多尺度有限元仿真的案例
金屬切削過程宏觀和微觀尺度有限元仿真進展
圖10 基于金屬切削過程的多尺度有限元仿真模型展望
文章來源： 航空學(xué)報CJA
有限元新方法之多尺度有限單元
有沒有研究多尺度有限元的鄰友呀，也稱廣義有限元或者子劃分子結(jié)構(gòu)法，可以一起討論討論，互相學(xué)習(xí)。
下面貼一個文獻吧，取自CMAME
A geometric multiscale finite element method for the dynamic analysis.pdf
基于 ABAQUS 的多尺度有限元模型橋梁檢測與評估
3.4 靜載結(jié)果分析
將分級加載的結(jié)果進行匯總，采用多尺度有限元 模型計算的結(jié)果與實測值進行對比，同時由 CJJ/ T233-2015《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定校 驗系數(shù) η 為實測應(yīng)變（撓度）與理論計算應(yīng)變（撓度） 之比。應(yīng)變結(jié)果匯總見表 3～4，撓度結(jié)果匯總見表 5。
由表 3～5 可知，校驗系數(shù)大小比較均勻，校驗 系數(shù)位于 0.5~0.9，小于 CJJ/T 233-2015《城市橋梁 檢測與評定技術(shù)規(guī)范》中的規(guī)定限值 1，所以該大橋 剛度滿足試驗荷載要求。
3.5 模態(tài)分析
福建某實際橋梁工程多尺度有限元模型計算 的理論基頻和實測基頻分別為 4.07、4.79 Hz， 可知 多尺度有限元模型計算的橋梁基頻和實測基頻基 本一致， 再次說明了多尺度有限元模型的正確性。實測的自振頻率大于有限元軟件的計算值，說明該 橋梁的性能滿足要求。
4 結(jié)語
橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)力及變形是橋梁檢測重 點關(guān)注的指標，為了獲得更加準確的計算精度，精細 化網(wǎng)格劃分造成的計算成本也成倍增加。為了平衡 二者的對立關(guān)系，以 ABAQUS 軟件為依托，將橋梁 檢測中重點區(qū)域進行精細化建模并準確、合理地連 接到整體模型中，以此建立可以細致分析重點區(qū)域 受力情況地多尺度有限元模型，并分別通過矩形截 面簡支梁及福建某實際橋梁工程為例，來驗證本研究提出的多尺度有限元模型的準確性，研究結(jié)果表明：
（1）采用多點約束法可準確實現(xiàn)不同網(wǎng)格大小 的有限元模型之間的連接， 形成多尺度有限元模型；
（2）多尺度有限元模型網(wǎng)格單元數(shù)、節(jié)點數(shù)均比 精細化有限元模型少，使計算時長大大減少；
（3）多 尺度有限元模型撓度值、應(yīng)力值、應(yīng)變值等計算與 精細化有限元模型得到的計算結(jié)果誤差在 3%。
展開 空間大跨桁架結(jié)構(gòu)多尺度節(jié)點有限元分析
空間大跨桁架結(jié)構(gòu)多尺度節(jié)點有限元分析
晶體塑性有限元仿真入門(2)--BCC、FCC、HCP晶格材料以及多相材料的有限元模擬
晶體塑性有限元仿真入門(2)--BCC、FCC、HCP晶格材料以及多相材料的有限元模擬
這篇文章講解如何使用晶體塑性有限元方法(CPFEM)進行不同晶格材料以及多相材料的變形模擬，CPFEM是基于商業(yè)有限元軟件ABAQUS完成的建模，晶體塑性本構(gòu)模型是使用的開源的UMAT用戶子程序(源碼和inp文件見附件)。采用CPFEM模擬了面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)、體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)和密排六方結(jié)構(gòu)(HCP)的單晶、多晶及多相材料受到外部載荷時的力學(xué)響應(yīng)。基于滑移原理的晶體變形理論，隨著變形的進行各滑移系統(tǒng)的臨界剪應(yīng)力都會增大，CPFEM將捕捉到材料的力學(xué)響應(yīng)(應(yīng)力-應(yīng)變曲線)。這些應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)有助于從根本上理解晶粒尺度下金屬變形的性質(zhì)。
首先我們從一個簡單的FCC晶格材料的例子入手，講解如何進行有限元模型的創(chuàng)建，從完全新手的角度出發(fā)，一步步講解如何建模，賦予材料和處理仿真結(jié)果。
