薄壁結構件的案例
汽車電動踏板擠出薄壁件結構優化（一）
薄壁擠出件
電動踏板的面板材質為鋁合金，加工工藝為擠出成型：將鋁合金加熱到一定溫度通過模具推擠，得到特定形狀的薄壁件產品。該成型工藝的特點是產品沿垂直斷面方向成型，沿成型方向壁厚一致，因此斷面優化設計是產品開發的關鍵。
薄壁擠出件截面優化存在如下兩個問題：1）最優解問題，依據經驗設計，斷面設計的可行解非常多，需要在眾多可行解中找出最優解；2）薄壁件厚度分配問題，按需分配材料厚度，進行斷面尺寸非等厚設計，充分發揮材料作用。
本文旨在解決薄壁殼體結構的設計問題：搜索最優截面、非等厚截面設計，達到剛質比最優。該方法同樣可適用于汽車固定踏板、行李架等薄壁擠出件。
3. 擠出件結構優化
針對某主機廠已量產產品，對面板進行優化設計，提升產品剛度。
3.1 設計空間
依據功能性需求，將零件劃分為可設計區域和非設計區域，見下圖
圖2 設計空間示意圖
3.2 工況定義
考慮到面板踩踏性能，設置8個加載工況，踩踏重量150kg，評估踏板剛度。
圖3 工況定義
3.3 截面拓撲優化
設計變量：采用變密度法，將設計域單元屬性作為設計變量；
優化目標：將八個工況的最小加權柔度作為優化目標，設置不同加權系數；
約束條件：體積分數20%；
圖4 拓撲優化概念圖
通過拓撲優化得到了擠出截面的最優概念圖，可以依據此概念圖布置加強筋，重構三維模型。但是拓撲優化后的模型，并不包含完整的壁厚信息，因此還需進一步優化截面各區域壁厚。
展開 基于simsolid家用電器薄壁結構的模態仿真分析
以某家用電器的整體內膽鈑金件為例，該內膽由上板，中板，底板組成 sus304 厚度0.4mm焊接組成，結構復雜，由于內膽內受到水流不用頻率的沖擊響應，為了防止發生共振，需要對其進行模態分析，求解出結構件的固有頻率和相對應的振型，對結構件底部中心處以及安裝螺釘螺釘孔處施加固定約束，進行分析如下：
圖一 整體設置情況
一階模態振型
二階模態振型
三階模態振型
由上述分析可知：
薄壁件內膽結構在底部約束的情況下，模態結果如下：
模態階次
變形
固有頻率
1
內膽中板右上側左右彎曲變形
22
2
中板后側板凹凸變形
48
3
中板后側板凹凸以及上板彎曲疊加變形
63
可知：內膽結構件固有頻率偏低，且中板右上側左右彎曲變形對結構穩定性產生較大影響，因此后續設計中，因對中板右上側薄弱區域進行優化設計，提高一階固有頻率，避免發生共振。
展開 H型鋼柱薄壁鋼板剪力墻結構的往復試驗模擬（H型鋼，薄壁結構，鋼板剪力墻，滯回曲線，有限元模擬）
H型鋼柱薄壁鋼板剪力墻結構的往復試驗模擬（H型鋼，薄壁結構，鋼板剪力墻，滯回曲線，有限元模擬）
薄壁注塑件常見缺陷，難倒你了嗎？
升高料溫 升高模溫等
毛邊
常發生公母模的結合處, 由于合模不良所致, 或是模面邊角加工不當, 成型上常由于鎖模力不夠, 料溫、壓力過高等
修正模具
重新合模
增加鎖模力(CHECK射出機臺噸位是否足夠) 降低料溫 減小注射壓力 減少保壓時間 降低保壓壓力等
變形
細長件、面積大的薄壁件、或是結構不對稱的較大成品由于成型時冷卻應力不均或頂出受力不一所致
修正頂針；設置起張緊作用的拉料銷等; 必要時公模加咬花調節變形
調整公母模模溫降低保壓等(小件變形的調節主要靠壓力大小及時間﹐大件變形的調節一般靠模溫)
表面不潔
模具表面粗糙, 對于PC料, 有時由于模溫過高, 模面有殘膠, 油漬
清理模面, 打光處理
降低模溫等
拉白
易發生于成形品薄壁轉角處或是薄壁RIB根部, 由于脫模時受力不良造成, 頂針設置不當或是拔模斜度不夠。
展開 
計算機仿真克服薄壁鎂壓鑄件帶來的挑戰
引言
近年在華南地區流行生產鎂壓鑄件的本港廠商,可以引用計算機仿真技術解決模具
設計上的棘手問題.鎂壓鑄件質輕耐用的特點,成為3C產品外殼的首選物料.3C產品
外型復雜而且纖薄,是制模技術上的一大挑戰.本港廠商若要打開這個高增值的市場,
計算機輔助設計設備是不可或缺的工具.
