梁實驗ansys模擬過程的案例
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實驗模擬
基于ANSYS ls-dyna拉伸斷裂實驗模擬
作者：大龍貓 微信公眾號：CAE_ANSYS
拉伸斷裂實驗是測試材料的經(jīng)典實驗，可以測量材料的應力應變曲線，測量材料的抗拉強度，作為經(jīng)典的實驗如何獲取其模擬過程呢？仿真分析軟件AYSYS在默認的情況下，無論受力多大都不會被拉斷，其主要原因是算法的問題。
Ansys Zemax | 在OpticStudio中通過幾何光線追跡來模擬楊氏雙縫干涉實驗
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概述
這篇文章旨在介紹楊氏雙縫干涉實驗背后的理論知識，并在OpticStudio中用幾何光線追跡模擬該實驗，最后比較理論和模擬的結(jié)果。
簡介
楊氏雙縫干涉實驗是物理學中最著名的實驗之一。這個實驗通過展示光從點光源到干涉圖樣的變化，揭示了光的波動特性。楊氏實驗的結(jié)果可以定性地解釋為條紋圖，也可以定量地解釋為相干因子（作為為光源寬度的函數(shù)）。兩種理論都會在本文中詳細分析。
本文將討論雙縫實驗背后的理論，并在OpticStudio的非序列模式下對該實驗進行精確建模。
楊氏雙縫干涉實驗
楊氏雙縫干涉衍射實驗是描述空間相干性在干涉條紋形成中所起到的作用的經(jīng)典裝置。總體布局如下圖所示：
在觀察面上形成的條紋圖案取決于照亮縫隙面的光的空間相干性、雙縫之間分隔的距離以及從縫隙面到觀察面上的傳播距離。雖然將嚴謹?shù)慕y(tǒng)計數(shù)學應用到這個問題上看似艱巨，但一旦認識到觀察到的干涉圖樣只是來自不同點光源的基礎條紋的總和 [Ref. 1, Section 5.2.1] ，擴展光源形成的條紋圖樣實際上是相當明確的。這里我們考慮光源非相干的情況，即光源上的任意兩點以一種不相干的方式隨機輻射，比如熱白熾燈就是非相干光源。
在OpticStudio的非序列模式中，使用幾何光線追跡和表面散射及散射光線的 “重點采樣(Importance Sampling) ”，就可以很好地模擬這種裝置。在觀測面上的基礎條紋圖案是由擴展光源上的每個點形成的，而在OpticStudio中，這種條紋圖案是通過使用矩形探測器對光線進行相干探測來發(fā)現(xiàn)的。對基礎條紋圖案的集合（從整個光源的采樣點得到）按強度進行求和，得到合成的條紋圖。
展開 鋼筋混凝土梁三點彎曲模擬ANSYS/ls-dyna ￥5
對于鋼筋混凝土梁三點彎曲模型而言，整體模型較為簡便，可直接通過ls-prepost生成混凝土梁及鋼筋（分離式或共節(jié)點）。
主要技術(shù)參數(shù)是通過BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID來控制鋼板的強制位移來使混凝土梁充分受力，同時也需要對支撐板與梁之間的接觸進行合理設置。
其他主要關(guān)鍵字如下：
*CONTROL_TERMINATION
*DATABASE_BINARY_D3PLOT
*DATABASE_FORMAT
*DATABASE_EXTENT_BINARY
*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID
*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE
*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE
鋼筋受力云圖如下所示：
展開 2025大賽優(yōu)秀作品 | 基于Ansys的XDFOI晶圓級封裝工藝的翹曲模擬與實驗驗證
“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。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：基于Ansys的XDFOI晶圓級封裝工藝的翹曲模擬與實驗驗證
Warpage Simulation and Experimental Validation of The X-Dimension Fan-Out Integration-Bridge Wafer Level Packaging Process
作者： 程健 | JCET專家工程師
關(guān)鍵詞：advanced package, bridge die chip, wafer level packaging, warpage simulation, element birth and death method, viscoelastic material model
作者說
Simulating chip packaging mechanics with Ansys has deepened my understanding of Thermo-Mechanical coupling effects.
