過程仿真的案例
仿真案例｜使用多體動力學軟件仿真柔性可卷太陽能電池陣列的展開過程
在物理測試極度受限的外太空條件下，大型可展太陽能電池陣列的卷曲、展開相關性能的非線性動力學分析與仿真，對于輔助這些陣列的研發具有極其重要的意義。多體動力學軟件（RECURDYN軟件）為柔性航天器結構展開過程仿真提供了一個理想的研發平臺。
模型綜述
一個典型的狹縫可卷支撐管如下圖1所示。這些支撐管由金屬或復合材料制成。對于航天器應用，發射前的卷繞結構中，支撐管材料被卷在一個圓柱軸上。展開過程中，材料展開，應變能促使形成管狀結構。圖1顯示了用于航天器應用的狹縫可卷支撐管。當狹縫管展開時，應變能使支撐管變成管狀結構。圖片由ROCCOR公司提供。
圖1 支撐管材料在展開過程中形成的順序圖
為了仿真狹縫支撐管的展開過程，必須執行的功能是：
1）狹縫管圍繞位于太陽能電池陣列支撐管末端的芯軸成型
2）狹縫管卷在芯軸上以仿真卷繞過程
3）狹縫管必須展開成合適的形狀
圖2：在芯軸上卷繞狹縫管的順序
一旦支撐管在芯軸上成型，就開始進行卷繞仿真，支撐管圍繞芯軸平穩卷起，直到形成卷繞裝配結構。約束和施加的載荷用于控制卷繞運動，并保持支撐管上所需的張力。該過程中，仿真準確地模擬了狹縫管卷繞支撐管的整個過程，結果包括壓扁狹縫管引起的預應力，它將為太陽能電池陣列結果展開仿真提供初始配置和條件。在展開仿真過程中，正確定義阻尼機制所提供的約束力對于正確控制展開是非常重要的。
全太陽能電池陣列模型擴展
在上述單個狹縫管的仿真基礎上，研究了全太陽能電池陣列多體仿真，模型包含圖3所示的實體，包括芯軸、狹縫管卷繞支撐管、光伏覆蓋層和架體。芯軸和架體被視為剛體，而狹縫管和覆蓋層被視為柔性體。
展開 整流罩地面分離過程仿真 ￥19.89
整流罩地面分離過程仿真
1.1 仿真動機
對于整流罩地面分離過程仿真的必要性，從以下幾個方面考慮：
1）為了準確模擬整流罩在高空的分離過程，需要在大型真空罐內進行分離試驗。然而，由于整流罩真空分離試驗所需成本和對設備要求均較高，目前國內尚不具備實驗條件。
2）隨著我國航天水平的進步，對大推力火箭的需求日益迫切。為能承載更多有效載荷，大推力火箭要求配備大型整流罩。整流罩的尺寸增大使其結構剛度相對減小，地面環境下氣動載荷帶來的影響相對增大，可能導致出現如彎曲、扭轉、呼吸等復雜的變形情況，不能視其為剛體。
1.2 仿真難點
整流罩地面分離過程仿真中存在的難點包括：
1）為提升仿真結果的精確性，要求整流罩模型具有一定精細度。省略一些不必要的結構或作適當簡化，加強關鍵結構的準確性和精確度，如何掌握這兩者的平衡是難點之一。
2）為實現仿真過程的高效性，必須考慮已有結構的網格劃分。如何選取網格類型和網格密度，使之在不影響結果精確性的前提下實現較高的計算速度，又是一大難點。
3）整流罩地面分離是一典型的流固耦合問題。在此過程中，罩外大氣附加整流罩氣動力，影響其運動和變形；整流罩的運動與變形反過來又會影響罩外大氣的流動。如何選擇具有解決流固耦合問題能力的大型有限元軟件以及如何選取合理高效的算法，成為整流罩地面分離過程仿真的首要難點。
1.3 仿真路線
以上，在仿真動機驅動下，重點關注仿真難點，同時考慮甲方對于大型有限元軟件的要求，選擇基于Abaqus/Explicit求解器的耦合歐拉-拉格朗日（CEL，coupled Eulerian-Lagrangian）算法分析整流罩在氣動力作用下的分離特性，從而實現地面分離過程仿真。
展開 LS-DYNA中的點火增長模型應用（1）：二維ALE算法的B炸藥沖擊起爆過程仿真 ￥48
圖2 2D多物質ALE算法的沖擊起爆模型
付費文件包括：2個K文件，采用2D多物質ALE算法，1200m/s和1240m/s沖擊速度下的B炸藥沖擊起爆過程仿真K文件和答疑聯系方式。
計算結果動畫展示：
仿真案例｜使用多體動力學軟件仿真柔性可卷太陽能電池陣列的展開過程
