變形補(bǔ)償仿真的案例
設(shè)計(jì)仿真 | Simufact Additive鋪粉增材高級(jí)掃描補(bǔ)償功能，輕松應(yīng)對(duì)變形補(bǔ)償挑戰(zhàn)
變形超差是金屬粉床熔融工藝中的主要挑戰(zhàn)。相較于傳統(tǒng)的手動(dòng)補(bǔ)償、設(shè)計(jì)加工余量或多次物理試錯(cuò)等方法，越來越多的制造業(yè)從業(yè)者們認(rèn)識(shí)到Simufact Additive增材制造仿真軟件的優(yōu)勢(shì)：通過仿真模擬減少物理試錯(cuò)，有效降低打印成本。
事實(shí)上，自Simufact Additive軟件首個(gè)版本發(fā)布起，就已包含手動(dòng)反變形功能。隨著對(duì)工藝?yán)斫獾纳钊牒凸δ艿某掷m(xù)開發(fā)，自動(dòng)迭代補(bǔ)償功能因其高效性和易用性，受到越來越多用戶的青睞。用戶只需在工藝優(yōu)化選項(xiàng)中勾選“自動(dòng)迭代補(bǔ)償計(jì)算”，并輸入目標(biāo)容差（即可接受的變形量），軟件便會(huì)自動(dòng)進(jìn)行迭代計(jì)算，直至補(bǔ)償模型的打印結(jié)果精度達(dá)到容差范圍內(nèi)。計(jì)算完成后，用戶可直接輸出預(yù)補(bǔ)償模型以便打印需要。
Simufact Additive 自動(dòng)變形補(bǔ)償效果
Simufact Additive
鋪粉增材高級(jí)掃描補(bǔ)償功能介紹
隨著增材制造反變形自動(dòng)補(bǔ)償功能的廣泛應(yīng)用，實(shí)際結(jié)構(gòu)遇到的局部變形補(bǔ)償問題，或因?qū)嶋H打印參數(shù)波動(dòng)等引起的局部變形問題，對(duì)打印變形控制提出了新的挑戰(zhàn)。為更靈活地解決這類問題，Simufact Additive提出了新概念——混合補(bǔ)償。其解決思路是：將軟件生成的預(yù)補(bǔ)償模型用于打印后，受打印條件、校核精度、參數(shù)波動(dòng)等多因素影響，打印件仍可能存在超差問題。此時(shí)，可以將打印后的模型進(jìn)行掃描后，再次將掃描模型文件輸入到軟件中，軟件可以對(duì)掃描模型文件再次做補(bǔ)償。
通過迭代補(bǔ)償與掃描補(bǔ)償技術(shù)的層層優(yōu)化，可更有效地控制打印精度。但實(shí)現(xiàn)此功能不僅需軟件中鋪粉模塊與測(cè)量模塊聯(lián)合使用，還需要用戶能夠通過掃描設(shè)備獲取掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并且此方法對(duì)掃描數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | 基于Simufact Welding定向沉積增材仿真的幾何變形補(bǔ)償
為方便對(duì)比分析，在葉片的凹面和凸面各取了6個(gè)點(diǎn)，并提取數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，如下表所示：
通過觀察，零部件在打印過程中最大的變形量在高度4mm~12mm范圍上，變形最大在在兩個(gè)加強(qiáng)筋之間位置的點(diǎn)位1處，向外凸起約0.46±0.01mm。
反變形補(bǔ)償
為了抑制零部件在打印制造過程中的變形量，使用Simufact Welding 反變形補(bǔ)償功能，將變形后的零部件進(jìn)行反變形補(bǔ)償。變形與反變形比例縮放示例如下，將計(jì)算得到的變形結(jié)果放大5倍顯示，再將其反變形放大5倍（5倍是為了更好的演示功能，實(shí)際反變形應(yīng)反向放大1倍左右）。
反變形補(bǔ)償是一種用于抑制變形的好方法，我們從幾何輸入端進(jìn)行修正，使用反變形補(bǔ)償的方式將未來可能的變形進(jìn)行反向補(bǔ)償，二者疊加后將得到高精度打印結(jié)果。其計(jì)算的機(jī)理是通過仿真所得的變形結(jié)果與原始CAD數(shù)模進(jìn)行比對(duì)，然后將差異反向作用在原始CAD模型上，看似得到了一個(gè)“錯(cuò)誤”的幾何模型，但用它進(jìn)行實(shí)際打印，將得到精度非常高的實(shí)體零部件。
補(bǔ)償效果
通過進(jìn)行反變形補(bǔ)償，將得到的CAD數(shù)模進(jìn)行正向仿真分析。
展開 基于Simufact Welding定向沉積增材仿真的幾何變形補(bǔ)償
仿真結(jié)果
將仿真結(jié)果與實(shí)際掃描儀測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，本次借助Simufact Welding進(jìn)行仿真分析的精度良好，無論是定性趨勢(shì)上還是定量分析上，試驗(yàn)結(jié)果都與仿真結(jié)果吻合良好。分別對(duì)凹面、凸面、側(cè)邊三個(gè)視角進(jìn)行了對(duì)比展示，如下圖所示。