展開 
基于Ansys的鋼箱梁焊接有限元模擬
鋼箱梁是我國當今橋梁建設中的主要梁結(jié)構(gòu)，在建與已建橋梁中有很大部分橋梁的上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁。而鋼箱梁一般是由工廠預制加工的，加工過程中必然會有鋼板間的接縫需要進行焊接，使兩塊獨立的鋼板焊接成一個整體。在鋼箱梁的鋼板焊縫焊接過程中，移動的焊頭會在瞬間產(chǎn)生高度集中的熱量輸入，熱量的快速集中輸入會導致鋼板溫度的驟升與驟降。鋼屬于一種溫度敏感型的材料，受熱升溫時其體積會膨脹，降溫時體積會收縮，體積的變化會導致結(jié)構(gòu)內(nèi)部應力分布的變化，鋼箱梁結(jié)構(gòu)的安全性也可能受到影響。所以若想了解鋼箱梁焊接時的應力分布變化，保證鋼箱梁結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，有必要對焊接溫度場的定量分析、預測、模擬。傳統(tǒng)的焊接溫度場和應力預測依賴于試驗和統(tǒng)計基礎上的經(jīng)驗曲線或經(jīng)驗公式，但是在航天、機械、土木等行業(yè)，焊接試驗的成本巨大，當試驗的工況較多或者試驗失敗時，會導致經(jīng)濟上的巨大損失。故本章運用大型商業(yè)有限元軟件ANSYS經(jīng)典界面進行數(shù)值模擬，在研究過程中利用了ANSYS內(nèi)置的腳本語言APDL進行建模，分析鋼板焊接過程的溫度場。
1 鋼板幾何模型建立
為了簡化鋼箱梁的形狀，節(jié)約數(shù)值模擬與實驗的成本，本章將鋼箱梁結(jié)構(gòu)簡化為一個長為0.2m、寬為0.15m、厚度為0.03m的塊狀幾何模型，ANSYS中的幾何模型效果如下圖所示。
在上圖的模型中，筆者標明了坐標系系統(tǒng)，在本章此后的位置信息的描述中，均采用此坐標系系統(tǒng)。
2 移動焊接熱源的施加
在鋼板焊接過程中，焊點熱源作用在鋼板上有一定面積，在該面積上的熱量分布不是均勻的，中心點附近的熱量較高，周圍的熱量較低。對于該種焊接熱源的不均勻分布，現(xiàn)今很多學者將該熱源的分布形式簡化為高斯積分函數(shù)，本章參考前人的研究，采用高斯熱源分布函數(shù)。
展開 ANSYS的生死單元模擬焊接過程
ANSYS的生死單元模擬焊接過程
1 概述
焊接模擬計算在CAE仿真是比較大的一塊內(nèi)容，也是比較復雜的一個過程，幾個比較關(guān)鍵的問題是熱源函數(shù)的描述、單元的融覆、熱源的移動等等，通過單純的GUI操作，無論使ANSYS還是Abaqus都不大可能完成這個過程，通常需要借助軟件的內(nèi)置語言。
本次主要介紹單元生死的應用，單元生死主要用于單元缺失的場合，比如凝固溶解過程，斷裂過程，焊接過程等等，這些過程都是非線性或者時間歷程過程，計算需要很多子步和迭代，為了在此過程中避免一遍一遍修改單元，便引入生死單元的概念，通俗的講就是通過一些方法讓單元失效，具體的改變是單元的彈性模量的改變，當單元死時，修改其彈性模量為非常小的值，讓其在求解過程中不起作用。
詳細地說，激活單元死這個狀態(tài)時，ANSYS程序?qū)卧獎偠染仃嚦艘院苄〉囊蜃樱绦蚰J值為1E-6，死單元的單元載荷為0，從而不對載荷向量生效，同樣的，死單元的質(zhì)量、阻尼、比熱等等參數(shù)也設置為0，單元的應力應變也因此為0。
2 前處理
前處理包括單元定義、材料定義和建模，單元定義是需要注意單元屬性，此次定義13號二維耦合單元，具有溫度和位移自由度。
材料屬性包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和熱參數(shù)，具體包含彈性模量，泊松比，屈服強度，塑性屬性，材料密度，熱膨脹系數(shù)，熱傳導系數(shù)，比熱容。焊接時溫度較高，定義材料通常需要定義多個溫度下的值。
展開 穩(wěn)壓罐排水過程數(shù)值模擬（ANSYS CFX） ￥10
說明：軟件版本為ANSYS CFX 2019R3；