圖2：在芯軸上卷繞狹縫管的順序
一旦支撐管在芯軸上成型，就開始進行卷繞仿真，支撐管圍繞芯軸平穩卷起，直到形成卷繞裝配結構。約束和施加的載荷用于控制卷繞運動，并保持支撐管上所需的張力。該過程中，仿真準確地模擬了狹縫管卷繞支撐管的整個過程，結果包括壓扁狹縫管引起的預應力，它將為太陽能電池陣列結果展開仿真提供初始配置和條件。在展開仿真過程中，正確定義阻尼機制所提供的約束力對于正確控制展開是非常重要的。
全太陽能電池陣列模型擴展
在上述單個狹縫管的仿真基礎上，研究了全太陽能電池陣列多體仿真，模型包含圖3所示的實體，包括芯軸、狹縫管卷繞支撐管、光伏覆蓋層和架體。芯軸和架體被視為剛體，而狹縫管和覆蓋層被視為柔性體。同時為簡化模型并自動化繁瑣和重復的任務，在多體動力學軟件中開發了一個垂直應用程序，用于將狹縫管成型到芯軸上、狹縫管卷繞過程以及展開過程仿真。
圖3：完整太陽能電池陣列多體模型
這些功能可從主菜單欄的選項卡在軟件圖形用戶界面中訪問。菜單欄如圖4 所示。每個應用程序都有一個設置功能和一個運行功能。
圖4：圖形用戶界面(GUI)菜單欄顯示了用于將狹縫管成型到芯軸上、狹縫管卷繞過程以及展開過程仿真的應用功能。
“Form Tube”應用程序主要用于創建初始卷曲狀態下模型之間的運動副和接觸。
“Roll-up Tube”主要用于將狹縫管卷繞到芯軸上。完成此任務時，將從系統中獲取卷繞扭矩數據。
“Deploy Tube”主要用于展開仿真。
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33 Fluent實用案例 | 動網格高鐵制動盤制動過程散熱仿真
本案例對高鐵緊急制動時的制動盤溫度場和速度場進行了仿真計算。由于涉及到傳熱、動網格之類的仿真計算，整個計算流程與計算模型十分復雜繁瑣。上一節已經展開了制動過程的教學，因此本節展開熱仿真的耦合教學。
1 workbench 設置
與 Fluent 動網格+高鐵制動盤制動過程仿真(一) 相比，增加了一個模塊，是用來劃分固體域網格。
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
與 Fluent 動網格+高鐵制動盤制動過程仿真(一) 一致，因此不做過多闡述：
固體域區域需要注意，各部分命名如下圖：
2.2 網格設置
采用Fluent meshing進行網格劃分，增加固體域網格劃分，不做過多闡述：
采用 Fluent meshing 進行網格劃分，層鋪區域采用四面體網格劃分。具體的網格劃分如下圖所示：
網格劃分情況可以參考 Fluent meshing 層鋪動網格劃分教程（一）
3 FLUENT 設置
3.1 General設置與網格導入
首先導入網格，由于是三部分網格，因此需要通過附加case的方式，將其余兩部分網格導入，然后勾選穩態計算，具體設置如下圖所示。
展開 【技術貼】AVL FIRE? M：從噴嘴內流到發動機缸內過程——考慮多組分燃料閃急沸騰的完整仿真分析方案
圖5：AVL FIRE? M中用于多組分閃急沸騰仿真的材料屬數據庫（PDB）
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AVL FIRE M中從噴嘴流動仿真到發動機缸內過程仿真的完整分析流程
基于對發動機中存在的閃急沸騰現象的了解，燃油噴射過程的物理現象、噴油器幾何結構等參數都起關鍵作用并影響燃燒和發動機排放。AVL FIRE M是一種非常獨特的工具，可以通過非常簡單的方式將噴嘴流動仿真和發動機缸內過程仿真進行組合。圖6顯示了仿真的步驟。第一步，采用多相流模塊進行噴嘴流動仿真，將每個噴孔出口位置處的流動信息進行記錄，并生成nozzle文件；然后，在第二步中，采用拉格朗日噴霧進行缸內過程仿真，第一步中生成的nozzle文件將被用作發動機缸內過程仿真的邊界條件。
