Abaqus結構力學的案例
abaqus形狀記憶聚合物結構的熱-力學有限元模擬
為了研究形狀記憶聚合物相關結構的形狀記憶過程，以往常常需要使用Fortran語言去編寫復雜繁瑣UMAT(用戶材料子程序)，現在本人采用了一種適合對SMP復雜結構進行有限元模擬的方法，該方法不需要寫umat子程序，分別利用有限元仿真軟件ABAQUS中內置的廣義Maxwell模型和Neo-Hookean模型來描述材料的粘彈性行為和超彈性行為。然后針對SMP的板結構，通過ABAQUS軟件對它們的形狀記憶過程進行了有限元模擬分析，得到了應力-應變-溫度三者間的關系。模擬結果表明：本文介紹的這種新方法能夠準確地模擬SMP的形狀記憶過程。
一、SMP熱粘彈性本構模型
根據Tobushi等人的研究，得到了用應力率表示應變率的微分形式的SMP力學一維本構方程：
二、SMP板結構的有限元模擬
1、有限元模型建立
在ABAQUS中建立SMP平面板模型如圖1所示，尺寸為100mm×40mm，選擇Shell進行建模，指定厚度為5mm。網格劃分一共有160個單元，從計算效率考慮，每一個單元尺寸設置為2mm，采用S4R殼單元，即為四節點減縮積分殼單元，計算方式采用Full-Newton求解法。
圖1 有限元模型
在相互作用模塊，需要將板的兩個短邊分別耦合到兩個控制點，控制點與邊之間設置MPC-beam耦合，圖1中的RP-1和RP-2分別為兩邊的控制點。材料屬性設置用到了SMP本構模型。
2、分析過程設置
分為四個步驟：高溫變形、應力凍結、低溫卸載和升溫恢復。具體步驟如下所述：
(1) 初始階段：將RP-1上的U2、U3、UR1和UR3自由度約束住，將RP-2上的U1、U2、U3、UR1和UR3自由度約束住，設置預定義溫度場。
展開 理解結構力學：總結幾何不變體系組成規律 附結構力學教程龍馭球下載
（平行的三根鏈桿也看作會在無窮遠處相交）
下載地址：結構力學教程龍馭球
力學趣談：斷裂力學是破解結構低應力破壞的金鑰匙（轉載自正脈CAE技術平臺）
圖7 裂紋隨時間擴展與損傷安全概念
工程師的現代化結構設計思想是，容許結構中出現裂紋，這就是所謂損傷安全設計。此設計概念與以往的設計思想大大發展了。這就是斷裂力學的巨大貢獻。
斷裂力學創立是具有兩個世紀以上歷史的固體力學發展史上具有里程碑意義的一個大建樹，它修改了傳統工程設計思想，避免了低應力破壞事件的頻繁發生。另外，損傷安全設計理念大大提高了材料利用效率，減輕結構重量。這對空天結構設計是至關重要的。
筑牢力學專業根基，開啟結構仿真進階路：一文了解張量分析與連續介質力學
</p><h3><strong>三、張量分析在連續介質力學中的應用</strong></h3><p><strong>張量分析為連續介質力學提供了不可或缺的數學工具，極大地便利了物理量的描述（應力、應變張量場分析）、坐標變換以及力學方程的推導（質量、動量、能量守恒方程推導）</strong>。不止如此，連續介質力學也為張量分析賦予了豐富的實際意義和應用價值。</p><p>比如在研究非牛頓流體、微極連續介質等復雜介質時，需要引入新的張量概念和運算規則。同時張量分析的新成果也為連續介質力學提供了更強大的理論支持，使得連續介質力學能夠處理更加復雜的物理現象，如在生物力學領域，利用張量分析可以更好地研究軟組織（肌肉、血管等）的力學行為。</p><p>除了理論層面的相互滲透，二者在工程應用中也協同進步，實現了不斷發展。</p><p>在土木工程的結構力學分析中，對建筑結構在地震等復雜載荷下的應力應變分析，以及機械工程的材料加工變形分析，都離不開兩者的緊密結合。它們的協同運用能夠顯著提高分析的準確性和可靠性，為工程設計和優化提供堅實依據。并且，隨著工程實踐的不斷推進，它們在相互促進中持續改進，為解決各類工程難題提供了更為有效的方法和技術。</p><p><strong>那么，如何才能學習了解張量分析與連續介質力學呢？</strong>小鄰在此為大家推薦<strong>《張量分析與連續介質力學》</strong>這門精品課程！課程旨在幫助用戶系統地學習張量分析與連續介質力學的基本理論和高級概念，進而深入鉆研理論物理、材料科學等前沿領域，為未來的學術探索和職業發展筑牢根基 。
