屈曲變形的案例
材料力學(xué)之壓桿穩(wěn)定ANSYS特征值屈曲分析
導(dǎo)讀：掌握壓桿不同約束條件的施加和特征值屈曲分析方法，臨界載荷等于施加的載荷乘以特征值。
一、模型演示
以下模型實(shí)驗(yàn)演示了不同邊界條件下受壓桿件的屈曲現(xiàn)象和對(duì)應(yīng)的屈曲變形。實(shí)驗(yàn)中采用塑料尺來(lái)模擬桿件，我們可以感受到使塑料尺發(fā)生屈曲時(shí)所需力的大小。
(1)將塑料尺的一端置于桌面上，另一端用手掌加以固定，下壓塑料尺的頂部并逐步增加壓力，直尺會(huì)突然產(chǎn)生如圖a所示的側(cè)向變形。進(jìn)一步增加壓力，變形也會(huì)相應(yīng)的增大。本實(shí)驗(yàn)演示了兩端鉸支桿件的屈曲現(xiàn)象。
圖a 兩端鉸支
(2)用手指將塑料尺的兩端捏緊，防止其發(fā)生選裝和平動(dòng)。然后對(duì)直尺逐漸施加壓力直至出現(xiàn)如圖b所示的側(cè)向變形。本實(shí)驗(yàn)演示了兩端固定桿件的屈曲現(xiàn)象。可以明顯感受到本實(shí)驗(yàn)所需的臨界壓力要大于前一個(gè)實(shí)驗(yàn)。
圖b 兩端固定
(3)如果在塑料尺中部設(shè)置一側(cè)向支撐，以保證尺子在這點(diǎn)不會(huì)發(fā)生平動(dòng)，則需要施加比第一個(gè)實(shí)驗(yàn)更大的壓力才能使塑料尺發(fā)生如圖c所示的屈曲變形。
圖c 中部側(cè)向支撐
模型演示圖片來(lái)源：英國(guó)曼徹斯特大學(xué)季天健教授。
二、定義和概念
穩(wěn)定性：平衡物體在其原來(lái)平衡狀態(tài)下抵抗干擾的能力。
失穩(wěn)：不穩(wěn)定的平衡物體在任意微小的外界干擾下的變化或破壞過(guò)程，也稱為屈曲。
臨界載荷：使結(jié)構(gòu)介于穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡之間的載荷，或使結(jié)構(gòu)處于屈曲臨界狀態(tài)的載荷。
平衡的三種狀態(tài)：穩(wěn)定平衡、隨遇平衡（臨界狀態(tài)）、不穩(wěn)定平衡。
三、問(wèn)題描述
鋼板尺子長(zhǎng)度500mm，寬度39mm，厚度1.2mm。彈性模量E= 200 GPa，泊松比u =0.3。
分別受以下4種約束作用：
(1)兩端鉸支，
(2)一端固定、另一端自由，
(3)一端固定、另一端鉸支，
(4)兩端固定。
計(jì)算在各種約束情況下的臨界載荷。
展開(kāi) Workbench中進(jìn)行屈曲分析
2）在Egenvalue Buckling中設(shè)置好屈曲模態(tài)階數(shù)后（在下圖中Details of “Analysis Setting”中輸入Max Modes to Find），點(diǎn)解solve，進(jìn)行特征值屈曲分析。
3）求解結(jié)束后，可以查看屈曲變形模態(tài)和特征值。注意，這里的變形并不是結(jié)構(gòu)屈曲時(shí)真正的變形值，只是一個(gè)變形形態(tài)的示意。
非線性屈曲分析
對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，非線性屈曲聽(tīng)起來(lái)高深莫測(cè)，其實(shí)，除了計(jì)算機(jī)更累，對(duì)我們來(lái)說(shuō)，也增加不了多少活。
非線性屈曲的流程如下：
1）進(jìn)行線性屈曲分析，操作步驟同上，就不再贅述。這一步其實(shí)也可以不需要，本文中是為了施加一個(gè)初始的缺陷。
2）進(jìn)行初始缺陷設(shè)定。采用APDL進(jìn)行缺陷設(shè)定，需要輸入如下圖中文本所示的命令。
3）在FE Modeler中設(shè)定好缺陷的模型。
4）進(jìn)行非線性屈曲分析。非線性屈曲分析與極限載荷分析操作類似，不同之處在于極限載荷分析是在小變形前提下進(jìn)行，而非線性屈曲分析需要打開(kāi)大變形開(kāi)關(guān)進(jìn)行分析。注意載荷步的設(shè)置，太粗的載荷步可能會(huì)使得計(jì)算跳過(guò)屈曲載荷點(diǎn)，捕捉不到屈曲載荷。
來(lái)源：一起CAE吧
展開(kāi) 仿真APP應(yīng)用案例——煤氣罐屈曲分析
對(duì)煤氣罐進(jìn)行屈曲分析，成為保障其安全使用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
一、為什么要對(duì)煤氣罐進(jìn)行屈曲分析？
煤氣罐在使用過(guò)程中，承受著內(nèi)部燃?xì)鈮毫Α⒆陨碇亓σ约翱赡艿耐獠繘_擊等多種載荷。當(dāng)這些載荷達(dá)到一定程度時(shí)，煤氣罐的結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生屈曲現(xiàn)象。屈曲，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是結(jié)構(gòu)在特定載荷下突然失去原有的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，發(fā)生較大的變形。這種變形可能導(dǎo)致煤氣罐的局部甚至整體失效，進(jìn)而引發(fā)燃?xì)庑孤⒈ǖ葹?zāi)難性后果。
