薄膜公差仿真的案例
Python在公差仿真中的應(yīng)用-DTAS 3D尺寸公差分析&尺寸鏈分析軟件
DTAS Python在公差仿真中的應(yīng)用
作為一名長(zhǎng)期從事裝配公差分析與三維仿真的尺寸工程師，我在實(shí)際項(xiàng)目中感受最深的，并不是理論方法有多復(fù)雜，而是大量重復(fù)、規(guī)則明確卻極其耗時(shí)的基礎(chǔ)建模工作。
在復(fù)雜裝配項(xiàng)目中，零件與工裝數(shù)量多、層級(jí)深，點(diǎn)、孔、銷(xiāo)等幾何特征分布在不同的 Part 和 Piece 下。特征命名需要遵循統(tǒng)一規(guī)范，公差對(duì)象需要按規(guī)則批量建立。這些工作在邏輯上并不困難，但一旦完全依賴界面操作，就會(huì)變成一項(xiàng)高強(qiáng)度、低價(jià)值且極易出錯(cuò)的體力勞動(dòng)。
更現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是，項(xiàng)目并不是一次性完成的。隨著設(shè)計(jì)不斷迭代，命名規(guī)則、零件簡(jiǎn)稱甚至公差策略都可能發(fā)生變化。如果前期主要通過(guò)人工方式完成建模，后期的修改往往意味著大量重復(fù)操作，甚至推倒重來(lái)。在這樣的工作背景下，我開(kāi)始反復(fù)思考：尺寸工程軟件，是否只能讓我不斷“操作”，還是能夠真正“執(zhí)行規(guī)則”。
在使用 DTAS3D 的過(guò)程中，我逐漸意識(shí)到它并不只是一個(gè)建模和分析工具，而是一個(gè)允許工程人員直接參與建模邏輯的計(jì)算平臺(tái)。通過(guò) DTAS3D 提供的 Python 二次開(kāi)發(fā)接口，我可以在 PythonShell 中直接訪問(wèn) Product、Part、Piece、Feature 以及公差對(duì)象。這些原本只能在界面中逐個(gè)點(diǎn)擊和選擇的元素，在程序中都變成了可以被統(tǒng)一遍歷和處理的數(shù)據(jù)對(duì)象。
DTAS3D中PythonShell窗口
這種轉(zhuǎn)變對(duì)我來(lái)說(shuō)非常明顯。我的注意力不再集中在下一步該點(diǎn)哪里，而是轉(zhuǎn)向了規(guī)則是否定義清楚、邏輯是否具備可復(fù)用性。只要規(guī)則明確，程序就可以穩(wěn)定執(zhí)行，結(jié)果也可以反復(fù)驗(yàn)證。
在所有建模工作中，特征命名是我最早選擇程序化處理的一部分。復(fù)雜裝配中，特征命名往往需要同時(shí)體現(xiàn)零件簡(jiǎn)稱、特征類(lèi)型、方向信息和編號(hào)。
展開(kāi) 薄膜/基底復(fù)合材料刻劃仿真
1.avi
簡(jiǎn)介：
（電鍍材料）在工程中被廣泛應(yīng)用，但由于制得的薄膜涂層材料和基底材料在力學(xué)、熱學(xué)以及加工穩(wěn)定性等方面的差異性，導(dǎo)致了涂層材料的失效機(jī)理成為了日益研究的重點(diǎn)方向。對(duì)于成型后的薄膜和基底材料，兩者之間的結(jié)合力和外力作用下表面涂層的脫落是評(píng)價(jià)薄膜質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，是保證薄膜滿足機(jī)械、物理和化學(xué)等使用性能的基本前提。因此，薄膜材料界面結(jié)合性能的表征在實(shí)際應(yīng)用中具有非常重要的意義。
由于影響劃痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果的參數(shù)有很多，就其本質(zhì)的因素來(lái)說(shuō)，不同的材料體系對(duì)結(jié)果有著很大的影響，因此對(duì)材料的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究是必要的。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，可把各種不同的材料組合歸結(jié)為以下四種：彈性薄膜/彈性基底，彈性薄膜/韌性基底，韌性薄膜/彈性基底和韌性薄膜/韌性基底。通過(guò)選取適當(dāng)?shù)膮?shù)，分別建立了以上四種體系的有限元模型，并對(duì)劃痕模型進(jìn)行了分析，如下使用的是彈性薄膜/彈性基底。
仿真：