本文展示了穩(wěn)壓罐內(nèi)排水的瞬態(tài)過程，分別給定出口流速為3m/s和0.3m/s，對罐體內(nèi)的排水過程進行數(shù)值模擬。本文計算模型如下圖所示，各關(guān)鍵坐標見圖中所示，網(wǎng)格由ICEM劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，轉(zhuǎn)換為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格后沿Z向拉伸，生成三維網(wǎng)格。邊界條件：出口——流速（3m/s和0.3m/s），初始流場給定罐體內(nèi)水與空氣各一半（500 mm），水中壓力按照靜水壓力給定。
出口給定3m/s時計算結(jié)果如下：
出口給定0.3m/s時計算結(jié)果如下：
通過液面變化能發(fā)現(xiàn)一個不同點是，隨著水面降低，0.3m/s的出口流速在穩(wěn)壓罐右側(cè)并未出現(xiàn)明顯凹陷（靠近右側(cè)的），而3m/s的出口流速在穩(wěn)壓罐右側(cè)液面高度明顯低于左側(cè)。
如何解釋這一現(xiàn)象，筆者找到這樣一個參數(shù)，就是弗勞德數(shù)（符號為Fr，是水的慣性力與重力之比，是用來確定水流動態(tài)如急流、緩流的一個量綱為一的數(shù)）。當Fr=1時，即水的慣性力等于重力，水流為臨界流；當Fr>1時，水流為急流，代表流速大、水流湍急的流動狀態(tài)。
通過對計算結(jié)果的穩(wěn)壓罐水面高度高于100mm時，0.3m/s的出口流速下弗勞德數(shù)是小于1的，而3m/s的出口流速下弗勞德數(shù)是大于1的，因此按照這樣的判斷方式可以能夠一定程度上解釋兩種液面變化的不同之處。
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展開 ANSYS生死單元之焊接過程模擬
在ansys計算過程中，如果需要向模型中加入（或刪除）實體，模型中對應實體部位的單元就“存在”（或消亡）。單元生死選項就用于在這種情況下殺死或重新激活選擇的單元。
例如，在焊接分析過程中，隨著高溫焊料的加入，坡口處的單元需要不斷地被激活；在材料斷料分析中，隨著裂紋的延伸，斷裂處的單元需要不斷的被殺死；在隧道挖掘和橋梁建立分析中，材料也需要不斷的被殺死或激活。因此，單元的生死應用技術(shù)廣泛的存在于ansys仿真分析中，是一項應用非常廣泛的技術(shù)。
單元的生死并不是ansys程序?qū)⑺绬卧獙膶嶓w從模型中刪除，或者激活重新生成材料，而是通過將其剛度矩陣，或者傳導矩陣（對應于不同的分析），乘以很小的因子（ESTIF），默認值為1E-6。死單元的單元載荷將為0，從而不對載荷向量生效，等效于將單元殺死；
同樣，當一個單元被重新激活時，其剛度，單元載荷等恢復其原始的數(shù)值，重新激活的單元也沒有應變記錄，在熱分析里面沒有熱量存儲。需要注意的是，生死單元對大部分單元可以應用，然而對某些單元卻是不可用的。
在一些情況下，單元生死狀態(tài)可以根據(jù)ansys的計算結(jié)果決定。如在斷裂分析中，我們需要將應力值大于材料屈服強度的單元殺死，可以利用Etable選擇相應的單元進行殺死，繼而返回到求解器進行求解，如果如此循環(huán)，則可觀察到裂紋的生長過程。
可以在大多數(shù)靜態(tài)和非線性瞬態(tài)分析中使用單元生死，其基本分析與相應的分析過程是一致的，主要包括三個步驟：建模，施加載荷并求解，查看結(jié)果。
現(xiàn)通過ansys焊接過程，講解生死單元的應用。
兩個平板進行對接，采用V型坡口。在焊接的過程中，焊料不斷加入坡口，進行焊接。平板溫度采用20℃，焊料溫度采用1500℃。
展開 基于ANSYS軟件模擬樁的擠入過程
基于ANSYS軟件模擬樁的擠入過程
唐世棟，李 陽
（同濟大學 地下建筑與工程系，上海 200092）
摘 要：基于ANSYS 軟件分析了樁土之間的相互作用，模擬了樁打入時土中的應力、應變情況。通過結(jié)合ANSYS 中的接