從實(shí)際案例來(lái)看，一些煤氣罐由于長(zhǎng)期使用、受到外力撞擊或者內(nèi)部壓力異常等原因，出現(xiàn)了不同程度的屈曲變形，最終導(dǎo)致了嚴(yán)重的安全事故。
通過(guò)屈曲分析，可以提前預(yù)測(cè)煤氣罐在各種工況下的穩(wěn)定性，確定其能夠承受的極限載荷。這有助于在設(shè)計(jì)階段優(yōu)化煤氣罐的結(jié)構(gòu)，選擇合適的材料和尺寸，確保其在正常使用條件下不會(huì)發(fā)生屈曲失效。在煤氣罐的使用和維護(hù)過(guò)程中，屈曲分析的結(jié)果可以為安全評(píng)估提供依據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)或更換，保障用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全。
二、對(duì)煤氣罐進(jìn)行屈曲分析的方法有哪些？
傳統(tǒng)上，對(duì)煤氣罐進(jìn)行屈曲分析主要有理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試兩種方法。
理論計(jì)算方法基于力學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型，通過(guò)建立煤氣罐的結(jié)構(gòu)力學(xué)方程，求解其在不同載荷條件下的屈曲臨界載荷。例如，對(duì)于簡(jiǎn)單形狀的煤氣罐，可以利用經(jīng)典的彈性力學(xué)理論，如薄板理論、薄殼理論等，推導(dǎo)出相應(yīng)的屈曲計(jì)算公式。然而，這種方法往往需要對(duì)煤氣罐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量的簡(jiǎn)化假設(shè)，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的煤氣罐，計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)際情況存在較大偏差。而且，理論計(jì)算過(guò)程通常較為繁瑣，需要具備深厚的力學(xué)和數(shù)學(xué)知識(shí)，對(duì)于一般的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，實(shí)施難度較大。
實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法則是通過(guò)對(duì)實(shí)際的煤氣罐或其模型施加模擬載荷，觀察其在載荷作用下的變形情況，直接測(cè)量屈曲臨界載荷。常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)方法包括液壓加載實(shí)驗(yàn)、氣壓加載實(shí)驗(yàn)等。
展開(kāi) MSC.Nastran 屈曲分析
MSC.Nastran 屈曲分析
線性穩(wěn)定性分析也稱為屈曲分析(Buckling),是和分枝載荷的計(jì)算以及模態(tài)形狀有關(guān)的問(wèn)題，是結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的失效模式之一。例如，當(dāng)細(xì)長(zhǎng)柱體在端部承受漸增的壓力P作用時(shí)，在外力達(dá)到某一臨界值Pc。以前，柱體產(chǎn)生均勻的壓應(yīng)變，超過(guò)該臨界值，結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，變形急劇增大，最后導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的失效。結(jié)構(gòu)產(chǎn)生屈曲的臨界載荷稱為屈曲載荷(Buckling Load),結(jié)構(gòu)屈曲變形的形狀稱為屈曲模式(Buckling Mode)。
對(duì)短柱而言，在載荷未達(dá)到屈曲以前，結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到屈服應(yīng)力(Yielding Stress),此時(shí)結(jié)構(gòu)力學(xué)行為主要受應(yīng)力主宰(Dominant)。按歐拉(Euler)理論長(zhǎng)柱的細(xì)長(zhǎng)比(L/K)(L：柱長(zhǎng)；K：柱截面回轉(zhuǎn)半徑)超過(guò)臨界細(xì)長(zhǎng)比(L/K)。,結(jié)構(gòu)行為受屈曲主宰，即屈曲為結(jié)構(gòu)最可能的失效模式，此時(shí)結(jié)構(gòu)屈曲分析就具有了特殊的意義。當(dāng)然，歐拉屈曲應(yīng)力是按彈性理論推導(dǎo)的，并不適用于塑性結(jié)構(gòu)，故柱的實(shí)際屈曲載荷與細(xì)長(zhǎng)比的關(guān)系如圖中的虛線所示，對(duì)短柱而言，歐拉屈曲理論誤差較大，但長(zhǎng)柱屈曲理論值與實(shí)驗(yàn)值則相當(dāng)吻合(見(jiàn)圖1).
