力學與結構分析的案例
進行計算結構力學分析要領以及軟硬件配置
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『分享』基于proE MECHANIC的壓縮機Ⅱ級活塞結構力學分析
基于proE MECHANIC的壓縮機Ⅱ級活塞結構力學分析<BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-10-22 10:27:41被藍狐評為2星級，為發貼者加分40。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
基于PROE MECHANIC的壓縮機Ⅱ級活塞結構力學分析.PDF
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
結構力學分析（靜力、動力、疲勞）、多體系統仿真、鑄造/成型過程模擬算法分析，及工作站硬件配置推薦
結構力學分析（靜力、動力、疲勞）
- 核心算法: 有限元法，分為隱式和顯式兩種求解器。
- 靜力分析: 主要使用隱式有限元法。它通過求解一個巨大的全局剛度矩陣方程 [K]{u}={F} 來計算結構在載荷下的靜態響應。
- 動力分析: 兩種方法都用。
模態分析、諧波響應、隨機振動等，通常使用隱式有限元法。跌落、沖擊、爆炸等高速瞬態事件，必須使用顯式有限元法。
- 疲勞分析: 本身不是一種求解器，而是基于靜力或動力分析（通常是隱式）的結果，結合材料S-N曲線等理論，進行壽命評估。
計算特點:
- 隱式分析: 核心是求解大型稀疏線性方程組。計算量集中在矩陣的分解和迭代求解上，對內存容量、內存帶寬和CPU的單核性能（頻率和緩存）都比較敏感。
- 顯式分析: 核心是時間步進。為了保證計算穩定，時間步長極小，導致總計算步數巨大。但每一步中，每個單元的計算相對獨立，是典型的“ embarrassingly parallel”（高度并行）問題。
計算平臺:
- 隱式分析:
CPU多核計算(絕對主力): 主流求解器如 Abaqus/Standard, ANSYS Mechanical, Nastran 都對多核CPU有深度優化，是進行大規模結構分析的標準配置。CPU單核計算(依然重要): 求解器中的某些串行部分（如矩陣預處理、模型組裝）對CPU主頻依然敏感。GPU計算(新興力量): GPU加速在隱式分析中正在發展，尤其是在直接求解器和迭代求解器上，但成熟度和普適性尚不如顯式分析。
- 顯式分析:
GPU計算(絕對優勢): GPU的并行架構與顯式算法完美匹配。LS-DYNA, Abaqqus/Explicit, Pam-Crash 等求解器在GPU上可獲得數十倍的加速。
展開 
借助結構力學分析板球比賽中的獲勝關鍵點
利用結構分析確定板球板的最佳擊球點
首先，讓我們來了解一下球板背后的物理原理。球板的彎曲模態會產生不同的振型，進而影響球板性能。自由支撐的球板具有多種振動彎曲模態，手持的球板可以被看作一個固定懸臂梁。
球板前兩種彎曲模態會對性能產生很大的影響，這兩種模態之間存在一個最佳位置，此位置具有最小的振動和最低的能量損失。
對于一個典型的板球板來說，手柄是擊球時對應變最敏感的部位。較厚邊緣具有更好的耐性。此外，球板背后木材較多的區域（隆起的部位）具有更好的彈力，可以在擊球時傳遞更大的作用力。因此，最佳擊球點位于球板上較寬的區域。
仿真軟件應用于板球板建模
工程師們為一個由普通柳木制作的球板創建三維模型。他們在選擇了柳木作為球板材料，通過對柳木的性能進行研究分析，在模型材料中添加了更多的參數。除手柄被固定以外，球板的其他全部區域均被模擬為自由對象。
三維球板模型視圖
工程師使用結構力學模塊分析了固體結構的變形，以及應力和應變。同時他們還執行了特征頻率分析，以便找出固有振動頻率和與之相對應的球板振型。
最后發現了板球板的前六種振型、特征模態及特征頻率，如下圖所示。色條表示從球板自然位置的位移。當球板在指定頻率下位于其止動位置時，圖中紅色代表大振幅，藍色代表小振幅。
圖像由 Y. Mulchand，A. Pooransingh 和 R. Latchman 提供