在目前多種解決薄壁鎂壓鑄件的方案中,計算機仿真投扮演重要的角色.限制薄壁
成型的技術因素眾多,包括產生冷隔,氧化層部位及困氣位置等.從前上述問題必須經
過重復試模辦法方可解決,所以工程師可能需要花上六個星期的時間去改進試產模具的
內澆口,橫澆道和排氣系統,甚至不知道需要經過多少次的改動,才能穩定地生產高質
量的零件.
德國Laichingen的Werkzeugbau Schaufler壓鑄模具制造商為解決鎂壓鑄的缺陷問題,
采用計算流體動力學(CFD)軟件,在計算機上進行多種的壓鑄仿真,從中挑選最好的
模具設計方案.計算機仿真可以迅速且精確地計算設計方案,提供壓鑄模具型腔內部特
定條件下的詳細資料.采用這種方法,Werkzeugbau Schaufler近年成功生產五十多種高
質量的薄壁鎂鑄件.
Schaufler專門從事鋁和鎂壓鑄件的模具制造,其設備占地超過五萬平方英尺;可提
供重達35噸的傳動及離合器機架,機體結構件和進氣歧管的模具.該公司最近成立技
術中心,以滿足客戶縮短開發時間的要求,并減少用砂型鑄造模型,改為用壓鑄件原型.
其Lajchingen壓鑄中心(DCL)的特色,在于擁有一組以2700噸鎖模力壓鑄機為基礎的
自動壓鑄單元 — Buhler SC 270N,當中還包括鋁及鎂合金熔爐,半固態壓鑄(SSM)金
屬塊加熱站,ABB噴涂料和取件機器人,冷卻池及加工中心.
展開 procast大型薄壁件的充型及凝固
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Abaqus薄壁件三維銑削仿真案例講解
Abaqus薄壁件三維銑削仿真案例講解
Abaqus薄壁件銑削(殘余應力+最終變形)仿真案例講解(下)
[圖片]
應用實例 | Simufact 增材制造工藝仿真助力保時捷薄壁件打印
圖 3：Simufact Additive 仿真結果（左）打印件掃描結果（右）
對于復雜的自由曲面，采用光學3D掃描，例如：測量設備以及計算機斷層掃描（CT）可以精確的測量打印件的幾何。在本次研究中，CT 圖像結果被用于評估仿真工具的可靠性，例如變形情況預測和變形補償。從打印結果可以看出整體精度主要受到粉末床熔融過程中殘余應力（材料以每秒上千度的速度冷卻時產生的）導致的變形和部件收縮的影響。
圖4：在Simufact Additive里直接進行收縮線探測（左：打印件 右：仿真結果）
激光束粉末床熔融工藝仿真采用 Simufact Additive 軟件，通過固有應變方法完成求解。CAD 模型采用體素單元進行離散化，結合部件的壁厚，設置體素單元尺寸為 2mm。仿真結果包括應力分布和變形的預測以及最終形狀的輸出。圖 3 對比了仿真結果與CT測量結果。可以看到仿真結果與實物測量結果吻合的較好，表面偏置情況和變形量與實際完全符合。通過 Simufact Additive 進一步預測了成形缺陷“收縮線”。這些收縮線發生在匯聚部位的層與層之間，在凝固過程中留在表面上，外觀可見。圖 4 中可以看到實物打印部件的上部區域出現了收縮線，而仿真軟件準確的預測了這一成形缺陷，下一步可以基于該結果進行補償設計。