穩(wěn)定性分析分為兩個(gè)不同的階段，第一階段中，將在結(jié)構(gòu)上施加一組外載荷，然后計(jì)算相應(yīng)的內(nèi)力。
展開(kāi) 
基于多點(diǎn)位移控制增量的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析
（三）計(jì)算結(jié)果：
網(wǎng)殼的最終屈曲變形形狀如下圖：
荷載位移曲線：
從上述結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)在此種荷載模式下的最大基底反力約為0.9e6N。同樣對(duì)該結(jié)構(gòu)，采用常規(guī)的弧長(zhǎng)法（static，riks）進(jìn)行分析，與采用多點(diǎn)位移控制的曲線對(duì)比如下圖：
從計(jì)算結(jié)果可以看出，采用本研究的多點(diǎn)位移控制和弧長(zhǎng)法計(jì)算結(jié)果基本一致，表明了采用約束方程實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位移控制的非線性屈曲的準(zhǔn)確性。
計(jì)算環(huán)境與計(jì)算時(shí)長(zhǎng)：
計(jì)算環(huán)境：AMD3900X 12核CPU，內(nèi)存16G
計(jì)算時(shí)采用USE multiprocessors設(shè)為12，multiprocessing model采用MPI
計(jì)算時(shí)長(zhǎng)：多點(diǎn)位移控制技術(shù)和采用弧長(zhǎng)法計(jì)算時(shí)長(zhǎng)均為200s左右。
結(jié)論：采用約束方程+位移加載可以有效地實(shí)現(xiàn)特定荷載分布下的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)非線性屈曲分析，從而改善荷載增量法無(wú)法得到下降段的缺陷，是一種堪比弧長(zhǎng)法的高效靜力非線性計(jì)算方法。同時(shí)，該方法相對(duì)于弧長(zhǎng)法來(lái)說(shuō)，其可以在該step后添加其他step，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)屈曲后繼續(xù)承載下的結(jié)構(gòu)分析，是一種高效的計(jì)算方法。另外，在同樣是靜力非線性分析的pushover分析中，也可以采用此方法實(shí)現(xiàn)pushover震后承載力分析。
展開(kāi) [轉(zhuǎn)帖]船舶碰撞同步損傷過(guò)程研究MSC.Dytran
2.撞擊船艏部結(jié)構(gòu)的損傷變形
撞擊船艏結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞后的損傷變形情況，如圖4所示。
圖4 船艏結(jié)構(gòu)損傷變形
艦艏碰撞局部區(qū)域的損傷變形，如圖5所示。
圖5 船艏結(jié)構(gòu)損傷變形(局部)
從圖5中可以看出，艏部結(jié)構(gòu)的變形不大，艏部外板發(fā)生了一定程度的屈曲變形，與船側(cè)直接碰撞的區(qū)域發(fā)生了較大的壓潰變形。
船舶碰撞同步損傷過(guò)程研究MSC.Dytran
2.撞擊船艏部結(jié)構(gòu)的損傷變形
撞擊船艏結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞后的損傷變形情況，如圖4所示。
圖4 船艏結(jié)構(gòu)損傷變形
艦艏碰撞局部區(qū)域的損傷變形，如圖5所示。
圖5 船艏結(jié)構(gòu)損傷變形(局部)
從圖5中可以看出，艏部結(jié)構(gòu)的變形不大，艏部外板發(fā)生了一定程度的屈曲變形，與船側(cè)直接碰撞的區(qū)域發(fā)生了較大的壓潰變形。
裝配式鋼結(jié)構(gòu)桁架梁承載力性能研究
該模型采用靜態(tài)分析，在求解過(guò)程中，考慮模型的幾何非線性、材料非線性以及應(yīng)力剛化效應(yīng)，求解類型選擇“大變形靜力”，迭代方式按照默認(rèn)選項(xiàng)，輸出計(jì)算的所有的荷載步和子步的結(jié)果。
第一，應(yīng)力分布。通過(guò)有限元非線性分析,對(duì)裝配式鋼結(jié)構(gòu)桁架梁在豎向荷載下的極限承載能力、變形特性和破壞形態(tài)進(jìn)行探究，從而找到桁架梁的受力薄弱區(qū)域，對(duì)應(yīng)力分布和發(fā)展規(guī)律做進(jìn)一步研究，從本質(zhì)上獲得鋼桁架梁的工作性能和破壞機(jī)理。