本文章包括以下八個部分：
1) FCC晶格材料的變形模擬-單晶體
2) FCC晶格材料的變形模擬-多晶體
3) BCC晶格材料的變形模擬-單晶體
4) BCC晶格材料的變形模擬-多晶體
5) HCP晶格材料的變形模擬-單晶體
6) HCP晶格材料的變形模擬-多晶體
7) 多相材料的變形模擬
8) 參考資料
1. FCC晶格材料的變形模擬-單晶體
幾何模型
如圖1.1a在草圖里繪制R0.015mm的圓形，拉伸0.05mm，最后得到如圖1.1b所示的圓柱體(R0.015mm&H0.05mm)。
展開 快速了解離散元仿真軟件Altair EDEM（與多體/有限元/流體軟件實現(xiàn)耦合）
如果加上軟件的API接口開發(fā)功能，這又會大大增加接觸模型的數(shù)量，可以幫助我們適用于不同的仿真需求。
EDEM可以聯(lián)合主流的CAE工具軟件進行顆粒系統(tǒng)與流體、機械結(jié)構(gòu)及電磁場的耦合模擬仿真。
1、與 MBD（多體動力學(xué)） 軟件耦合
EDEM與 MBD（多體動力學(xué)） 進行耦合，可以仿真設(shè)備的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)，不僅可獲取固體散料對機械設(shè)備的真實載荷大小及其對設(shè)備性能產(chǎn)生的影響，同時可通過分析固體散料的力學(xué)響應(yīng)，為機械設(shè)備作業(yè)質(zhì)量評估提供依據(jù)。
Altair HyperWorks? 2019.1實現(xiàn)了Altair MotionSolve和EDEM之間的實時雙向耦合。
在EDEM中創(chuàng)建散料的模型，設(shè)定顆粒的形狀和質(zhì)量等屬性，創(chuàng)建顆粒間的接觸。在MotionSolve創(chuàng)建系統(tǒng)的多體動力學(xué)模型，與EDEM共享相關(guān)的幾何。耦合仿真同時計算，每個時間步交換數(shù)據(jù)：MotionSolve計算設(shè)備部件的位置和速度，共享數(shù)據(jù)給EDEM，EDEM計算散料顆粒之間的接觸力，以及與設(shè)備部件之間的相互作用，共享各部件上的合力和力矩給MotionSolve。兩者耦合計算整個系統(tǒng)的運動狀態(tài)。
借助EDEM與MotionSolve的雙向耦合，可以分析挖掘機的鏟斗在不同操作工況下的載荷，評估挖掘深度、鏟斗裝載率、結(jié)構(gòu)件載荷分布、動力系統(tǒng)匹配等。
2、與FEA（有限元分析）軟件耦合
EDEM可以與有限元分析軟件耦合，從而實現(xiàn)對施加在機器零件的載荷進行仿真分析，并將結(jié)果直接導(dǎo)出到所選的結(jié)構(gòu)分析工具中。
展開 電機設(shè)計及有限元分析（仿真多圖）
有限元法計算
設(shè)計仿真 | 復(fù)合材料多尺度仿真平臺- Digimat 線下培訓(xùn)
海克斯康工業(yè)軟件Digimat復(fù)合材料多尺度分析建模平臺能夠幫助用戶完成多種復(fù)合材料復(fù)雜工程分析，強度非線性失效分析、蠕變、疲勞、沖擊（考慮應(yīng)變率效應(yīng)）、NVH（頻率依賴）等，支持的復(fù)合材料類型包括：連續(xù)纖維（CFRP）、長&短纖維（SFRP）、纖維編織、針刺、晶須、顆粒、片層等增強相和包括樹脂基、金屬基、碳碳和陶瓷基在內(nèi)的多類基體材料。Digimat提供的軟件接口幾乎涵蓋所有主流有限元軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)耦合分析，大幅提高相關(guān)結(jié)構(gòu)的分析精度和能力。
現(xiàn)誠摯邀請您參加6月20、21日在上海舉辦的Digimat仿真分析線下培訓(xùn)。本次培訓(xùn)主要講解基于Digimat多尺度理論的SFRP結(jié)構(gòu)的力學(xué)聯(lián)合仿真分析。培訓(xùn)涉及Digimat多尺度材料建模理論、材料庫、基于樣件測試結(jié)果的材料逆向標定、Digimat與模流軟件以及結(jié)構(gòu)有限元分析的接口以及基于Digimat RP 的注塑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能CAE分析流程及工程案例。