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Ansys Workbench中拓撲優化后結構力學特性之可視化 | 結構優化新功能
圖四 拓撲條件
為了可視化拓撲優化后結構力學特性，我們需要設置Analysis Settings里的Output Controls的屬性：
Export Design Properties:當上游靜態結構或模態分析系統時，此屬性可用于結構優化分析，可以在與上游分析相對應的結構優化分析中創建變形、應力、應變等結果，能夠檢查優化設計的機械行為，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
運行求解結構優化模型，完成后，可在Topology Density中查看優化后密度分布模型，如圖六所示。
圖六 拓撲密度
右擊Solution > Insert > Stress > Equivalent (Von-Mises)，快速輸出設計驗證值，查看拓撲優化后結構力學特征。
圖七 提取結果
圖八 輸出設計驗證值
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，在計算時間上更經濟，在結果查看上更直觀，小伙伴們不妨一試。
展開 結構優化新功能 | 拓撲優化后結構力學特性之可視化
圖四 拓撲條件
為了可視化拓撲優化后結構力學特性，我們需要設置Analysis Settings里的Output Controls的屬性：
? Export Design Properties:當上游靜態結構或模態分析系統時，此屬性可用于結構優化分析，可以在與上游分析相對應的結構優化分析中創建變形、應力、應變等結果，能夠檢查優化設計的機械行為，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
運行求解結構優化模型，完成后，可在Topology Density中查看優化后密度分布模型，如圖六所示。
圖六 拓撲密度
右擊Solution > Insert > Stress > Equivalent (Von-Mises)，快速輸出設計驗證值，查看拓撲優化后結構力學特征。
圖七 提取結果
圖八 輸出設計驗證值
通過以上同一模型在新舊版本中的操作對比，新版本在操作步驟上更簡潔，在計算時間上更經濟，在結果查看上更直觀，小伙伴們不妨一試。
文章來源于上海安世亞太 ，作者陳志梅
展開 哥廷根大學張凱教授課題組《Small》：兼具可調結構色和力學性能的三維中空結構材料
然而，這些技術通常僅限于制備1D/2D結構（纖維或薄膜）。雖然已經證明了3D/4D打印可以獲得兼具復雜結構和有序CNC的潛力，但這種具有復雜結構的三維結構通常具有非連續表面，尤其是在垂直方向上。此外，這些技術中的許多參數會影響CNC在三維成型結構中的排列，例如ink的固有流變性/粘度、剪切速率、噴嘴幾何形狀和凝固劑的選擇。另一個關鍵問題是結構體的力學性能，在含有CNC的三維復合材料中，有序排列的CNC如何發揮作用？是否還有其他影響因素？
圖1 含有CNC的類雙曲面3D結構的制備過程。
近日，德國哥廷根大學張凱教授課題組通過“拉伸-松弛-干燥”動態共價水凝膠的方式制備了具有類似雙曲面的中空三維復雜結構（圖1）。這種方法的特點是CNC在里面是有取向的，且曲面具有連續性：基于機械拉伸和空氣干燥過程，動態水凝膠中的CNC可以單軸排列；除了力學增強之外，還提供額外的光學雙折射現象（圖2）；所獲得的類雙曲面結構參數可由原始水凝膠的形態和機械拉伸的條件控制；類雙曲面結構的表面可以通過空氣干燥過程進一步優化，從而獲得光滑、連續和彎曲的表面。更為重要的是，研究發現這種3D形狀結構的機械性能不僅依賴于CNC的有序排列，而且與結構固有的幾何形狀有很大關系（圖3）。這些結果將為設計和制造具有固定形態、力學性能和功能的先進材料提供新的視角。
圖2 類雙曲面3D結構的光學性質。
展開 既然有傻瓜式的結構設計軟件了，為什么還要在大學里學習力學、混凝土結構這些專業課？
這個判斷，是需要力學知識的。