假定球板模型的尺寸和材料屬性與真實的球板完全相同，但他們并未考慮球板的使用時間。雖然球板的最佳擊球點完全由幾何結構決定，但是材料數據的變化將會影響模型的固有頻率。
最后得出一個結果，離球板頂部 10~15 厘米處存在一個最佳擊球點，它位于球板中間，集中在中下部區域。另一個擊球點距離手柄 20 厘米，位于手柄與肩部的連接處。
展開 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 。
展開 如何從力學概念角度來審視工程結構有限元分析？
力學概念對于有限元分析的指導作用
前文已述及，工程結構有限元分析求解的問題在本質上是力學問題。有限元分析軟件的求解器，本質上是基于有限元方法編制的力學問題的計算程序。
既然有限元分析求解的問題都是力學問題，那么力學概念當然可以為有限元分析的過程提供理論依據和指導。只有把問題的性質搞清楚了，才能調用正確的軟件計算模塊來分析，把問題的求解域和邊界條件弄清楚了，才能正確有效地建立計算模型。
力學概念清楚的軟件用戶
，不僅可以正確地完成分析任務，還可以通過力學概念來避免一些不必要的工作量，并且能夠運用有關的力學概念來驗證分析模型的正確性和有效性。
下面列舉一些力學概念或原理在指導有限元分析中的具體應用。
首先，
彈性理論的一些基本原理對有限元分析及其計算結果的解釋等方面都有指導作用。
根據解的唯一性定理，如果多個分析者計算同一問題時得到不一致的結果，那么這些人中間最多只有一個人的結果是對的。
在彈性理論中，在次要的邊界上可以用圣維南原理，通過靜力等效來簡化應力邊界條件，而這一簡化也同樣為有限元分析中約束和載荷的施加以及結果后處理中剔除加載點附近的應力奇異現象提供了理論依據。
確定邊界條件是有限元分析中的重要一環，在此環節中力學概念同樣可以提供指導。
在確定求解域時，根據平衡條件，可以對整體結構也可選擇結構的任意局部進行分析。因為處于平衡狀態的結構，其各個部分必然都是平衡的。如果選取結構的局部進行分析時，隔離體的邊界條件必須明確且能夠符合實際受力情況。因此，求解域的邊界通常選擇在約束條件比較明確的位置。在計算中常用的對稱性，其實也用到結構力學的對稱性分析的原理。常用的法向對稱包含結構對稱、載荷約束對稱或者結構對稱、載荷約束反對稱兩種情況。
展開 案例分享｜基于 Altair SimSolid 的大型通用工裝結構力學仿真分析及試驗對標
因此，對工裝采用剛度和強度的結構力學分析。
約束：對工裝底部4個腳進行全約束，即約束dof1～dof6。
載荷：對工裝與產品的連接點進行加載，剛度載荷大小為1000N，測量點位上橫梁中間位置，目標值為≤0.5mm；強度載荷大小為5000N，最大應力＜材料屈服強度×0.8。
工裝仿真分析工況如圖5所示：
圖5 工裝仿真分析工況示意圖
3.4 仿真分析結果
工裝剛度仿真分析結果如圖6所示：
圖6 工裝剛度仿真分析位移云圖
由圖6所示，工裝剛度工況，指定點位移為0.104mm。
工裝強度仿真分析結果如圖7所示：
圖7 工裝強度仿真分析應力云圖
由圖7所示，工裝強度工況，最大應力為45.8MPa，低于材料屈服強度的0.8倍。
小結：有限元仿真分析網格劃分、連接、分析設置等，總共耗時7天時間（平均每天按照7個小時計算）。
備注：此有限元仿真分析為工作一年工程師的效率。
四、SimSolid仿真分析
鑒于有限元仿真分析耗時耗力，因此考慮 SimSolid 無網格軟件。
展開 案例分享｜基于 Altair SimSolid 的大型通用工裝結構力學仿真分析及試驗對標
因此，對工裝采用剛度和強度的結構力學分析。
約束：對工裝底部4個腳進行全約束，即約束dof1～dof6。
載荷：對工裝與產品的連接點進行加載，剛度載荷大小為1000N，測量點位上橫梁中間位置，目標值為≤0.5mm；強度載荷大小為5000N，最大應力＜材料屈服強度×0.8。
工裝仿真分析工況如圖5所示：
圖5 工裝仿真分析工況示意圖
3.4 仿真分析結果
工裝剛度仿真分析結果如圖6所示：
圖6 工裝剛度仿真分析位移云圖
由圖6所示，工裝剛度工況，指定點位移為0.104mm。
工裝強度仿真分析結果如圖7所示：
圖7 工裝強度仿真分析應力云圖