展開 投影物鏡設(shè)計難點多？OAS跨尺度仿真精準實現(xiàn)
性能優(yōu)化
通過 OAS 專項功能針對性解決投影物鏡傳統(tǒng)設(shè)計痛點：針對多組透鏡引發(fā)的像差耦合問題，啟用軟件像差自動校正與多配置優(yōu)化算法，結(jié)合 MTF、點列圖、波前圖等專業(yè)像質(zhì)評估工具，優(yōu)化透鏡材質(zhì)組合與面形參數(shù)，實現(xiàn)球差、色差的精準校正，顯著提升邊緣視場成像清晰度；
針對系統(tǒng)內(nèi)鬼像、散射等雜散光干擾，利用雜散光分析模塊識別光學(xué)表面反射、支架散射等干擾源，優(yōu)化透鏡增透膜層設(shè)計并增設(shè)遮光結(jié)構(gòu)，有效降低雜散光對成像對比度的影響；針對高數(shù)值孔徑設(shè)計下的波動光學(xué)效應(yīng)，通過 OAS 波動光學(xué)模塊實現(xiàn)偏振光線追跡與電場振幅、相位分析，精準模擬亞波長衍射效應(yīng)，保障高分辨率成像需求。
投影物鏡
惠更斯PSF
波前圖
點列圖
總結(jié)
本案例通過 OAS 光學(xué)軟件的跨尺度仿真、光機一體化建模及多目標優(yōu)化功能，成功突破投影物鏡傳統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了像差精準校正、雜散光有效控制與光學(xué)性能的綜合提升。相較于傳統(tǒng)設(shè)計流程，OAS 的高精度虛擬仿真能力大幅縮短了投影物鏡的研發(fā)迭代周期，降低了物理原型制作成本，驗證了方案的可靠性與實用性。該方案為光刻、投影顯示等領(lǐng)域的投影物鏡高精度設(shè)計提供了高效的技術(shù)支撐，助力高端光學(xué)成像系統(tǒng)的研發(fā)升級。
展開 Digimat多尺度建模技術(shù)體系研究：復(fù)合材料仿真前沿進展
軟件概述與技術(shù)架構(gòu)
Digimat是由e-Xstream engineering（現(xiàn)歸屬Hexagon Manufacturing Intelligence）開發(fā)的專業(yè)復(fù)合材料多尺度建模與仿真平臺。作為當前復(fù)合材料仿真領(lǐng)域的標桿軟件，Digimat采用獨特的多尺度方法學(xué)框架，實現(xiàn)了從微觀纖維/基體界面到宏觀結(jié)構(gòu)性能的跨尺度預(yù)測。
核心技術(shù)特點：
l 材料-工藝-性能一體化建模：集成材料數(shù)據(jù)庫包含500+種常見增強纖維和樹脂基體；
l 多物理場耦合能力：支持力學(xué)-熱學(xué)-電學(xué)耦合分析；
l 工業(yè)接口豐富：與Abaqus、ANSYS、LS-DYNA等主流CAE軟件無縫對接。
2. 核心功能評測
2.1 微觀尺度表征能力
Digimat-MF模塊通過代表性體積單元(RVE)方法，精確預(yù)測復(fù)合材料的局部應(yīng)力/應(yīng)變場。
展開 ICME | Schr?dinger攜手Ansys實現(xiàn)多尺度仿真，以應(yīng)對材料至系統(tǒng)挑戰(zhàn)
樹脂屬性通過分層多尺度建模框架，向上傳遞至鋪層層級屬性，同時進一步了解工藝引起的材料性能波動，以及關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)與屬性關(guān)系。最終，鋪層層級屬性被尺度傳遞到復(fù)合材料層合板屬性，并應(yīng)用于目標物理系統(tǒng)。
線下培訓(xùn) | Digimat 復(fù)合材料多尺度分析 & Adams 剛?cè)狁詈?em>仿真
培訓(xùn)目標：
? Digimat軟件功能和工程應(yīng)用
? 多尺度分析理論以及Digimat的軟件功能實現(xiàn)（含案例操作）。基于上述培訓(xùn)內(nèi)容，讓學(xué)員建立起CFRP材料體系常用多尺度分析的能力，為相關(guān)領(lǐng)域的深入應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
培訓(xùn)費用：培訓(xùn)免費 席位有限 現(xiàn)場參加自備電腦
培訓(xùn)咨詢：龔老師 17721013876
培訓(xùn)報名：
掃碼立即報名