通過(guò)建立變切深刻劃銀膜有限元模型，對(duì)薄膜受到外物的劃檫時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變情況以及失效行為進(jìn)行分析，為了減少網(wǎng)格數(shù)量，加快計(jì)算速度，模型只建立對(duì)稱的一半。其中圓錐壓頭錐尖半徑為50微米，銀膜尺寸為1.5×0.6×0.03（mm），基底尺寸為1.5×0.6×0.1（mm）。對(duì)于材料屬性方面，由于銀材料塑性模型尚未獲得，因此使用其他接近材料進(jìn)行替代。為了實(shí)現(xiàn)變切深刻劃目的，將銀膜和基底材料進(jìn)行傾斜0.6°處理，控制圓錐壓頭水平運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)劃痕深度的逐漸穩(wěn)定增加。分析步中使用動(dòng)態(tài)顯示分析，在歷史輸出中進(jìn)行位移和壓頭受力輸出。對(duì)于壓頭和銀膜之間的接觸，本例中使用的是通用接觸，防止壓頭劃穿銀膜對(duì)基底產(chǎn)生破壞，也可以使用面面接觸設(shè)置，同時(shí)把壓頭設(shè)置成剛體并設(shè)置參考點(diǎn)對(duì)于 銀膜和基底之間的關(guān)系使用綁定命令連接在一起。接觸屬性中對(duì)底面進(jìn)行固定，對(duì)稱面中邊界條件設(shè)置對(duì)稱約束，壓頭運(yùn)動(dòng)以速度形式進(jìn)行加載。
展開(kāi) 薄膜體聲波諧振器(FBAR)壓電耦合仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一薄膜體聲波諧振器(FBAR)模型，一個(gè)硅襯底上挖一個(gè)空腔，然后在其上增加隔離層、下電極壓電層和上電極層，結(jié)構(gòu)如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c13a34fa2c6945ebbbe32c149f037a96.png" alt="Untitled1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>幾何模型</strong></p><p>仿真得到結(jié)構(gòu)隨頻率響應(yīng)的電勢(shì)和振幅分布，如下圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/231c13a322424161b8a1b82b2531f400.png" alt="Untitled21.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為 3GHz</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/03fad0bb7730490c907b7b846d5682e0.png" alt="Untitled22.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為3.2 GHz</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/bff03f49559f43818102007de80fedc6.png" alt="Untitled23.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為3.4 GHz</strong></p><p><img src="https
展開(kāi) 面向光柵薄膜光學(xué)性能探究的Rsoft建模與仿真
在本案中由于是2D仿真，所以Y軸方向長(zhǎng)度不需要考慮與編輯。設(shè)定X軸方向的區(qū)域極大值和極小值分別為-period/2和period/2的前提是幾何體的中心x坐標(biāo)本身設(shè)置為0。這樣保證計(jì)算區(qū)域邊界分布在光柵兩邊。
6. 查看計(jì)算結(jié)果
本案中仿真求解300~1200nm波段的反射和吸收。仿真計(jì)算結(jié)束后會(huì)自動(dòng)跳出結(jié)果作圖，可在窗口中查看反射率和吸收率。同樣可以將結(jié)果進(jìn)行格式輸出，如圖片或txt等。
后續(xù)可根據(jù)光譜進(jìn)行定向光柵結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通常影響光柵減反射效果的因素有材料、光柵常數(shù)、薄膜厚度、光柵形貌等。
本案為用戶介紹了利用Rsoft軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的矩形光柵的反射率和吸收率的仿真計(jì)算。比起其他數(shù)值模擬軟件，Rsoft有著計(jì)算速度快，計(jì)算結(jié)果更加嚴(yán)格精確等特點(diǎn)。
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展開(kāi) 
JCMsuite案例展示：薄膜太陽(yáng)能電池的一維模型仿真