02 價值體現
本研究揭示了激光束粉末床熔融工藝在汽車薄壁結構中應用的可行性。然而，該工藝相對較高的成本將限制其應用范圍為：小批量、高端產品的制造。Simufact Additive 準確的預測了變形和收縮線，并可以基于仿真結果進一步進行改進工藝設計和驗證，最終實現一次成功打印的目標。
展開 大凸緣薄壁件沖壓成形失效分析及解決方案
作者：顧建剛
某排氣組件中單件XX.034前板為大凸緣薄壁零件，在開發前期采用常規拉深工藝進行試制,發現中間拉深部位出現了不同程度的減薄及破裂等失效現象，后通過對失效件進行研究分析，精確工藝計算，合理優化成形方案，完善模具結構，成功克服失效現象，順利完成試制。通過對零件工序間工藝余料的精確計算，提出沖壓件工序間“儲料”概念，為后續類似結構件成形提供成熟經驗。
XX.034前板為某動力裝置排氣組件之組成單件，外形整體為拉深件，中間拉深方向與外緣拉深方向成反向，最外緣直徑與內圓直徑比值達3.86，為典型的大凸緣件。
由于此件形狀規則，同時材料具有良好的沖壓性能，在試制前期采用常規拉深工藝，中間拉深模采用常規90°變形率拉深法（即凹模為直角過渡），但在實際加工過程中發現中間拉深部位轉接R角處出現了劇烈減薄及破裂等失效現象。
針對失效現象，對實物零件進行解剖分析研究，嘗試減小工序間變形率，提出工序間進行“儲料”概念，通過精確計算，重新編排工藝路線，解決了上述減薄、破裂等問題。
零件工藝性分析
XX.034前板零件如圖1所示。
材料
圖1 XX.034前板產品圖
XX.034前板材料為1Cr18Ni9Ti，為奧氏體不銹鋼，料厚為0.8mm。此鋼不能用熱處理強化，冷加工是強化的唯一手段，工序間可通過熱處理進行恢復塑性，消除冷作硬化等現象。此鋼具有良好的塑性、韌性及沖壓性能，其塑性與日常使用較為廣泛的優質碳素結構鋼具體對比如表1所示，熱處理退火狀態伸長率達40%，而20鋼退火狀態為25%。
表1 材料機械性能對比表
外形尺寸
XX.034前板其壁厚為0.8mm，中間部位有一拉深處，內圓尺寸為φ40.4mm，拉深深度為18.8 mm。
展開 三坐標檢測薄壁件：如何消除裝夾變形誤差？
在精密制造領域，薄壁零件（如電機端蓋、航空結構件）的三坐標檢測長期面臨一個隱蔽而頑固的挑戰：裝夾變形。
在薄壁件測量中，傳統方法對“裝夾導致的變形誤差”幾乎無法覺察。當這種變形在測量時被掩蓋，裝配時卻暴露，最終會導致產品振動、異響甚至失效——當壁厚僅2-3mm的端蓋承受傳統虎鉗數百牛頓的夾緊力時，其微米級的形變足以讓高端電機的NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）性能失控。
薄壁件在裝夾過程中變形本質是“夾具-工件系統”在測量力、重力與夾緊力耦合作用下的力學響應。以典型電機端蓋為例（壁厚2-3mm），其裝夾需滿足三大條件：
1.力與力矩平衡
在夾緊點需滿足∑F=0（合力平衡）與∑M=0（合力矩平衡）。若夾點分布不對稱，局部力矩將誘發翹曲變形，導致端面平面度失真。
2.摩擦約束失效
