工況分析
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2023-05-05
工況分析的視頻教程
Hyperworks螺旋彈簧六面體網(wǎng)格劃分、本體剛度、軸向壓縮工況應(yīng)力、疲勞壽命和拍打工況應(yīng)力及疲勞壽命仿真分析實(shí)例視頻教程
本課程詳細(xì)介紹了如何利用hyperworks軟件，來計(jì)算仿真計(jì)算懸架螺旋彈簧的剛度、強(qiáng)度應(yīng)力和疲勞壽命。（從頭操作到尾的實(shí)例教程，感興趣的可以跟著作者一塊做~） Coilspring.zip
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基于SAP2000的框架結(jié)構(gòu)控制工況分析
本課程利用底部剪力法對典型框架結(jié)構(gòu)的自重及水平地震作用下的內(nèi)力進(jìn)行比較。
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工況分析的實(shí)例教程
載荷工況(簡稱工況)指特殊加載條件下的一組載荷及邊界條件，多工況分析指對一組工況同時求解，當(dāng)結(jié)構(gòu)承受多種不同類型的載荷時，需要研究結(jié)構(gòu)在不同載荷和邊界條件下的線性響應(yīng)時，使用多工況對問題進(jìn)行分析比使用多個分析步更高效。例如研究飛機(jī)在起飛、爬升、巡航、俯沖、著陸和滑行過程中經(jīng)歷的不同載荷的組合響應(yīng)時，就可以采用多工況進(jìn)行分析。
1、支持多工況分析的分析步類型有兩種：
*STEP, PERTURBATION
*STATIC (靜態(tài)的線性攝動分析)
*STEADY STATE DYNAMICS, DIRECT (直接法的穩(wěn)態(tài)動力學(xué)分析)
2、多工況中可以包含的載荷類型：
邊界條件(不同的工況可以有不同的邊界條件)；
集中力;
分布力;
分布面力;
基于慣性的載荷；
3、功能的實(shí)現(xiàn)
首先，在step模塊下，創(chuàng)建一個適用于多工況的分析步；
在load模塊下，通過create load 功能創(chuàng)建多工況load，如創(chuàng)建Force-X、Force-Y、Force-Z、Moment-X、Moment-Y、Moment-Z六種載荷；
通過create boundary condition 功能，創(chuàng)建分別用于每種工況的約束條件，如BC1、BC2、BC3，或者創(chuàng)建一種適用于六種工況的約束條件;
同樣在load模塊下，通過主菜單load case功能創(chuàng)建用于分析的工況。
展開 問題描述
在ANSA環(huán)境下設(shè)置Nastran多工況分析中的線性靜力分析。下圖為一個I型梁的有限元實(shí)體模型，存在多個邊界條件。
如左圖所示，一個I型梁的有限元實(shí)體模型的上表面的某個區(qū)域承受一個靜載荷壓力沿著Z軸的負(fù)方向，大小為1MPa，并且考慮重力的影響。需要研究在兩種載荷條件下，該模型的靜態(tài)行為。第一種只包含重力；第二種同時包含重力及上表面的壓力載荷。
基本步驟介紹
定義單點(diǎn)約束(SPC)
約束3為約束1和約束2的組合。
施加重力載荷
在預(yù)定義的單元面上施加預(yù)定義載荷
定義耦合的載荷集
如圖所示，為所有施加的載荷及邊界約束。
為靜力分析求解問題設(shè)定Header
本文主要介紹了ANSA中Nastran模塊對多工況分析步的設(shè)置。通過ANSA對上述工況進(jìn)行設(shè)置，然后使用NASTRAN求解I型梁模型的線性靜態(tài)問題，確定梁在特定載荷工況下的響應(yīng)。
ANSA中Nastran多工況分析設(shè)置.pdf
展開 圖1 樣機(jī)軸向及軸向結(jié)構(gòu)圖
圖2 磁密云圖
2.2 Motor-CAD 分析E-NVH前準(zhǔn)備
2.2.1 在應(yīng)用Motor-CAD 分析電機(jī)電磁噪聲時，需要對氣隙磁密進(jìn)計(jì)算。并需要對氣隙進(jìn)行加密處理，如下圖所示為電機(jī)氣隙加密操作。在對氣隙加密時，加密點(diǎn)數(shù)為槽數(shù)極數(shù)最小公倍數(shù)。
圖3 氣隙加密設(shè)置
2.2.2 在進(jìn)行電磁噪聲計(jì)算時，必須電磁計(jì)算完成后才能切換到機(jī)械模塊進(jìn)行設(shè)置，下圖所示為進(jìn)行集中力設(shè)置，主要包括：齒部節(jié)點(diǎn)數(shù)和節(jié)點(diǎn)包含實(shí)際點(diǎn)數(shù)。
圖4 定子齒部集中力設(shè)置
2.3 Motor-CAD 單點(diǎn)工況E-NVH仿真分析
2.3.1 單點(diǎn)工況分析具體設(shè)置
在進(jìn)行單點(diǎn)工況分析時，需要進(jìn)行工況點(diǎn)激勵設(shè)置下圖所示為單點(diǎn)工況分析激勵設(shè)置—3200rpm@223N.m。具體的是3個步驟：1.添加需要計(jì)算的工況；2.計(jì)算電機(jī)外特性曲線；3.計(jì)算對應(yīng)工況的電磁力、振動噪聲等。
圖5 定子齒部集中力設(shè)置
