ANSYS考慮尺寸效應(yīng)
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-08
ANSYS考慮尺寸效應(yīng)的實(shí)例教程
針對(duì)這一問(wèn)題，作者構(gòu)建了一套可概括為CMSG-GTN的分析框架：一方面，在傳統(tǒng)GTN模型基礎(chǔ)上引入剪切損傷變量，用于表征低應(yīng)力三軸度條件下的剪切主導(dǎo)失效；另一方面，將機(jī)制型應(yīng)變梯度理論引入有限元分析，以刻畫(huà)超薄板在微尺度下顯著存在的尺寸效應(yīng)。前者解決了“傳統(tǒng)GTN不擅長(zhǎng)描述剪切斷裂”的問(wèn)題，后者解決了“常規(guī)塑性理論忽略微尺度強(qiáng)化”的問(wèn)題。換句話說(shuō)，作者不是簡(jiǎn)單修補(bǔ)GTN模型，而是把“剪切損傷”和“尺寸效應(yīng)”同時(shí)納入同一框架中，用來(lái)解釋超薄板沖裁中的真實(shí)失效過(guò)程。
在實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果上，這篇文章給出了幾個(gè)很有價(jià)值的結(jié)論。首先，超薄板沖裁斷口可以分為彎曲區(qū)、光亮區(qū)和斷裂區(qū)，且對(duì)稱面比自由面更早發(fā)生斷裂，說(shuō)明裂紋并不是均勻萌生的，而具有明顯的空間優(yōu)先位置。其次，SEM觀察和數(shù)值模擬都表明，雖然斷口附近能夠看到微孔，但這些微孔尺寸較小、發(fā)展有限，并未達(dá)到主導(dǎo)斷裂的程度；真正推動(dòng)失效的是剪切損傷的快速積累。再次，裂紋最先出現(xiàn)在沖頭刃口附近的對(duì)稱面區(qū)域，隨后沿著損傷最大的路徑向自由面擴(kuò)展，這與實(shí)驗(yàn)觀察到的撕裂形貌是吻合的。
作者的初始數(shù)值模型：
SEM實(shí)驗(yàn)的斷口特征：
數(shù)值框架實(shí)現(xiàn)流程圖：
考慮梯度效應(yīng)的影響效果:
結(jié)果表明，引入應(yīng)變梯度效應(yīng)后，局部應(yīng)力水平明顯提高，材料在剪切區(qū)內(nèi)的損傷演化也明顯加快。也就是說(shuō)，尺寸效應(yīng)并不只是讓材料“更強(qiáng)”，而是會(huì)改變局部變形與失效方式，使超薄板更容易在狹窄剪切帶內(nèi)發(fā)生撕裂。這一點(diǎn)非常關(guān)鍵，因?yàn)樗f(shuō)明：超薄板沖裁中的斷裂機(jī)理，并不是傳統(tǒng)厚板沖裁機(jī)理的簡(jiǎn)單縮小版，而是一種隨著尺度下降而發(fā)生機(jī)制轉(zhuǎn)變的新問(wèn)題。
推薦這個(gè)文章主要有三點(diǎn)原因：第一，在研究超薄板、微成形和微沖裁問(wèn)題時(shí)，不能再機(jī)械套用傳統(tǒng)GTN模型，必須重視剪切主導(dǎo)損傷機(jī)制。
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ANSYS考慮尺寸效應(yīng)的最新內(nèi)容
Ansys | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析18小時(shí)前
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過(guò)溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過(guò)程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1.