圖6：AVL FIRE? M從噴嘴流動仿真到發動機缸內過程仿真的仿真分析步驟
噴嘴流動多相流仿真中生成的nozzle文件中，按照設定的時間間隔，記錄了所有流動變量的詳細信息。圖7展示的是nozzle文件的標題部分，包含設置區域的詳細信息和流動變量。對于多組分仿真，nozzle文件還包含了仿真中涉及到的液相和氣相的詳細組分信息及各個組分的質量分數等信息。
圖7：多組分燃料nozzle文件內容展示
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最先進的多組分燃料
PACE-20燃料是一種汽油的代理燃料，它可以有效的復現RD5-87燃料的PM和PN特性，這使得其非常適合用于實驗室研究以及做對應的建模工作。PACE(Partnership for Advanced Combustion Engines)是由美國能源部資助致力于實現共同目標的，由6個國家實驗室組成的燃燒聯合會。
展開 沖模過程仿真分析 ￥15
沖模過程仿真分析
Fluent 球閥關閉與開啟過程仿真(一)
本案例對管道球閥開啟與關閉的過程展開了仿真計算。主要涉及到網格旋轉。計算模型十分簡單，通過對該案例的學習與掌握，后續可以對相關球閥的參數化計算進行仿真。
1 workbench 設置
本案例的計算模塊如下圖所示：
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
依據相關文獻，對幾何模型進行建立，其中管道為wall，球閥與管道的接觸面為interface，具體的邊界條件和幾何尺寸如下圖所示：
2.2 網格設置
采用Fluent meshing進行網格劃分，對交界面附近網格進行加密，具體的網格劃分如下圖所示：
3 FLUENT 設置
3.1 General設置與網格導入
首先導入網格，因為是球閥開啟與關閉過程的仿真，因此需要開始瞬態，具體設置如下圖所示。
展開 鋼纜纏繞過程仿真
采用abaqus軟件實現鋼纜纏繞過程仿真，可考慮粘結效應。
Fluent 滑移網格+高鐵制動盤制動過程散熱仿真(一)
本案例對高鐵緊急制動時的制動盤溫度場和速度場進行了仿真計算。由于涉及到傳熱、滑移網格之類的仿真計算，整個計算流程與計算模型十分復雜繁瑣。上一節已經展開了動網格制動盤散熱過程的教學，因此本節展開滑移網格的耦合教學。
1 workbench 設置
本案例分為三個模塊，其中分別是滑移網格運動區域，固體結構和外部靜止域。
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
與Fluent 動網格+高鐵制動盤制動過程仿真(一)一致，因此不做過多闡述：
固體域區域需要注意，各部分命名如下圖：
2.2 網格設置
采用Fluent meshing進行網格劃分，增加固體域網格劃分，不做過多闡述：
3 FLUENT 設置
3.1 General設置與網格導入
首先導入網格，由于是三部分網格，因此需要通過附加case的方式，將其余兩部分網格導入，然后勾選穩態計算，具體設置如下圖所示。
展開 積鼎CFD發動機燃燒仿真，實現航空航天發動機內部燃燒過程的流體仿真
航空航天發動機中的燃燒現象是一種復雜的物理化學過程，包括流動、霧化、相變、傳熱傳質、點火熄火、化學反應、污染物排放、熱聲振蕩和冷卻等多個過程，加上燃燒的非定常性和高湍流度，使得準確模擬燃燒過程變得異常困難。在傳統CFD模擬需要考慮的質量守恒方程、動量守恒方程和能量方程之外，燃燒還需要考慮組分守恒方程以及多相流、相變、熱聲耦合等多個模型，其中任何一個過程模擬的失真，都將影響最終的燃燒計算。積鼎科技CFDPro，可滿足航空、航天、船舶、兵器、能源等領域的流體仿真分析。
發動機燃燒模擬的難點