2.3.2 模態(tài)及電磁力計(jì)算結(jié)果分析
在計(jì)算完成后，需對結(jié)果進(jìn)行分析。Motor-CAD包含了豐富的后處理功能。下圖所示為模態(tài)計(jì)算結(jié)果，包括了模態(tài)等效集中質(zhì)量、等效集中剛度及模態(tài)固有頻率。
圖6 定子模態(tài)計(jì)算結(jié)果
在分析電磁振動噪聲時，主要是分析靠近定子側(cè)的電磁力。下圖所示為電機(jī)氣隙一點(diǎn)徑向力隨時間變化波形及fft，從中我們可以得到各次諧波幅值大小。
圖7 電磁力計(jì)算結(jié)果
下圖所示為電機(jī)氣隙時空波形及其傅里葉分解，從中我們可以得到各次諧波幅值大小。
圖8 電磁力計(jì)算結(jié)果
下圖所示為電機(jī)氣隙徑向力時空波形及其二位傅里葉分解。
展開 3.3分析結(jié)果匯總
4 分析結(jié)果
對比模型1與模型2、模型4與模型5的分析結(jié)果，實(shí)體和殼兩種離散方式，車輪輪輻拉伸位置與通風(fēng)孔附近，實(shí)體離散方式應(yīng)力低于殼。可知，由于實(shí)體單元（減縮積分單元）在厚度方向上僅有3層，分析結(jié)果不精確，故應(yīng)采取殼單元對車輪進(jìn)行離散。
對比模型3與模型4結(jié)果，接觸對和GAPUNI單元兩種接觸模擬方法，二者在輪輻拉伸位置應(yīng)力均為350.7MPa，超過屈服極限350MPa，二者等效塑性應(yīng)變略有不同，僅相差0.003%，壽命分別為14170次與17600次。 利用接觸對與GAPUNI單元兩種接觸模擬方法，計(jì)算結(jié)果相差不大，利用GAPUNI單元模擬接觸建模簡單，易收斂，故推薦使用GAPUNI單元模擬接觸。
對比模型1與模型4結(jié)果，對于殼單元，考慮預(yù)緊力與接觸時，螺栓安裝面（接觸位置）應(yīng)力與等效塑性應(yīng)變明顯降低。可知，考慮預(yù)緊力與接觸時，避免了建模引起的螺栓安裝面處的應(yīng)力集中。
5 結(jié)論
本文采用HyperMesh軟件對車輪利用5種建模方式進(jìn)行離散，在彎曲工況下進(jìn)行強(qiáng)度分析和疲勞分析，研究對比了分別用殼單元與體單元離散車輪，在螺栓安裝面是否模擬預(yù)緊力與接觸，接觸模擬方式不同（接觸對與GAPUNI單元）時，車輪的強(qiáng)度與疲勞分析結(jié)果，可知采用模型4的方法（殼單元離散，考慮預(yù)緊力，用GAPUNI模擬接觸）強(qiáng)度、疲勞分析結(jié)果最為準(zhǔn)確，且此方法使用殼單元建模簡單，GAPUNI單元相比接觸對建模簡單，分析易收斂，考慮螺栓預(yù)緊力，能正確模擬車輪彎曲試驗(yàn)工況的受力狀態(tài)，保證了結(jié)果的精確度。
展開 在常溫狀態(tài)下，大多數(shù)工程金屬具有較高的韌性，這種情況下，材料的失效分析通常會使用韌性損傷漸進(jìn)失效模型。
如下圖所示，該模型完整的定義了材料的彈性階段、塑性階段、損傷起始與損傷演化。材料承載經(jīng)歷彈塑性階段后達(dá)到損傷起始點(diǎn)a，繼續(xù)承載，損傷后的材料剛度折減，出現(xiàn)軟化，直到損傷參數(shù)D=1時，材料剛度退化為0，單元刪除。
韌性材料損傷漸進(jìn)失效模型
工程案例：
鋼制管狀結(jié)構(gòu)多工況沖擊損傷失效分析
上圖案例中的分析工況按閱讀順序依次是：
沖擊質(zhì)量5kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度100m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度200m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度300m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度400m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚5mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚20mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度400m/s，桶厚50mm;
沖擊質(zhì)量25kg，速度500m/s，桶厚50mm;
付費(fèi)部分為鋼制管狀結(jié)構(gòu)多工況沖擊損傷失效分析案例的9種工況共計(jì)9個inp文件壓縮包+CAE 源文件壓縮包。
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工況分析的最新內(nèi)容
· 正確施加邊界條件，本文約束控制臂前點(diǎn)和后點(diǎn)平動自由度，靜強(qiáng)度工況分析如圖2所示：
圖2 擺臂拓?fù)鋬?yōu)化靜強(qiáng)度工況
4. 分配權(quán)重：
· 與設(shè)計(jì)工程師共同確定各工況的權(quán)重。例如，如果車輛更注重舒適性，則垂向工況權(quán)重可設(shè)為0.5，制動和側(cè)向各0.25。如圖3所示：
圖3 加權(quán)柔度響應(yīng)設(shè)置
5.