為方便對(duì)比分析，在葉片的凹面和凸面各取了6個(gè)點(diǎn)，并提取數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，如下表所示：
通過觀察，零部件在打印過程中最大的變形量在高度4mm~12mm范圍上，變形最大在在兩個(gè)加強(qiáng)筋之間位置的點(diǎn)位1處，向外凸起約0.46±0.01mm。
反變形補(bǔ)償
為了抑制零部件在打印制造過程中的變形量，使用Simufact Welding 反變形補(bǔ)償功能，將變形后的零部件進(jìn)行反變形補(bǔ)償。變形與反變形比例縮放示例如下，將計(jì)算得到的變形結(jié)果放大5倍顯示，再將其反變形放大5倍（5倍是為了更好的演示功能，實(shí)際反變形應(yīng)反向放大1倍左右）。
反變形補(bǔ)償是一種用于抑制變形的好方法，我們從幾何輸入端進(jìn)行修正，使用反變形補(bǔ)償的方式將未來可能的變形進(jìn)行反向補(bǔ)償，二者疊加后將得到高精度打印結(jié)果。其計(jì)算的機(jī)理是通過仿真所得的變形結(jié)果與原始CAD數(shù)模進(jìn)行比對(duì)，然后將差異反向作用在原始CAD模型上，看似得到了一個(gè)“錯(cuò)誤”的幾何模型，但用它進(jìn)行實(shí)際打印，將得到精度非常高的實(shí)體零部件。
補(bǔ)償效果
通過進(jìn)行反變形補(bǔ)償，將得到的CAD數(shù)模進(jìn)行正向仿真分析。依據(jù)補(bǔ)償后的數(shù)模進(jìn)行網(wǎng)格的創(chuàng)建與路徑的微調(diào)，其他打印參數(shù)將與原始模型保持一致。經(jīng)調(diào)整，原始17.4m的總路徑長(zhǎng)度變成了17.8m。仿真結(jié)果如下圖所示，反變形補(bǔ)償后，零部件的變形得到了有效抑制。
將原始結(jié)果的6個(gè)變形位置進(jìn)行從新提取分析可得，點(diǎn)位2到6的變形量?jī)H在負(fù)的0.05mm到0.02mm之間。
展開 ANSYS增材制造的變形補(bǔ)償
第二次使用校準(zhǔn)后的應(yīng)變比例因子執(zhí)行仿真，以測(cè)試變形補(bǔ)償功能的精確度。
仿真調(diào)整
為了調(diào)整 SSF，將圖 2 中的未補(bǔ)償部件與圖 3 中的第一次仿真結(jié)果進(jìn)行比較。在部件與仿真之間比較所有圓的最佳擬合直徑和中心位置。研究人員找到能夠?qū)?em>仿真結(jié)果與底板上構(gòu)建部件的絕對(duì)差總和降到最小的比例因子，以此確定 SSF 的值為2.34。第二次仿真時(shí)，為了更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)從底板上移除之后的變形，研究人員選擇了塑性變形（J2）。對(duì)于該幾何結(jié)構(gòu)，當(dāng)變形補(bǔ)償因子（DCF）是 1 時(shí)，截?cái)嗪蟮膸缀谓Y(jié)構(gòu)與目標(biāo)形狀非常接近。將 exaSIM 創(chuàng)建的 STL 文件（DCF 為 1）用作最終構(gòu)建時(shí)的輸入幾何結(jié)構(gòu)。
結(jié)果
如圖 3 所示，截?cái)嗪蟮牡谝淮?em>仿真結(jié)果預(yù)測(cè)減震架處（外圓）的變形最嚴(yán)重。exaSIM 預(yù)測(cè)使 DCF 為 1 可以糾正此變形。如圖 4 所示，這些預(yù)測(cè)都十分準(zhǔn)確。在通過變形補(bǔ)償文件獲得的幾何結(jié)構(gòu)中，構(gòu)建的減震架沒有變形；而如果使用初始幾何結(jié)構(gòu)作為輸入來構(gòu)建部件，減震架與預(yù)期的幾何結(jié)構(gòu)之間存在顯著變形。這些結(jié)果表明，在從襯底移除后可利用變形補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)精確的部件，無需進(jìn)行熱處理。
結(jié)論
此案例研究展示了 exaSIM 變形補(bǔ)償工具的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)人員和 AM 機(jī)械操作人員可利用激光粉末熔融增材制造技術(shù)制造完美的部件，而且在將部件從底板上移除之前無需采用昂貴的熱處理和應(yīng)力消除工藝。按照本案例研究中介紹的過程，exaSIM 用戶可針對(duì)具體的機(jī)械 / 材料 / 過程參數(shù)組合來調(diào)整 SSF 并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)部件變形效果，無需額外進(jìn)行試錯(cuò)試驗(yàn)，從而節(jié)省時(shí)間和成本。
展開 