作為多體動力學(xué)分析軟件，Adams擁有廣泛的用戶群體。用戶使用虛擬樣機進行動力學(xué)分析，獲取動態(tài)載荷，實現(xiàn)多場耦合等，切實縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提升競爭力。Adams支持考慮部件的線彈性和非線性彈性，能夠研究部件線性和非線性變形對機械系統(tǒng)性能的影響，也能計算更準確的部件載荷，用于評價結(jié)構(gòu)剛強度和疲勞壽命。Adams剛?cè)狁詈戏治龉δ茏罱K為分析人員提供平衡機械系統(tǒng)強度、靈活性、成本和重量等設(shè)計因素的寶貴建議。
此次培訓(xùn)介紹使用Adams引入結(jié)構(gòu)線彈性柔性體和非線性柔性體，自動生成線彈性柔性體，建立幾何大變形非線性柔性體及Adams-Marc聯(lián)合模擬其它非線性柔性等。
培訓(xùn)大綱：
培訓(xùn)時間：9月12日-13日
培訓(xùn)地點：上海閔行區(qū)華中路6號七寶德必易園A316室
培訓(xùn)目標：
? 了解Adams引入柔性體的必要性；
? 掌握Adams引入柔性體的流程；
? 掌握Adams-Marc聯(lián)合仿真流程。
培訓(xùn)費用：培訓(xùn)免費 席位有限 現(xiàn)場參加自備電腦
培訓(xùn)咨詢：湯經(jīng)理 13795389328
培訓(xùn)報名：
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展開 直播預(yù)告-汽車增強塑料結(jié)構(gòu)多尺度分析及輕量化仿真技術(shù)
Digimat作為一款復(fù)合材料多尺度分析平臺，提供了多尺度材料正&逆向建模、材料數(shù)據(jù)庫、工藝結(jié)果映射及結(jié)構(gòu)多尺度耦合分析、A-&B-許用值虛擬計算等眾多功能，為相關(guān)領(lǐng)域復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的精確分析和優(yōu)化提供了成熟的解決方案。
本次直播，將從多尺度理論展開，輔以真實客戶案例針對性闡述并演示汽車增強塑料結(jié)構(gòu)分析解決方案，分析常用的多尺度材料模型，歡迎預(yù)約報名！
1月19日 14:00
▲ 掃碼參與報名
立即預(yù)定
直播案例搶先看
玻纖增強復(fù)合材料具有密度小、韌性高、成型快、成本低等優(yōu)點，在汽車、電子電器等領(lǐng)域廣泛使用。玻纖增強復(fù)合材料產(chǎn)品通常使用注塑工藝生產(chǎn)，玻纖取向在產(chǎn)品中的分布會存在差異，進而影響產(chǎn)品的最終性能。為了準確預(yù)測玻纖增強復(fù)合材料產(chǎn)品的性能，需要在仿真分析中考慮工藝（如玻纖取向）的影響。
本案例為您詳解延鋒彼歐公司如何使用Digimat對復(fù)合材料尾門內(nèi)板的沖擊性能進行分析應(yīng)用。基于海克斯康旗下的復(fù)合材料多尺度仿真軟件Digimat，用戶可以輕松創(chuàng)建復(fù)合材料材料卡片，將模流仿真分析結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格，從而實現(xiàn)玻纖增強復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的精確仿真。同時，注塑工藝中的熔接線也會使材料強度有顯著下降，因此在仿真中還需要考慮熔接線的影響。Digimat可將模流分析中的熔接線結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)分析網(wǎng)格，以此計入熔接線對產(chǎn)品性能的影響。
復(fù)合材料力學(xué)性能測試
注塑玻纖復(fù)合材料尾門內(nèi)板使用的材料為PP-GF40。考慮三種玻纖取向的試驗樣件，即0°、45°、90°，進行準靜態(tài)拉伸試驗，結(jié)果如圖1所示。
圖1. 準靜態(tài)條件下，不同玻纖取向的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
為了最終預(yù)測沖擊響應(yīng)，還需要考慮材料的應(yīng)變率效應(yīng)。
展開 多尺度算法在增材制造點陣結(jié)構(gòu)仿真分析中的應(yīng)用（上篇）