由圖7所示，工裝強度工況，最大應力為45.8MPa，低于材料屈服強度的0.8倍。
小結：有限元仿真分析網格劃分、連接、分析設置等，總共耗時7天時間（平均每天按照7個小時計算）。
備注：此有限元仿真分析為工作一年工程師的效率。
四、SimSolid仿真分析
鑒于有限元仿真分析耗時耗力，因此考慮 SimSolid 無網格軟件。
展開 有限元分析：結構力學仿真第一步（確定分析類型）【轉載】
做仿真分析時，從結構設計工程師處拿到需求，第一步要做的不是劃分網格，而是對物理現象進行分析，確定合適的分析類型，線性or非線性，靜力學or動力學問題，用顯式算法還是用隱式算法。
閱讀原文
【CAE案例】基于結構仿真的斷裂力學分析
一類是理論假設的缺陷，例如反應堆壓力容器的缺陷分析（圖1）：
圖1 假設裂紋
還有一類就是現實中真正存在的缺陷（圖2），例如：轉子中存在的缺陷，材料收縮時產生的裂紋以及渦輪葉片中存在的缺陷等等。
圖2 真實裂紋
更為專業的缺陷研究就是通過實驗的方式（圖3），通常采用CT試樣進行金屬材料的裂紋擴展性能研究：
圖3 實驗室試驗裝置及試驗件
在研究斷裂問題的時候，我們免不了會遇到一系列的挑戰。首先，在缺陷建模（圖4）中，我們需要考慮：1.交叉表面；2.網格自動重塑；3.裂紋前沿網格細化；4.復雜結構。
圖4 缺陷建模
其次，在塑性損傷建模中，我們需要考慮：1.網格依賴性（圖5）；2.體積自鎖（圖6）；3.網格大變形（圖7）。
圖5 網格依賴性
圖6 體積自鎖
圖7 網格大變形
第三，我們還需考慮到結構效應：從實驗室樣件尺寸到真實部件全尺寸的轉變（圖8）。
圖8 試驗件到真實部件的尺寸轉變
02 解決辦法
在結構仿真中，提供線彈性斷裂力學、非線性斷裂力學、擴展有限元（XFEM）以及裂紋結構網格處理等功能，可對脆性斷裂、延性斷裂和裂紋擴展進行仿真分析。
我們基于結構仿真的斷裂力學分析模塊，在SALOME_MECA中可以實現：
（1）缺陷網格的顯性建模：
基于SALOME_MECA中的Zcracks/blocFissure功能，采用DEFI_FOND_FISS命令可以實現缺陷網格的顯性建模。
圖9 含缺陷網格建模
（2）缺陷網格的隱性建模
基于SALOME_MECA中的XFEM功能，采用DEFI_FISS_XFEM命令可以實現缺陷網格的隱性建模。
展開 
礦山機械結構力學有限元分析
網格離散
采用精度較高的結構化網格剖分實體。
5.計算結果
主拉應力云圖：
主壓應力值云圖：
結構上主應力矢量圖：
結構變形矢量圖，切實反應結構所受合力與扭矩作用：
結構應變圖：
機械產品結構有限元力學分析通用規則
深圳市優飛迪科技有限公司成立于2010年，是一家專注于產品開發平臺解決方案與物聯網技術開發的國家級高新技術企業。
十多年來，優飛迪科技在數字孿生、工業軟件尤其仿真技術、物聯網技術開發等領域積累了豐富的經驗，并在這些領域擁有數十項獨立自主的知識產權。同時，優飛迪科技也與國際和國內的主要頭部工業軟件廠商建立了戰略合作關系，能夠為客戶提供完整的產品開發平臺解決方案
COMSOL三維多孔結構骨架力學分析基于Voronoi泰森多邊形三維幾何
力學模型
模型計算為圓柱體試件軸壓模型，在軸向荷載作用下應力分布的計算。
.
幾何生成
采用CAD Voronoi3D插件在AutoCAD內直接生成三維Voronoi，其計算參數如下：
模型生成后刪除晶格部件，并對晶粒進行一步平滑處理：
新建外部圓柱體部件，并與晶粒進行差集操作，形成多孔骨架支撐結構，同時可查看各部分的體積（MASS命令），方便進行孔隙率的計算。這里的晶粒也可用作卵石形狀集料的堆積模型。
導入COMSOL
在CAD內將Voronoi骨架模型導出為.iges格式，并導入到COMSOL有限元軟件內。
模型賦值簡單的均質材料，并通過指定位移的方式進行最基本的單軸受壓計算，應力計算結果如圖。
CAD Voronoi3D下載
建模采用了CAD Voronoi3D插件，可用于生成更為復雜的幾何模型。
插件下載鏈接：
CAD Voronoi3D
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