Moldex3D模流分析之如何輸出變形結(jié)果為模具補(bǔ)償模型
模具補(bǔ)償方法是一種用于成型制程中彌補(bǔ)成品收縮時(shí)常用的技術(shù)。 在得知預(yù)期變形值下，使模具比實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)稍大，則產(chǎn)品最終尺寸可以更接近設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 然而，由于成型工藝之復(fù)雜度的及其對(duì)部件變形的影響，可能難以獲得成型后尺寸變化并確定適當(dāng)?shù)?em>補(bǔ)償值。 Moldex3D可以使用不同格式的STL輸出變形模型，以供進(jìn)一步應(yīng)用。 此外，結(jié)合NX全球變形功能，可以執(zhí)行模具補(bǔ)償法。
以下步驟顯示如何導(dǎo)出變形模型并執(zhí)行模具補(bǔ)償順序。
步驟 1：完成翹曲變形分析后，進(jìn)入結(jié)果分頁(yè)，然后單擊翹曲中的變形來進(jìn)行翹曲結(jié)果的輸出。主要會(huì)使用導(dǎo)出變形后模型的功能，可選擇的文件格式包括STL（ASCII），STL（Binary），CATIA RSO格式和NX Global變形格式。
注意：所有輸出檔案是包含變形訊息之表面網(wǎng)格元素?cái)?shù)據(jù)，其相關(guān)的CAD內(nèi)核如下。 為了獲得變形幾何外形，需要進(jìn)一步的轉(zhuǎn)移過程，這也將在本節(jié)中介紹。
?檔案 *.stl 輸出文件格式設(shè)置為STL（ASCII）和STL（Binary）。
?檔案 *.rso 輸出文件格式設(shè)置為CATIA RSO格式。
?檔案 *.csv和 *_Deformed.csv 輸出文件格式設(shè)置NX Global 變形格式。
在步驟1開始前：預(yù)期在XYZ方向上以不同的變形補(bǔ)償率定義翹曲變形縮放。使用結(jié)果中測(cè)量工具上的距離檢查 XYZ 方向的線性收縮率。然后，按照三個(gè)方向的收縮百分比個(gè)別來補(bǔ)償模型。在此模型中，X 方向線性收縮率為 0.389%，Y 方向?yàn)?0.404%，Z 方向?yàn)?0.726%。
步驟 2：對(duì)于使用導(dǎo)出變形后模型的功能，需勾選變形后模型含收縮補(bǔ)償。選擇格式為NX Global變形格式，修改縮放比為"1"。還要在 XYZ 方向輸入個(gè)別的模具補(bǔ)償值，該值是線性收縮百分比的兩倍。
展開 基于大變形的魚竿彎曲變形仿真對(duì)比 ￥5
該模型展示了釣魚竿的彎曲情況。對(duì)于大撓度的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，更新其剛度非常重要，否則結(jié)果可能不準(zhǔn)確。這一效應(yīng)通過本次模擬得以捕捉
觀察魚竿的彎曲情況，并將更新結(jié)構(gòu)剛度前后的結(jié)果進(jìn)行比較
這個(gè)例子說明了釣魚竿的彎曲情況，重要的是要考慮到結(jié)構(gòu)的大撓度
釣竿是典型的大撓度示例。回顧一下這個(gè)釣竿的模擬，并嘗試解釋為什么避免使用大撓度會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響
基于大變形的驅(qū)動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)變形仿真對(duì)比 ￥5
仿真強(qiáng)調(diào)了大撓度的思想和重要性。
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設(shè)計(jì)仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預(yù)測(cè)汽車結(jié)構(gòu)
通過關(guān)注的6個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以看到，掃描的變形結(jié)果與仿真的變形結(jié)果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
同樣的方法，對(duì)側(cè)圍門框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實(shí)際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數(shù)，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
側(cè)圍門框激光焊接仿真模型