觸分析和生死單元，以DP 材料來模擬土體，采用循環(huán)命令的方式來分析樁土接觸時復雜的應力狀態(tài)。模擬結(jié)果得到了圓孔
擴張理論和極限平衡法的驗證。
關(guān) 鍵 詞：ANSYS；樁；樁土作用；Drucker-Prager 屈服準則
基于ANSYS軟件模擬樁的擠入過程.pdf
展開 ANSYS Workbench ls-dyna中模擬蹦床上球體的彈跳過程 ￥19.89
自從ANSYS Workbench從18版本集成了ls-dyna之后，可以讓ansys愛好者更加靈活的模擬一些大變形和顯示動力學相關(guān)的實例，同時對于專業(yè)的ls-dyna從業(yè)者也可以進行模型的前處理和部分邊界條件的設置，極大的方便了操作過程，從經(jīng)典的ANSYS前處理中擺脫出來（公眾號：CAE_ANSYS）。
本實例主要講解了一個小球在一定高度自由落體掉落到蹦床上，在速度的作用下查看碰撞和彈跳后的運動過程和應力應變情況。通過本實例可以了解workbench ls-dyna的基本操作過程，主要包含以下內(nèi)容：
繪制小球和蹦床的平面模型的DM操作過程，建立圓環(huán)和圓面，如圖所示
2.在workbench ls-dyna中劃分網(wǎng)格，設置材料、剛體、彈簧、載荷速度、時間等設置方法，主要為設置掉落的高度，自動計算碰撞時的速度，設置蹦床的邊界固定，如圖所示。
需要重點關(guān)注的是蹦床材料模型，應該為彈簧床或者橡膠帆布一類的材料，設置相應的彈性模型或彈性材料性能，本實例采用純彈性材料。
3.后處理過程，提取結(jié)果，查看求解結(jié)果，獲取的變形量和變形后的應力如圖所示
本實例適用于不熟悉ls-dyna的初學者使用，可以適用于碰撞類型的的仿真模型，獲取所需要的結(jié)果，在此可以學到在workbench中如何完成一個簡單的操作實例，如何進行后處理的整個過程（公眾號：CAE_ANSYS）。
以下為操作源文件和部分圖片
展開 ANSYS與ABAQUS比較之實例6---單向壓縮過程模擬1
本篇博文是ANSYS與ABAQUS比較系列的第6個算例。對于該算例，本篇博文用ABAQUS模擬。
【問題描述】
模擬單向壓縮試驗，材料在壓縮過程中，發(fā)生了塑性變形。現(xiàn)在已知其變形過程中真實應力與塑性應變曲線，要用軟件復現(xiàn)此過程。
已知：圓柱試樣直徑為30mm，高50mm。壓頭將其壓縮20mm。
材料的彈性模量為210e3MPa,泊松比為0.3，
材料的真實應力-塑性應變列表如下
【問題分析】
分析類型：因為是緩慢加載的，使用靜力學分析。由于是接觸問題，為了保證收斂，使用兩個分析步，第一個分析步稍微有接觸，第二個分析步則壓縮20mm
幾何模型：由于是軸對稱，使用軸對稱類型。對式樣使用變形體，對壓頭使用解析剛體；創(chuàng)建時使得壓頭和式樣距離5mm。
材料模型：彈塑性材料，按照給定的數(shù)據(jù)分別輸入彈性數(shù)據(jù)和塑性數(shù)據(jù)表格。
交互作用：壓頭和試件之間使用無摩擦接觸。
邊界條件：試件底邊沒有豎直位移；壓頭分兩次下移，第一次是-5.001mm,第二次達到-25mm
【求解步驟】
1. 創(chuàng)建部件
創(chuàng)建兩個部件
均為軸對稱，前一個是變形體
后一個是壓頭，剛體，并在其中點創(chuàng)建參考點。
2. 創(chuàng)建材料和截面屬性
創(chuàng)建材料，其彈性屬性
塑性屬性
創(chuàng)建均值實體截面，并與上述材料屬性關(guān)聯(lián)
將上述截面屬性賦予給式樣。
3. 創(chuàng)建裝配
將上述二部件裝配在一起
4. 設置分析步
除了系統(tǒng)默認的分析步外，設置兩個分析步
兩個分析步都打開大變形開關(guān)，其中第二個分析步設置時間增量如下
即大致希望對于該分析步設置20個載荷子步。
5. 定義接觸
首先定義無摩擦的接觸
然后選取直線的下方，試件的上面直線作為接觸面，并引用上述接觸屬性創(chuàng)建無摩擦的接觸
6.