本案例展示的是一個(gè)一維模型的薄膜太陽(yáng)能電池示例。它包括一個(gè)附加銀層和透明邊界條件的兩個(gè)設(shè)置，而不是完美的電導(dǎo)體邊界條件進(jìn)行比較。腳本data_analysis / run_comparison_1D.M對(duì)這兩種設(shè)置執(zhí)行波長(zhǎng)掃描，并將結(jié)果可視化，就像薄膜太陽(yáng)能電池的例子一樣。此外，它在下圖底部所示的半對(duì)數(shù)圖中顯示了兩種設(shè)置的節(jié)能誤差。
一維系統(tǒng)的幾何定義和網(wǎng)格劃分
雖然光源、材料和項(xiàng)目設(shè)置與2D模型非常相似，但幾何定義和網(wǎng)格參數(shù)的layout.jcm(布局文件)略有不同
與2D和3D幾何定義相比，在1D設(shè)置中使用關(guān)鍵字Layout1D而不是Layout。上面所示的文件使用了完美的電導(dǎo)體邊界條件，通過(guò)為邊界類(lèi)權(quán)分配一個(gè)域邊界。關(guān)于透明邊界設(shè)置和Layout1D的更多信息可以在參數(shù)參考中找到。
展開(kāi) 設(shè)計(jì)仿真 | Actran聲源識(shí)別方法連載（二）：薄膜模態(tài)表面振動(dòng)識(shí)別
通過(guò)對(duì)比近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果，驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性，并構(gòu)建指向性圖評(píng)估不同距離下的聲輻射特性。
圖 10 遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)值對(duì)比
圖 11 HVAC單元附近的聲場(chǎng)分布云圖
仿真結(jié)果顯示，對(duì)于近場(chǎng)點(diǎn)，重建的聲壓數(shù)值與實(shí)驗(yàn)值匹配良好；對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)位置，特別是在后方、左側(cè)、頂部和右側(cè)方向上的整體趨勢(shì)也得到了良好的再現(xiàn)。
這種方法極大地減少了大規(guī)模測(cè)試設(shè)施的需求，使得在不方便執(zhí)行測(cè)量的情況下預(yù)測(cè)HVAC單元在所有方向上的聲音成為可能，從而節(jié)省成本和時(shí)間。利用這種新方法，能夠基于獲取的等效聲源，帶入新的安裝環(huán)境，預(yù)測(cè)實(shí)際的噪聲分布，在虛擬環(huán)境中測(cè)試多種噪音控制解決方案，如吸聲墻或聲屏障。
更詳細(xì)的艾默生HVAC案例可查閱2019年Internoise《Hybrid Experimental - Numerical Method to Predict Far Field Noise of HVAC Unit.》文章，當(dāng)時(shí)的聲源逆推過(guò)程還需要配合腳本實(shí)現(xiàn)。在Actran2023.2版本中，這套方法已經(jīng)成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的EQUIVALENT_BC_ANALYSIS分析類(lèi)型，使得這項(xiàng)技術(shù)的工程應(yīng)用更加簡(jiǎn)單。海克斯康工業(yè)軟件公眾號(hào)上的《基于測(cè)試車(chē)輛聲學(xué)警報(bào)系統(tǒng)仿真》文章也采用了這種技術(shù)。有興趣的讀者可以點(diǎn)擊查看。
展開(kāi) 基于Comsol進(jìn)行薄膜型聲學(xué)超材料的低頻降噪仿真分析
研究?jī)?nèi)容：
基于目前學(xué)者所設(shè)計(jì)的超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種薄膜型聲學(xué)超材料的單元模型，支撐框架、彈性薄膜和空心質(zhì)量塊。支撐框架是固定并張緊薄膜類(lèi)似彈簧的作用。
圖1.薄膜型聲學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)示意圖
技術(shù)路線：
在comsol中對(duì)薄膜聲學(xué)超材料低頻降噪進(jìn)行仿真分析。
1.添加固體力學(xué)和壓力聲學(xué)多物理場(chǎng)耦合：
圖2.物理場(chǎng)的選擇
2.建立薄膜聲學(xué)超材料的幾何模型并完成網(wǎng)格的劃分：
圖3.幾何模型的構(gòu)建
圖4.網(wǎng)格的劃分
3.變量定義以及材料屬性的添加：
定義吸聲系數(shù)的變量，添加薄膜和質(zhì)量塊的材料屬性如下圖5.6。
圖5.變量定義
圖6.質(zhì)量塊和薄膜材料屬性的定義
4.邊界條件的添加：