根據庫倫摩擦定律，夾具與工件的切向力需滿足|Fx|+|Fy|≤μFz（μ為摩擦系數）。當夾緊力不足時，工件在測量過程中可能發生微滑移，產生“虛位誤差”。
3.材料彈性變形限界
法向接觸力Fz必須滿足0<Fz≤Sy·A（Sy為屈服強度，A為接觸面積）。當鋁合金端蓋（Sy≈120MPa）與直徑8mm鋼質墊塊接觸時，單點夾緊力超過300N即產生塑性壓痕，使軸承安裝孔圓度偏差擴大3倍。
“柔性夾具+低測力觸發”三坐標檢測的復合解決方案
如針對電機端蓋、殼體類零件易受裝夾與測量力影響產生微變形，以及深腔微型特征，中圖儀器三坐標夾具使用在測量機上，利用其模塊化的支持和參考裝置，完成對所測工件的柔性固定；測頭觸發平衡力學設計，靈敏、可靠、耐久，具有高觸發測量重復性，豐富的測針配件系統滿足多樣化的測量需求。
展開 
斜侵徹薄壁結構-
斜侵徹薄壁結構-
Abaqus薄壁件銑削變形仿真案例講解(Python前處理+單元生死法)
[圖片]
CAE前處理 | 薄壁+實體結構 (1)
導讀
最近在對某包含大量一體焊件的結構進行分析時，發現按照常規方法處理后，結果的應力云圖趨勢不太合理，因此有必要針對這類結構的有限元模型搭建進行一個簡單的總結。
01 問題描述
如圖所示結構，右端面固定，左端面施加一集中力F，求結構在施力點處的位移值以及危險點處的應力值。
粗一看，這分析有啥好說的：直接①和②局部加密，其它部分“快樂網格”就解決了。但是將結構剖開，發現確實有些不一樣：
典型特點是，該模型一部分屬于薄壁結構，另一部分屬于實體結構（壁厚0.6mm，跨度60mm），如果不加處理的一體劃分很難同時保證兩者的質量，不管怎樣先用1mm尺寸看下效果：
好像有點粗了，不過不要緊，先提取一波結果：加載點位移值2.54mm，彎管部分應力值488MPa，圓角處應力值510MPa：
按照常規方式加密之后：
會發現，就算經過三輪加密，計算機已經快負擔不起了，結果也很難在各方面達到預期。當然，大家可能會覺得奇怪，四面體數量已經到了五十萬，怎么可能結果依舊不夠完美？
這里需要說明下：結構特意構造的很特殊，首先薄壁，放大了實體單元的誤差，其次較長，放大了低階四面體的誤差（這里不考慮高階單元）。
【注意：大家可能注意到了隨著網格加密結果應力趨勢好像不太對，這里先不去深糾，明白問題并且以參考值為標準即可。】
不管怎樣，問題到這里我們都得停下來思考下：對于這樣一種薄壁+實體并且是結構中所關心的部位應該怎么去處理比較合適。
展開 ANSYS薄壁結構模型處理技術 附王新敏ANSYS工程結構數值分析講義下載
在劃分網格時，也可以設置容差，忽略小的結構細節特征，如小孔、小碎面邊線等，以使單元更均勻，避免因為拓撲結構的原因局部過細。
針對薄壁構件的特殊性，ANSYS的模型處理技術能夠快速地把CAD實體模型轉換成有限元殼模型。通過功能強大的模型處理技術，可以快速批量處理薄壁構件。
模型簡化后進行網格劃分、施加載荷及約束，可以輸出到各種FEA求解器，包括ANSYS、CFX、LS-Dyna、ABAQUS和NASTRAN等。
下載地址：王新敏ANSYS工程結構數值分析講義