展開 
ANSYS與ABAQUS比較之實例6---單向壓縮過程模擬2
本篇博文是ANSYS與ABAQUS比較系列的第6個算例。對于該算例，本篇博文用ANSYS模擬。
【問題描述】
模擬單向壓縮試驗，材料在壓縮過程中，發(fā)生了塑性變形。現(xiàn)在已知其變形過程中真實應力與塑性應變曲線，要用軟件復現(xiàn)此過程。
已知：圓柱試樣直徑為30mm，高50mm。壓頭將其壓縮20mm。
材料的彈性模量為210e3MPa,泊松比為0.3，
材料的真實應力-塑性應變列表如下
【問題分析】
分析類型：因為是緩慢加載的，使用靜力學分析。由于是接觸問題，為了保證收斂，使用兩個分析步，第一個分析步稍微有接觸，第二個分析步則壓縮20mm
幾何模型：由于是軸對稱，使用軸對稱類型。對式樣使用變形體，對壓頭使用解析剛體；創(chuàng)建時使得壓頭和式樣距離5mm。
材料模型：彈塑性材料，按照給定的數(shù)據(jù)分別輸入彈性數(shù)據(jù)和塑性數(shù)據(jù)表格。
交互作用：壓頭和試件之間使用無摩擦接觸。
邊界條件：試件底邊沒有豎直位移；壓頭分兩次下移，第一次是-5.001mm,第二次達到-25mm
【求解步驟】
1. 單元類型
單元選擇182單元，并設置為軸對稱約束。
2.材料模型
設置材料的彈性屬性，如下圖所示：
再設置材料的塑性模型，如下圖所示：
3.創(chuàng)建幾何模型
創(chuàng)建一個矩形面和一條線，顯示的線體模型如下圖所示：
4.劃分網(wǎng)格
劃分矩形面單元，單元尺寸設置為1.5mm，使用自由網(wǎng)格劃分方式，如下圖所示：
5.創(chuàng)建接觸
壓頭為剛性體，使用剛?cè)峤佑|，其中剛性體選擇上面的線，剛性體的控制點可以選擇在幾何體的質(zhì)量中心；柔性體選擇矩形的兩側(cè)面的線和上面的線，其余保持默認，創(chuàng)建完成之后，注意接觸面的法線方向。
展開 基于ANSYS某地鐵盾構(gòu)隧道掘進過程數(shù)值模擬分析
試采用ANSYS模擬此過程。
【建模要點】：
1、建模過程充分使用對稱性建模的方便，使用到的對稱性命令為 arsym
2、網(wǎng)格劃分輔助mesh200的使用，建模思路為通過建立面，采用mesh200劃分面，拉伸面成體，從而形成實體單元。
3、注意在第2步采用面拉伸成體單元后，體單元材料屬性的重新賦值。
4、自重應力場的求解。
5、利用重啟動以及生死單元來模擬盾構(gòu)掘進的過程。
【建模過程】：
1、首先建立隧道附近的四分之一模型，注意網(wǎng)格的局部細分。
2、利用對稱性，建立二分之一隧道模型，并建立隧道上方和下方土體模型。
3、利用對稱性，建立整個隧道平面模型
4、利用面拉伸成體的思路，通過輔助單元建立實體單元，這里實體單元采用soild186進行模擬。
注意拉伸時的一個額外命令的使用：
extopt,aclear,1
該命令意思也即是在拉伸完成后刪除母體單元mesh200
5、由于在拉伸時候都是默認的材料號為1，拉伸完成后需根據(jù)不同的位置，選擇不同的土體進行材料參數(shù)的改變。
6、約束條件的設置，本次約束取土地地面為全約束，各側(cè)邊約束為平行法向方向固定約束。頂面除四周邊界線有約束外，其余地方皆無約束。整個示意圖如下：
7、自重應力場的求解。
8、利用重啟動和單元生死功能，模擬盾構(gòu)掘進過程。
【結(jié)果查看】
1、自重應力場求解后的相關(guān)結(jié)果
Y方向應力云圖：
位移云圖：
2、地層位移分析
地層位移本例是指相對于自重固結(jié)下的位移，因而在分析地層位移時需要采用荷載工況的手段減去第一步在自重計算下的結(jié)構(gòu)位移。
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