在入射聲場(chǎng)和透射聲場(chǎng)的端面添加平面波輻射邊界條件，以防止聲波的反射。同時(shí)在薄膜的四周添加固定約束邊界條件，用于模擬薄膜被支撐框架固定的邊界條件。
5.添加研究，對(duì)吸聲系數(shù)的頻率分析：
圖7.薄膜聲學(xué)超材料的吸聲系數(shù)
圖8.論文中的吸聲曲線
基于以上分析，可改變參數(shù)對(duì)其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。
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公眾號(hào):320科技工作室
展開(kāi) FLUENT多相流案例之二：基于VOF模型的水平薄膜沸騰仿真 ￥499
薄膜沸騰，是指當(dāng)壁面溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于與壁面接觸的液體的飽和溫度，整個(gè)壁面都浸在蒸汽中，由于在汽-液界面發(fā)生沸騰質(zhì)量交換，氣泡周期性地產(chǎn)生并向上流動(dòng)溢出。本算例采用VOF多相流模型，UDF定義初始邊界溫度分布，壁面溫度變化以及傳熱傳質(zhì)過(guò)程中的源項(xiàng)。
2s時(shí)刻的液體體積分?jǐn)?shù)云圖
UDF函數(shù)共有5個(gè)，DEFINE_ADJUST，DEFINE_INIT，以及3個(gè)DEFINE_SOURCE，僅列出一個(gè)
收費(fèi)文件列表
知識(shí)狂歡：基于起落架等三維公差仿真探索與應(yīng)用案例分享!
DTAS 3D基于蒙特卡洛原理，按照產(chǎn)品的公差及裝配關(guān)系進(jìn)行建模，然后進(jìn)行解析、仿真計(jì)算，最終預(yù)測(cè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否能夠滿足其關(guān)鍵尺寸要求，同時(shí)預(yù)測(cè)產(chǎn)品合格率，并進(jìn)行根源分析。
一、講課大綱
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與制作流程
自動(dòng)化流程
在汽車(chē)底盤(pán)上的應(yīng)用
間隙與面差均勻度自動(dòng)建立
1、尺寸工程知識(shí)回顧
2、DTAS 公差仿真自動(dòng)化簡(jiǎn)介
3、汽車(chē)懸架案例分析
4、飛機(jī)起落架案例分析
5、互動(dòng)答疑
二、主講嘉賓
陳鈺龍 技術(shù)高級(jí)經(jīng)理
棣拓（上海）科技發(fā)展有限公司，從事尺寸工程相關(guān)工作15年。
在汽車(chē)主機(jī)廠帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展公差仿真、試制匹配和實(shí)車(chē)精度調(diào)試等工作，擁有豐富的尺寸偏差管理經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)在致力于通過(guò)AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)尺寸工程業(yè)務(wù)自動(dòng)化，為企業(yè)積累知識(shí)，為尺寸工程師提供方便快捷的工具。
三、分享海報(bào)
四、課件下載
DTAS棣拓科技公開(kāi)課幫助大家更好的理解尺寸工程軟件操作與應(yīng)用項(xiàng)目案例，7月27日19時(shí)，棣拓（上海）科技技術(shù)負(fù)責(zé)人陳鈺龍老師，開(kāi)啟國(guó)產(chǎn)自主工業(yè)軟件2023工程仿真創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽訓(xùn)練營(yíng)(五) : 基于起落架等智能公差仿真探索與應(yīng)用案例分享-直播回放，推薦讀者朋友前來(lái)學(xué)習(xí)和交流。
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1NNDdii8HsJWdKkHU9yKnOw?
展開(kāi) FLUENT動(dòng)網(wǎng)格案例之十五：基于FLUENT網(wǎng)格重生成算法的薄膜流固耦合仿真 ￥499
基于FLUENT網(wǎng)格重生成算法的薄膜流固耦合仿真
薄膜變形一直都是ANSYS流固耦合分析的驗(yàn)證算例，不論是雙向耦合還是單向耦合；是基于workbench還是system coupling模塊。其實(shí)，基于FLUENT自帶的網(wǎng)格重生成技術(shù)外加UDF函數(shù)控制，也能實(shí)現(xiàn)薄膜流固耦合仿真的全過(guò)程。
UDF函數(shù)片段
動(dòng)網(wǎng)格變形
文件列表