對(duì)于強(qiáng)度計(jì)算，焊縫尺寸會(huì)被明確定義，以確保在所有方向上（沿焊縫方向、垂直方向和剪切方向）都能夠正確考慮焊縫強(qiáng)度。對(duì)于疲勞計(jì)算，它會(huì)沿焊縫方向自動(dòng)調(diào)整單元應(yīng)力，從而最大限度地縮短設(shè)置時(shí)間。Weld Finder使您能夠在部件之間設(shè)置焊接和非焊接條件，通過(guò)抗拉性能或屈服性能篩選焊縫，并驗(yàn)證識(shí)別設(shè)置。（視頻見(jiàn)原文）
優(yōu)勢(shì)：這些工具可簡(jiǎn)化設(shè)置，從而快速準(zhǔn)確地定義和調(diào)整模型部件。
這是我們?cè)?RCWA 計(jì)算中考慮結(jié)構(gòu)的區(qū)域。
還需要特別注意，實(shí)際的 RCWA 對(duì)象尺寸必須略大于 simulation region。在動(dòng)態(tài)鏈接中，RCWA 對(duì)象區(qū)域始終會(huì)比 simulation region 大 0.1 μm。
作者發(fā)現(xiàn)模型可以非常準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)晶粒尺寸效應(yīng)：
我認(rèn)為這篇文章的價(jià)值不只是“提出了一個(gè)更復(fù)雜的模型”，而是提供了一種很清楚的建模思路：晶界強(qiáng)化不一定只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)晶粒尺寸項(xiàng)來(lái)描述，也可以從滑移傳遞、位錯(cuò)通量和局部障礙應(yīng)力出發(fā)，逐步把晶界的物理作用放進(jìn)晶體塑性框架中。
作者的初始數(shù)值模型：
SEM實(shí)驗(yàn)的斷口特征：
數(shù)值框架實(shí)現(xiàn)流程圖：
考慮梯度效應(yīng)的影響效果:
結(jié)果表明，引入應(yīng)變梯度效應(yīng)后，局部應(yīng)力水平明顯提高，材料在剪切區(qū)內(nèi)的損傷演化也明顯加快。也就是說(shuō)，尺寸效應(yīng)并不只是讓材料“更強(qiáng)”，而是會(huì)改變局部變形與失效方式，使超薄板更容易在狹窄剪切帶內(nèi)發(fā)生撕裂。
這些靜水壓流體單元通過(guò) ANSYS Mechanical 中的命令流進(jìn)行定義。
目標(biāo)
理解靜水壓流體單元建模的工作流程
熟悉理想氣體定律以及相應(yīng)的流體體積與壓力之間的關(guān)系
步驟
1. 打開(kāi) ANSYS Workbench，創(chuàng)建“靜力結(jié)構(gòu)”分析。檢查單位。為鞋體創(chuàng)建彈性材料。
2. 導(dǎo)入鞋底幾何模型（圖1）。
在第一部分文章：《Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中將干涉儀數(shù)據(jù)附加到光學(xué)表面 – 第一部分中》，我們演示了如何根據(jù)表面形狀和方向?qū)⒏缮鏈y(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入 OpticStudio，本部分文章我們將引入更多的實(shí)例演示。
對(duì)于大多數(shù)的裝配體來(lái)說(shuō)，模型修改成有限元可以接受的程度，考慮性能計(jì)算時(shí)間比，那么模型和網(wǎng)格部分占比就很大。例如汽車整體碰撞模擬、飛機(jī)整體碰撞模擬，其模型和網(wǎng)格劃分占比接近90%，相當(dāng)花費(fèi)時(shí)間。
如果AI集成到CAE軟件中，你告訴他給我劃分一個(gè)漂亮的網(wǎng)格，他自己給你搞定，那么AI就完美了，顯然，目前的AI是不可能的。
其電磁本質(zhì)是準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)耦合，波長(zhǎng)遠(yuǎn)超電路尺寸，全波工具不再適合。為此引入電磁特征化仿真方法，從電路視角重構(gòu)該電磁特征：構(gòu)建耦合回路模型，揭示噪聲的耦合路徑。從而在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)與管控噪聲，提升系統(tǒng)在強(qiáng)噪聲環(huán)境下的魯棒性。
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使用Ansys LS-DYNA對(duì)電子產(chǎn)品外殼進(jìn)行跌落測(cè)試仿真，展示了其撞擊剛性地板時(shí)的變形
使用仿真進(jìn)行虛擬跌落測(cè)試時(shí)，工程師應(yīng)考慮以下最佳實(shí)踐：
在可能的情況下，使用六面體（hex）單元?jiǎng)?chuàng)建高質(zhì)量、精確的網(wǎng)格，確保厚度方向上分布有足夠的單元，并在需要時(shí)使用高階單元。相對(duì)均勻的單元尺寸也是關(guān)鍵。Ansys產(chǎn)品中有各種網(wǎng)格劃分工具可以幫助完成此過(guò)程。