多物理場耦合：發動機的工作過程中涉及到多個物理場的耦合，如流動、傳熱、燃燒等。這些物理場之間相互影響，需要同時考慮多個因素。非線性行為：發動機內部的流動、燃燒等過程存在非線性行為，如湍流、化學反應等。這些非線性行為使得模型的建立和求解變得更為復雜。邊界條件和初始條件：在仿真模擬中，需要為模型設置合理的邊界條件和初始條件，需要根據實際發動機的工作環境和狀態設定，有時難以準確獲取和模擬。模型參數的不確定性：模型參數的不確定性會對模擬結果產生影響。如何減小這些不確定性對模擬結果的影響，提高模擬的準確性和可靠性是一個挑戰。
國產自主流體仿真軟件CFDPro
CFDPro為基于有限體積法求解單相流/多相流NS方程的計算流體動力學仿真軟件，采用Level Set界面追蹤方法、具備領先的湍流模型、豐富的相變模型，配置燃燒模型和反應機理接口，更加適用于工程計算模擬，滿足航空、航天、船舶、兵器、能源等領域的流體仿真分析。
專業的發動機燃燒模塊
CFDPro涵蓋了9大專業模塊。
展開 
Ansys Workbench 膠粘凝固過程，變形等效仿真 ￥15
問題：
最近遇到一個仿真項目：一個光滑薄板粘貼在基板上，要求評估膠粘凝固后平面的變形量。作為一位結構仿真工程師，關于膠粘凝固過程的仿真——膠水由液態變為固態，似乎和結構仿真沒什么關系，自己也不知道如何進行計算。所以就查詢了deepseek和豆包，然后就知道了ansys官方已經針對該問題設計了一個ACT插件專門用于模擬膠粘凝固過程的仿真： ACCS Ansys Composite Cure Simulation （收費插件，人窮志短買不起，哎?。? 然后就查詢了一些關于膠粘過程的論文，其中“車身制造用鋁合金-鋼膠接接頭固化變形及固化失效機理研究-朱曉搏”寫的比較詳細，指出膠粘過程大致階段如下，詳細內容請參考原文。
? 第一階段：從開始加熱起始直至溫度升高到膠層的凝膠點結束。在這一階段中，膠層為粘流態，表現為高粘度的流體。
? 第二階段從膠粘劑凝膠開始，經歷整個保溫階段至溫度下降到玻璃化溫度為止。整個階段，膠層處于高彈態。這一階段是整個固化過程中膠層屬性最為復雜的階段。包括膠層固化反應收縮和溫度、膠層狀態等多方面因素共同影響。
? 第三階段由玻璃化溫度開始直至膠層溫度冷卻至室溫。在此階段中，膠層完全固化，處在玻璃態，其物理屬性只與溫度相關。在此狀態下，膠層的鏈段被凍結，變形能力很小，具有較高的模量。
這里結合當前工作需求和實際狀態，以上述論文中的膠粘凝固過程為基礎，嘗試了一個偷懶的仿真方式。其中論文中的第一階段，膠層為流體狀態，結構變形應力，不予考慮；論文中的第二階段，這里只考慮膠層的固化反應體積收縮，其余不考慮。同時該階段膠層材料的物理屬性由固化后屬性按比例衰減估計；論文中的第三階段則為降溫體積收縮過程。所以，本文針對膠粘固化過程的仿真變為兩個階段。
展開 Abaqus增材制造過程仿真理論連載1
增材制造過程仿真
增材制造提供了生產復雜設計的能力，這是傳統制造方法無法實現的。
目錄：
1.關于增材制造過程仿真
2.工具路徑-網格交叉模塊
3.增材制造過程的熱-力分析
4.增材制造過程的基于本征應變的分析
5.增材制造過程的特殊目的技術
1. 關于增材制造過程仿真
增材制造(AM)提供了生產傳統制造方法無法生產的復雜零件的潛力。
本節描述用于模擬和評估增材制造過程的abaqus功能，以及過程參數對最終打印部件的影響。
將討論下面的主題：
· 關于增材制造
· 工具路徑-網格交叉模塊
· 熱-力分析
· 基于本征應變的分析
· 增材制造的特殊目的技術
· 后處理仿真以及服役性能驗證
1.1關于增材制造
增材制造，也被稱為3D打印，是一個廣泛使用的術語，用于描述制造三維物體的工業過程：
· 原材料的受控沉積(通常為粉狀、熔融態或液態);
· 誘導轉化為固態。
通用增材制造過程（ISO/ASTM52900-15）如下表：
技術
粉末床
粘結劑噴射
直接能量沉積
材料擠出
