意義，因而當梁單元與殼單元具有公共節(jié)點時，可認為是除了Rotz外的一種剛性連接，例如最常見的建筑結(jié)構(gòu)梁板體系的模擬。故如果要實現(xiàn)梁單元與殼單元的鉸接，必須通過節(jié)點耦合方法，具體方法為在同一位置處建立兩種單元各自的節(jié)點，然后耦合平動自由度。
簡單小案例：
如下所示結(jié)構(gòu)模型，左端平板采用殼單元模擬，右邊部分采用同截面的梁單元模擬，材料選用混凝土C30，平板尺寸為1000x1000，厚度200，梁單元截面尺寸為1000x200,長度5000，平板與梁相交部分采用鉸接處理，兩端固結(jié)，平板上承受 1MPa的均布荷載。
打開后的單元形狀如下：
命令流如下：
finish
/clear
/prep7
et,1,shell181
et,2,beam188
keyopt,2,3,3 !形函數(shù)設(shè)置
mp,ex,1,3.0e4
mp,prxy,1,0.2
mp,dens,1,2500e-12
sectype,1,shell
secdata,200
sectype,2,beam,rect
secdata,1000,200
blc4,,,1000,1000
wpoffs,,500
wprota,,90
asbw,all
!=============
!在相交部位同位置處創(chuàng)建一個關(guān)鍵點，以用于后續(xù)耦合
k,10,5000,500
k,11,1000,500
l,11,10
!============
esize,50
lsel,s,,,2
latt,1,,2,,,,2
lmesh,all
allsel,all
amesh,all
!=================
!
展開 ANSYS各類型單元連接專題講解（二）之桿與梁殼體單元的連接
==============
allsel,all
save
/solu
allsel,all
acel,,9800
lsel,s,,,1,2
esll,s
sfbeam,all,1,pres,10
allsel,all
solve
有限元模型如下：
結(jié)果圖：
1、結(jié)構(gòu)變形圖
2、結(jié)構(gòu)彎矩圖
3、結(jié)構(gòu)剪力圖
4、結(jié)構(gòu)軸力圖
祝好
ANSYS結(jié)構(gòu)院
2018.04.27
實體結(jié)構(gòu)的ANSYS分析 附ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析下載
下載地址：ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析
Ansys結(jié)構(gòu)仿真學(xué)習(xí)指南：從入門到精通（附Ansys結(jié)構(gòu)分析暢銷視頻教程排行）
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ansys結(jié)構(gòu)分析指南（下）ansys結(jié)構(gòu)動力學(xué)
ansys結(jié)構(gòu)動力學(xué)
ANSYS結(jié)構(gòu)屈曲分析的理論背景 附ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析王新敏下載
對第二類失穩(wěn)問題來說，結(jié)構(gòu)的位移一般已經(jīng)超出小變形范圍，因此一般為幾何非線性和材料非線性同時存在的復(fù)合非線性問題。
ANSYS的特征值屈曲分析基于經(jīng)典穩(wěn)定性理論，用于計算不考慮缺陷的理想結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定臨界屈曲問題。首先進行靜力分析，得到外部載荷{F}作用下的應(yīng)力和應(yīng)力剛度[S]。在靜力有限元平衡方程中計入幾何剛度的影響，即：
將載荷{F}放大倍，幾何剛度[S]隨之放大，對于臨界屈曲情況，位移上施加一個任意的擾動ψ也是可能的平衡狀態(tài)，即有(說明：下面一段由于公式和圖片不便編輯，直接使用電子稿截圖)：
需要注意的是，工程上有實際意義的只是最低階的臨界屈曲荷載。盡管特征值屈曲得到的臨界荷載是偏于不安全的估計，但其失穩(wěn)模式能給設(shè)計人員提供啟發(fā)。由于實際結(jié)構(gòu)是有缺陷的，因此常采用特征值屈曲的失穩(wěn)模式按比例縮小作為結(jié)構(gòu)的初始幾何缺陷，疊加到結(jié)構(gòu)節(jié)點坐標上，考慮材料非線性和大變形，按增量法逐步增加結(jié)構(gòu)荷載，進行非線性靜力分析，直至結(jié)構(gòu)達到結(jié)構(gòu)的屈曲極限承載力。
下載地址：ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析王新敏
展開 ANSYS薄壁結(jié)構(gòu)模型處理技術(shù) 附王新敏ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析講義下載
在劃分網(wǎng)格時，也可以設(shè)置容差，忽略小的結(jié)構(gòu)細節(jié)特征，如小孔、小碎面邊線等，以使單元更均勻，避免因為拓撲結(jié)構(gòu)的原因局部過細。
針對薄壁構(gòu)件的特殊性，ANSYS的模型處理技術(shù)能夠快速地把CAD實體模型轉(zhuǎn)換成有限元殼模型。通過功能強大的模型處理技術(shù)，可以快速批量處理薄壁構(gòu)件。
模型簡化后進行網(wǎng)格劃分、施加載荷及約束，可以輸出到各種FEA求解器，包括ANSYS、CFX、LS-Dyna、ABAQUS和NASTRAN等。
下載地址：王新敏ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析講義
Ansys Workbench中拓撲優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特性之可視化 | 結(jié)構(gòu)優(yōu)化新功能
圖四 拓撲條件
為了可視化拓撲優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，我們需要設(shè)置Analysis Settings里的Output Controls的屬性：
Export Design Properties:當上游靜態(tài)結(jié)構(gòu)或模態(tài)分析系統(tǒng)時，此屬性可用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，可以在與上游分析相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析中創(chuàng)建變形、應(yīng)力、應(yīng)變等結(jié)果，能夠檢查優(yōu)化設(shè)計的機械行為，在這里我們選用All Accepted Iterations。
Export Design Properties File Format:當指定導(dǎo)出Export Design Properties時顯示此屬性。選項包括 HDF5 文件（默認）和 VTK 文件（需要外部Reader），在這里我們選用推薦的HDF5 File，如圖五所示。
圖五 輸出控制
運行求解結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，完成后，可在Topology Density中查看優(yōu)化后密度分布模型，如圖六所示。
圖六 拓撲密度
右擊Solution > Insert > Stress > Equivalent (Von-Mises)，快速輸出設(shè)計驗證值，查看拓撲優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特征。
圖七 提取結(jié)果
圖八 輸出設(shè)計驗證值
通過以上同一模型在新舊版本中的操作對比，2022R1版本在操作步驟上更簡潔，在計算時間上更經(jīng)濟，在結(jié)果查看上更直觀，小伙伴們不妨一試。
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