通過與實(shí)際物理試驗(yàn)掃描結(jié)果對(duì)比，Simufact welding 焊接變形仿真結(jié)果與實(shí)際焊接變形非常接近，獲得了較高的仿真精度，大部分位置的變形誤差控制在10%以內(nèi)，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預(yù)測(cè)結(jié)果為1.74mm，掃描結(jié)果為2.00mm，相對(duì)誤差13%，在仿真分析中，這個(gè)誤差也認(rèn)為在合理的誤差內(nèi)。這個(gè)仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、回彈、壁厚減薄等對(duì)焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實(shí)現(xiàn)沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實(shí)際的制造工藝鏈。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預(yù)測(cè)汽車結(jié)構(gòu)
通過關(guān)注的6個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以看到，掃描的變形結(jié)果與仿真的變形結(jié)果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
同樣的方法，對(duì)側(cè)圍門框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實(shí)際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數(shù)，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
側(cè)圍門框激光焊接仿真模型
通過與實(shí)際物理試驗(yàn)掃描結(jié)果對(duì)比，Simufact welding 焊接變形仿真結(jié)果與實(shí)際焊接變形非常接近，獲得了較高的仿真精度，大部分位置的變形誤差控制在10%以內(nèi)，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預(yù)測(cè)結(jié)果為1.74mm，掃描結(jié)果為2.00mm，相對(duì)誤差13%，在仿真分析中，這個(gè)誤差也認(rèn)為在合理的誤差內(nèi)。這個(gè)仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、回彈、壁厚減薄等對(duì)焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實(shí)現(xiàn)沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實(shí)際的制造工藝鏈。
展開 基于UMAT的蠕變變形仿真
(4) 蠕變模型參數(shù)：
模型
靜力加載后的初始變形
200h后蠕變變形
蠕變變形歷程
囊泡在水中運(yùn)動(dòng)及變形過程仿真 ￥800
仿真結(jié)構(gòu)如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/288cc3ea85db4cf8b49f0a6e68749039.gif" alt="Untitled.gif"></p><p>感興趣的朋友可下載模型，了解整個(gè)模擬過程。</p><p><br></p>
密封圈接觸變形仿真 ￥500
本案例仿真了密封圈接觸變形及變形回復(fù)過程，模擬結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202110/97c5e68e339e4619bcba887dc372e416.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p>感興趣的朋友可以下載模型，也可以加我，歡迎交流</p><p><br></p>
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(gè)仿真項(xiàng)目：一個(gè)光滑薄板粘貼在基板上，要求評(píng)估膠粘凝固后平面的變形量。作為一位結(jié)構(gòu)仿真工程師，關(guān)于膠粘凝固過程的仿真——膠水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，似乎和結(jié)構(gòu)仿真沒什么關(guān)系，自己也不知道如何進(jìn)行計(jì)算。所以就查詢了deepseek和豆包，然后就知道了ansys官方已經(jīng)針對(duì)該問題設(shè)計(jì)了一個(gè)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(fèi)插件，人窮志短買不起，哎！）