箔片層疊
光照聚合
材料噴射
描述
熱能選擇性地熔化粉末床的區域
一種液體粘合劑被沉積，來連接粉狀材料
安裝在多軸臂上的噴嘴沉積熔化的材料
材料通過噴嘴擠出，在那里被加熱。
展開 32 Fluent實用案例 | 動網格高鐵制動盤制動過程仿真
本案例對高鐵緊急制動時的制動盤溫度場和速度場進行了仿真計算。由于涉及到傳熱、動網格之類的仿真計算，整個計算流程與計算模型十分復雜繁瑣。因此在設計本案例的教學推文時，本節僅對制動盤的制動過程進行仿真計算教學。待大家掌握動網格、滑移網格兩種制動過程的仿真之后，再分別展開熱仿真的耦合教學。本案例采用800mm的車輪，600mm的制動盤，以100m/s的速度、5m/s^2的制動加速度為計算工況，展開了相對應的制動過程仿真計算。
1 workbench 設置
本案例具體設置如下圖，由于幾何較為復雜，因此首先在a中對車輪與制動盤進行了建模，然后分別劃分平移運動區域、旋轉運動區域和靜止域。
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
本案例幾何結構比較復雜，首先是制動盤區域，具體的幾何結構如下圖所示，作為旋轉域，給予1000mm的圓柱體 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示：
其次是平移區域。幾何結構如下圖所示，該部分比較簡單，主要是用于制動過程的模擬 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示：
靜止域幾何結構如下圖所示，為長方體流體域 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示：
2.2 網格設置
采用 Fluent meshing 進行網格劃分，除去層鋪區域，其他區域采用多面體網格劃分。
展開 激光增材制造仿真過程分析
在應力分布和變形仿真方面, Sonmez和Hahn[10]建立了一個熱力學模型研究增材制造中每一層的溫度和應力分布。為了研究偏移對最小變形的影響, Vatani等[11]采用經典分層理論對每層的力學性質、收縮情況和殘余應力的變化進行建模。為了預測Ti-6Al-4V在電子束激光沉積過程中的熱機械響應, Erik等[12,13]建立了三維熱彈塑性有限元分析模型預測變形和殘余應力。根據歐拉熱計算方法, 高效的有限元模型也被用來分析溫度場和應力場的分布[14]。Michael等[15]的研究集中在結合特定邊界條件和溫度的熱力耦合模型, 以此確定增材制造過程中熱對殘余應力和變形的影響。
綜上, 針對增材制造仿真變形情況及應力已有大量文獻進行了研究, 但是基于整個過程中, 各節點隨加工時間的推移, 其溫度、溫度梯度、變形量及應力分布卻鮮有人進行分析。因此, 本文主要對增材制造過程量進行分析, 揭示在實際加工過程中難以觀測到的微小差異變化, 對上述提到的參量進行分析研究。
1 增材制造仿真建模
增材制造仿真過程的程序流程如圖1所示。
在仿真過程中, 需要建立對應的幾何模型, 網格模型, 材料模型, 熱源模型等。其三維模型可以在各種繪圖軟件中建立, 該仿真是一個四邊形的薄壁框, 長50mm, 寬30 mm, 高40 mm, 薄壁厚度2 mm。然后將模型導入到HyperMesh中, 創建節點進行切片, 分割為一個個的實體文件, 再針對每一個實體進行網格劃分。在該仿真計算中, 網格均為四邊形網格, 一方面是為了進行網格的變形計算, 另一方面由于本模型結構簡單, 四邊形網格可有效的呈現仿真結果。最后將所有劃分好網格的文件導入Simufact。網格劃分模型如圖2所示。
材料建模參考316L不銹鋼的各屬性, 高斯熱源的能量分布如圖3所示。
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