Curvature
Relevance Center：Fine
右鍵Mesh → Generate Mesh
步驟 6：邊界條件與載荷
6.1 固定約束（模擬螺栓固定）
右鍵Static Structural → Insert → Fixed Support
選擇兩個安裝孔內(nèi)表面 → Apply
?? 如需模擬“單螺栓缺失”，可創(chuàng)建第二個分析工況
mp.weixin.qq.com/s/BoeARl4lxYVa3NEierGuHw" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><img src="https://img.jishulink.com/202604/imgs/863e92be269a438da63acd2ffe7ed600"></a></p><p>使用nCode 系列軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、載荷譜疲勞編輯、組合工況疲勞分析
結(jié)果可視化等一站式工具，核心模塊涵蓋：
· HyperMesh：全球公認(rèn)的行業(yè)標(biāo)桿級前后處理器，幾何處理與網(wǎng)格劃分能力無人能及；
· OptiStruct：頂尖結(jié)構(gòu)優(yōu)化求解器，拓?fù)洹⑿蚊病⒊叽鐑?yōu)化技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)，輕量化設(shè)計(jì)核心引擎；
· MotionView/MotionSolve：專業(yè)多體動力學(xué)仿真工具，精準(zhǔn)模擬機(jī)構(gòu)運(yùn)動與載荷傳遞；
· Radioss：高端顯式動力學(xué)求解器，擅長碰撞、沖擊、爆炸等極端工況分析
定義工況：設(shè)置頻響（SOL 111）或瞬態(tài)（SOL 112）分析工況(模態(tài)法和直接法).
3. 定義csv輸出通道號.
4.
服務(wù)層面，公司深耕本地化售前售后支持：售前提供專業(yè)的工況分析、產(chǎn)品咨詢與樣品測試，助力客戶明確需求；售后配備24小時應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，48小時內(nèi)技術(shù)員抵達(dá)現(xiàn)場處理問題，同時提供現(xiàn)場用油指導(dǎo)、油品檢測、故障分析等標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。
形成分析工況，然后遞交計(jì)算。
圖4 接觸體
圖5 網(wǎng)格重劃分
圖6 成型后結(jié)果
第二階段模型的設(shè)置
第二階段使用帶有鉚釘?shù)拇蟀濉Ｔ诘谝淮畏治鲋杏成涞膽?yīng)力和應(yīng)變基礎(chǔ)上，向板材施加拉伸載荷。由此產(chǎn)生的應(yīng)力將來自鉚釘成形過程中的殘余應(yīng)力以及第二次分析中的加載。這里的目的是將鉚釘操作產(chǎn)生的應(yīng)力影響限制在鉚釘周圍的區(qū)域。
形成分析工況，然后遞交計(jì)算。
圖4 接觸體
圖5 網(wǎng)格重劃分
圖6 成型后結(jié)果
第二階段模型的設(shè)置
第二階段使用帶有鉚釘?shù)拇蟀濉Ｔ诘谝淮畏治鲋杏成涞膽?yīng)力和應(yīng)變基礎(chǔ)上，向板材施加拉伸載荷。由此產(chǎn)生的應(yīng)力將來自鉚釘成形過程中的殘余應(yīng)力以及第二次分析中的加載。
以二排座椅為例，需要將95假人正碰工況和安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度工況的載荷大小，作用方向和位置等邊界條件提取到線性靜態(tài)優(yōu)化模型中，等效為線性工況進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析。通過對座椅骨架在正碰工況和安全帶安裝點(diǎn)強(qiáng)度仿真工況的仿真結(jié)果分析，提取座椅坐墊骨架以及安全帶安裝點(diǎn)位置的極限受力狀態(tài)時的載荷值以及受力位置做為線性靜態(tài)優(yōu)化分析工況的載荷邊界條件。
二、流體力學(xué)拓展：強(qiáng)風(fēng)下的流阻與流場分析
除了結(jié)構(gòu)受力，我們還拓展了流體力學(xué)分析場景：模擬強(qiáng)風(fēng)吹過馬匹健壯身體的工況，分析其流阻大小與周圍流場分布。畢竟在工程領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與流體特性往往密不可分（比如汽車、航空航天部件的氣動優(yōu)化）。