同時要做出另一個判斷，大件車在橋中線附近通過，如計算時認為梁體完全整體受力，有可能導致結果偏于不安全。因此要先分析板的受力有效寬度，再進行驗算。
目前的傻瓜軟件，可不會幫你做這個判斷。
在這里，我先用Ansys建立了該橋的空間分析模型，考察在車輛居中運行的時候，橋梁的空間變形情況。
然后根據變形情況，得到荷載的有效分布寬度，并得到每個箱室的荷載分配。
同時，利用橋梁博士分析平面分析中，每個箱室的橫向分配系數。
在這兩個基礎上，選取安全的橫向分配系數。
最后用Midas軟件，進行驗算。
這中間的每個步驟都是需要有力學知識作為判斷依據的。
2、如果傻瓜軟件（或者說智能設計軟件，傻瓜和智能都是一回事）很牛叉叉，大部分問題都能搞定，還要不要學力學和混凝土結構。
答案是：當然要。
在傻瓜軟件都能搞定大部分問題的前提下，我們設想一下這樣一個場景：
業主要修一棟房子或者一座橋。他打開一個傻瓜軟件，設定幾個參數，噼噼啪啪兩下搞定，圖紙什么亂七八糟的東西都開始在打印機里出來了。
這時候還要設計院干啥，還要設計師干啥。
該干啥干啥，該關門的關門，該回家帶孩子的帶孩子。
哪些設計師不回家帶孩子呢？
業主突發奇想，這里我要搞個這個新奇玩意，輸入電腦，我靠，居然搞不定。
快，去找個設計師來給我看看
這個被找的設計師，就可以繼續工作了。
3、規范都有錯，何況傻瓜軟件。一個好的結構師絕對不能拘泥于規范。我們有個很錯誤的觀點，規范就是法律，是不可逾越的。有時候我甚至開玩笑說，規范就是用來違背的。
實際上，規范只是標準，是一直在更新的，哪條法律每隔兩三年就更新一次。
展開 結構力學分析與研究
基于ANSYS workbench電梯結構力學分析與研究.pdf
機械結構設計中的力學原則
13、
熱變形自由準則
使結構因為受熱的變形自由。
具體措施：
留有熱變形的間隔；
加膨脹節或將管道做成彎的。
結構力學淺說!!
在結構力學對于各種工程結構的理論和實驗研究中，針對研究對象還形成了一些研究領域，這方面主要有桿系結構理論、薄壁結構理論和整體結構理論三大類。整體結構是用整體原材料，經機械銑切或經化學腐蝕加工而成的結構，它對某些邊界條件問題特別適用，常用作變厚度結構。隨著科學技術的不斷進展，又涌現出許多新型結構，比如20世紀中期出現的夾層結構和復合材料結構。
結構力學的研究方法主要有工程結構的使用分析、實驗研究、理論分析和計算三種。在結構設計和研究中，這三方面往往是交替進行并且是相輔相成的進行的。
使用分析：就是在結構的使用過程中，對結構中出現的情況進行分析比較和總結，這是易行而又可靠的一種研究手段。使用分析對結構的評價和改進起著重要作用，新設計的結構也需要通過使用來檢驗性能。
實驗研究：能為鑒定結構提供重要依據，這也是檢驗和發展結構力學理論和計算方法的主要手段。實驗研究分為模型實驗、真實結構部件實驗、真實結構實驗三類，例如，飛機地面破壞實驗、飛行實驗和汽車的碰撞實驗等。
理論分析和計算：結構的力學實驗通常要耗費較多的人力、物力和財力，因此只能有限度地進行，特別是在結構設計的初期階段，一般多依靠對結構部件進行理論分析和計算。
在固體力學領域中，材料力學為結構力學的發展提供了必要的基本知識，彈性力學和塑性力學又是結構力學的理論基礎，另外結構力學還與其它物理學科結合形成許多邊緣學科，比如流體彈性力學等。
結構力學是一門古老的學科，又是一門迅速發展的學科。新型工程材料和新型工程結構的大量出現，向結構力學提供了新的研究內容并提出新的要求。計算機的發展，為結構力學提供了有力的計算工具。
展開 
ANSYS多孔結構穿孔板力學模擬
多孔結構板在減輕結構重量、滿足吸聲功能等環境下應用廣泛，本案例采用ANSYS Workbench對曲線邊界孔洞的隨機多孔板進行軸心受拉力學分析。
隨機微穿孔板可采用CAD Voronoi插件構建，三維模型構建如下。
CAD Voronoi插件采用參數化建模方式，根據設定參數隨機生成模型草圖，如對草圖生成不滿意可重新生成一份，或在原圖基礎上進行手動微調。
隨機多孔板的建模參數如下，CAD內通過實體-拉伸生成板的厚度為10 mm，建模完成后將多孔板導出為.sat格式備用。
關于CAD Voronoi插件使用功能的詳細介紹可查看：
CAD Voronoi V2