基于多尺度算法，用戶可以采用等效均質(zhì)化技術(shù)對點陣結(jié)構(gòu)進行有限元分析。并且提取非均質(zhì)化點陣結(jié)構(gòu)的等效材料參數(shù)，在均質(zhì)化等效實體模型宏觀力學(xué)分析后，可以通過局部分析對胞元結(jié)構(gòu)進行詳細的應(yīng)力校核。
圖2 點陣結(jié)構(gòu)分析工具功能
圖3 Workbench點陣結(jié)構(gòu)模塊分析流程
Lattice Simulation功能與優(yōu)勢
Lattice Simulation提供增材制造點陣結(jié)構(gòu)在有限元仿真中涉及的相關(guān)分析功能
均質(zhì)化分析
基于胞元結(jié)構(gòu)類型及在空間上的周期排列特性，進行均質(zhì)化計算，提取等效實體的材料力學(xué)特性。
宏觀分析
采用均質(zhì)化分析得到的等效材料數(shù)據(jù)，并對等效實體點陣結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析，校核點陣結(jié)構(gòu)剛度性能。
細觀校核
考慮胞元外部邊界條件（采用應(yīng)變加載），對其進行詳細的應(yīng)力分析，校核點陣胞元結(jié)構(gòu)強度性能。
圖4 多尺度算法原理圖
圖5 多尺度分析流程圖
Lattice Simulation的優(yōu)勢體現(xiàn)在：
強大的點陣建模功能
- 支持spaceclaim中內(nèi)置點陣結(jié)構(gòu)。
- 支持外部導(dǎo)入點陣類型。
高效求解：大大降低建模難度，高效地實現(xiàn)復(fù)雜點陣結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析。
展開 多尺度算法在增材制造點陣結(jié)構(gòu)仿真分析中的應(yīng)用（下篇）
正如建筑用的空心磚，胞元的應(yīng)用減少了材料的使用，有效幫助實現(xiàn)輕量化，而與此同時，如何保證仍然滿足力學(xué)性能的要求，則成為建模界“才下眉頭、卻上心頭”縈繞不散的要緊事。四種常見的結(jié)構(gòu)包括蜂窩，開孔泡沫，閉孔泡沫，點陣結(jié)構(gòu)。
點陣結(jié)構(gòu)的材料特點是重量輕、高強度比和高特定剛性。并且?guī)砀鞣N熱力學(xué)特征，點陣結(jié)構(gòu)的超輕型結(jié)構(gòu)適合用在抗沖擊/爆炸系統(tǒng)、或者充當散熱介質(zhì)、聲振、微波吸收結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)中。
那么如何解決增材制造點陣結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的CAE分析問題？谷.專欄在前不久特別推薦了《多尺度算法在增材制造點陣結(jié)構(gòu)仿真分析中的應(yīng)用（上篇）》 。本期，谷.專欄將推薦《多尺度算法在增材制造點陣結(jié)構(gòu)仿真分析中的應(yīng)用（下篇）》。
多尺度算法在點陣結(jié)構(gòu)分析中的準確性
上篇介紹了增材點陣結(jié)構(gòu)仿真分析軟件 Lattice Simulation 的多尺度算法，以及 Lattice Simulation是如何高效、快速地幫助用戶解決增材點陣結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的CAE分析問題的。下篇將對 Lattice Simulation 和 ANSYS Discovery 進行分析對比，以說明 Lattice Simulation 多尺度算法在點陣結(jié)構(gòu)分析中的準確性。
圖 1 點陣結(jié)構(gòu)
上篇中提到，Lattice Simulation 是一款用于增材點陣結(jié)構(gòu)分析的工具，具有用戶自定義和內(nèi)置點陣結(jié)構(gòu)設(shè)計兩種方式，已集成在 ANSYS add-in 擴展工具中。基于多尺度算法，用戶可以采用等效均質(zhì)化技術(shù)對點陣結(jié)構(gòu)進行有限元分析。并且提取非均質(zhì)化點陣結(jié)構(gòu)的等效材料參數(shù)，在均質(zhì)化等效實體模型宏觀力學(xué)分析后，可以通過局部分析對胞元結(jié)構(gòu)進行詳細的應(yīng)力校核。
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