然后就查詢了一些關(guān)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(jī)理研究-朱曉搏”寫的比較詳細(xì)，指出膠粘過程大致階段如下，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)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(diǎn)結(jié)束。在這一階段中，膠層為粘流態(tài)，表現(xiàn)為高粘度的流體。
? 第二階段從膠粘劑凝膠開始，經(jīng)歷整個(gè)保溫階段至溫度下降到玻璃化溫度為止。整個(gè)階段，膠層處于高彈態(tài)。這一階段是整個(gè)固化過程中膠層屬性最為復(fù)雜的階段。包括膠層固化反應(yīng)收縮和溫度、膠層狀態(tài)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(tài)，其物理屬性只與溫度相關(guān)。在此狀態(tài)下，膠層的鏈段被凍結(jié)，變形能力很小，具有較高的模量。
這里結(jié)合當(dāng)前工作需求和實(shí)際狀態(tài)，以上述論文中的膠粘凝固過程為基礎(chǔ)，嘗試了一個(gè)偷懶的仿真方式。其中論文中的第一階段，膠層為流體狀態(tài)，結(jié)構(gòu)變形應(yīng)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(yīng)體積收縮，其余不考慮。同時(shí)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(jì)；論文中的第三階段則為降溫體積收縮過程。所以，本文針對(duì)膠粘固化過程的仿真變?yōu)閮蓚€(gè)階段。
展開 Ansys Workbench初始變形+預(yù)應(yīng)力釋放仿真（含ACT插件） ￥20
問題：
在工作過程中有時(shí)會(huì)遇到某些仿真類型，是需要進(jìn)行帶有預(yù)應(yīng)力的仿真。但是WB中預(yù)應(yīng)力在模塊之間的傳遞，似乎預(yù)應(yīng)力模態(tài)可以直接傳遞。而兩個(gè)靜力模塊可以傳遞變形后的幾何，但是不能傳遞預(yù)應(yīng)力。
問題示例大致如下：
板子初始是平板狀態(tài)，安裝后工作狀態(tài)是貼合一個(gè)弧面，并通過四個(gè)支點(diǎn)進(jìn)行連接固定，板子安裝后存在回彈力。
現(xiàn)在需要評(píng)估板子安裝變形預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下，連接面的回彈力。
仿真思路：
仿真對(duì)象是一個(gè)有初始應(yīng)力的彎曲板，但是曲面形狀實(shí)際可能不是正常弧線而是曲面。
因此仿真步驟大致需要兩步：
第一、初始平板變形為曲面形狀，提取板子的應(yīng)力狀態(tài)；
第二、板子在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生彈性回復(fù)力，查看彈性回復(fù)力在連接位置的大小。
第一步的仿真方法：
模擬擠壓形式，在初始平板兩側(cè)使用變形后的彎曲板進(jìn)行擠壓變形。
擠壓變形
第二步的仿真方法：
加載板子的變形預(yù)應(yīng)力，按裝配狀態(tài)連接，計(jì)算連接處的彈性變形力。
但是：在第一步加載的時(shí)候就不是很容易實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)夾層面需要設(shè)定接觸面進(jìn)行接觸非線性仿真，經(jīng)常發(fā)生接觸面穿透現(xiàn)象，需要小載荷步，多次調(diào)試。
即使擠壓方式?jīng)]有穿透，應(yīng)力分布也不是很均勻。
此處先擱置擠壓法的計(jì)算過程不提，假設(shè)已經(jīng)獲得預(yù)期的初始變形應(yīng)力。
繼續(xù)進(jìn)行第二仿真步，傳遞板子的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)；
預(yù)應(yīng)力的傳遞方法在微信公眾號(hào)文章：“ansys分析中如何考慮殘余應(yīng)力影響？”中提及了兩種方法，這里分別測(cè)試如下：
方法一：使用external Data模塊
首先，在步驟一初始板子變形，有正確應(yīng)力分布的結(jié)果中，分別提取X、Y、Z、XY、YZ、ZX六個(gè)方向的法向應(yīng)力和切向應(yīng)力。
展開 基于APDL理想氣體的空氣鞋墊大變形仿真 ￥5
流固相互作用是工程應(yīng)用中常見的問題。一種情況是液體（或氣體）包含在固體中，在固體上施加各種載荷，例如輪胎、充氣鞋和流體容器。靜壓流體元件非常適合這種應(yīng)用。介紹了一種模擬氣囊式氣鞋的方法。鞋內(nèi)的空氣遵循理想氣體定律。這些靜壓流體元件是通過Ansys機(jī)械中的命令行定義的。