https://mp.weixin.qq.com/s/QIt4yoXjb52k7CFuQbCvKA
打開ANSYS Workbench，將多孔板模型導入，模型采用默認材料，然后對模型進行網格劃分，單元近似尺寸為0.5 mm。
對模型指定邊界條件及外荷載，將左側邊界設定為固定支撐，右側邊界設置大小為1 N的力。
提交求解并查看結果。
ANSYS多孔結構板等效應力分析結果可看出，CAD Voronoi插件建立的曲邊多孔結構板，可有效避免孔洞處的應力集中現象，在滿足結構功能的前提下對于提高結構承載力及使用壽命，防止疲勞破壞等方面有借鑒意義。
展開 結構力學教程（I）-龍馭球
21世紀教材
part1
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結構力學教程（I）-龍馭球[1].part08.rar
展開 高階技巧——機械結構設計中的力學原則
8、 空心截面準則
彎曲和扭轉應力在橫截面越遠離中心越大，橫截面中心很小，同等材料截面積情況下，空心的結構有更好的強度和剛度。
空心也可以通過其他形式實現，不一定就得是圓管形；空心結構的壁厚不能太薄，否則發生局部皺折而喪失承載能力。
9、 受扭截面凸形封閉準則
受扭轉作用的薄壁構件的截面避免開口形狀，抵抗剪切變形的能力低，扭轉剛度就低
10 、最佳著力點準則
力矢量經過橫截面扭轉中心，不會產生附加扭矩；多個力的作用節點盡量使力矢量交匯于一處，避免附加彎矩，降低應力水平。
11、 受沖擊載荷結構柔性設計
在有沖擊載荷的情況下，加大其柔性，避免沖擊，但快速響應特性會下降。
柔性準則的措施：
1.增加等截面桿的長度；
2.避免截面突變；
3.安裝緩沖器；
4.選用彈性模量小的材料。
12、避免長壓桿失穩準則
對金屬構件，壓應力是拉應力的多倍，但壓狀態下，失穩破壞會破壞強度，設計上應避免。
注意檢查是否有細長桿受壓結構。
改進措施有：
1.加大截面慣性矩；
2.減小壓桿長度；
3.加強支撐約束性；
4.截面形狀與約束方式的最優組合；
5.合理選材
處于彈塑階段的中小柔度桿，用高強度鋼；
對大柔度桿，高強度鋼不能提高其穩定性，須用普通鋼
13、 熱變形自由準則
使結構因為受熱的變形自由。
具體措施：
1.留有熱變形的間隔
2.加膨脹節
3.或將管道做成彎的。
END
文章來源機械設計資源分享
展開 基于宏觀斷裂力學的CFRP薄壁結構耐撞性能研究及應用
2016年，TAN Wei等［9］首次采用斷裂方法對CFRP層合板進行測量，確定了層合板的斷裂韌性，提出了新型本構模型，該模型能準確地描述非線性力學響應和斷裂過程，最后通過試驗進行了驗證。2019年，TUO Hongliang等［10］提出了層間損傷和層內損傷相結合的三維損傷模型，對比了試驗結果與數值模擬結果，驗證了該模型的可行性。同年，ZHOU Junjie等［11］利用宏觀力學分析模型對復合材料層合板的低速沖擊進行模擬，通過試驗證明宏觀力學模型的準確性。
宏觀力學分析方法能夠很好地模擬復合材料的力學性能，為了充分發揮復合材料的潛在價值，需要對復合材料力學性能進行深入研究。在工程實際應用中，需要準確評估復合材料結構件的力學性能，評估方法往往通過斷裂和裂紋擴展分析對復合材料結構件的強度性能進行預測，通過大量試驗來觀察復合材料的損傷形式，從而建立更加準確的強度損傷準則來預測復合材料的損傷行為。
本文研究對象為單向碳纖維增強復合材料，其強度和彈性模量相對于單一材料增強了數倍。此外，單向碳纖維增強復合材料相比于編織復合材料，其在單一方向上具有更好的力學特性，同時其制備技術更加成熟且成本較低。首先，介紹宏觀斷裂力學的損傷演化損傷準則，再從宏觀角度出發，根據纖維和基體的損傷狀態變量，計算出CFRP宏觀結構件的宏觀損傷狀態變量，并實時更新宏觀損傷剛度矩陣。然后，從耐撞性能指標和變形模式角度出發，通過CFRP薄壁圓管軸向壓潰試驗結果來驗證宏觀斷裂力學研究方法的準確性。最后，將經過驗證的復合材料漸進失效模型應用在汽車前縱梁吸能部件中，從耐撞性能指標和輕量化角度出發，通過數值仿真分析方法，與傳統汽車前縱梁結構件的性能進行對比。
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