試驗(yàn)結(jié)果顯示，5種跨度的桁架梁在極限荷載作用下的應(yīng)力分布規(guī)律基本一致，同種跨度下不同弦桿尺寸的桁架梁在極限荷載作用下的應(yīng)力分布規(guī)律也基本一致。弦桿應(yīng)力大于腹桿，弦桿受壓承受彎矩，腹桿受剪力，所有桁架梁滿足規(guī)范“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)要求。
第二，變形情況。由于鋼桁架梁位移主要體現(xiàn)在豎向撓度上，因此得到極限荷載作用下的z向位移云圖。
實(shí)驗(yàn)顯示，極限豎向荷載作用下， z向位移最大值位于梁跨中弦桿處。跨度越大、弦桿尺寸越小，跨中位移越大，但總體的變形分布規(guī)律一致。考慮到z向位移在整體變形中起控制作用，故提取5種跨度梁的z向位移最大點(diǎn)的z向位移及對(duì)應(yīng)的豎向荷載值，繪制各跨度桁架梁的荷載位移曲線。
試驗(yàn)顯示，各個(gè)跨度下桁架梁模型z向荷載位移曲線發(fā)展趨勢(shì)基本一致。豎向荷載較小時(shí)，荷載—位移曲線成線性分布，結(jié)構(gòu)處于彈性階段；隨著荷載逐漸加大，桁架梁跨中上弦桿先達(dá)到屈服；繼續(xù)加大豎向荷載作用，桁架梁跨中弦桿處屈曲變形急速增長(zhǎng)，表現(xiàn)出塑性特征。
通過(guò)試驗(yàn)可以看出，增加弦桿尺寸可以有效地增大桁架梁的承載力，但也不是無(wú)限的增加。幾種桁架梁極限荷載為屈服荷載的1.3倍左右，使得構(gòu)件從屈服到破壞有一定的安全空間，可保證構(gòu)件安全有效。
展開(kāi) 一類高性能隔振器：準(zhǔn)零剛度隔振技術(shù)
圖1 預(yù)壓縮水平彈簧準(zhǔn)領(lǐng)剛度隔振器
圖2 磁鐵式準(zhǔn)零剛度隔振器
二、利用特定形狀
利用特定形狀的結(jié)構(gòu)力-形變之間的非線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)零剛度是一種更為直接的方法，如彈性曲梁結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3），梁的屈曲變形亦是一種簡(jiǎn)捷有效實(shí)現(xiàn)高靜態(tài)低動(dòng)態(tài)剛度的方式，如歐拉梁低頻隔振器即是以梁的屈曲態(tài)為靜平衡態(tài)，實(shí)現(xiàn)了低動(dòng)態(tài)剛度。
圖3 彈性曲梁式準(zhǔn)領(lǐng)剛度隔振器
三、全新隔振機(jī)理
現(xiàn)有準(zhǔn)零剛度隔振器，大多是在上述兩類原理的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、負(fù)載安裝困難等缺點(diǎn)，目前少見(jiàn)工程應(yīng)用。近年來(lái)，一些學(xué)者不再拘泥于現(xiàn)有原理和結(jié)構(gòu)，利用全新機(jī)理實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)零剛度。
圖4結(jié)構(gòu)采用超彈形狀記憶合金梁作為彈性元件實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)零剛度，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到壓縮時(shí)，記憶金屬梁會(huì)被拉伸，通過(guò)記憶金屬梁提供的非線性回復(fù)力。
圖4記憶合金梁式準(zhǔn)零剛度隔振器
懸置波紋管式隔振器也是一類新型準(zhǔn)零剛度隔振器（見(jiàn)圖5），波紋管容器內(nèi)封裝由液壓油和充氣小波紋管單元體組成的液固混合介質(zhì)形成波紋管隔振器，波紋管隔振器利用液壓油傳遞壓強(qiáng)，通過(guò)壓縮充氣小波紋管提供彈性。波紋管隔振器具有分段線性的剛度特性，而通過(guò)圖5所示機(jī)構(gòu)將波紋管容器懸置，在結(jié)構(gòu)受壓時(shí)使波紋管容器受拉，即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)零剛度。
5 懸置波紋管式隔振器
分子彈簧隔振器（見(jiàn)圖6）也是一種新型準(zhǔn)零剛度隔振器。
展開(kāi) SimSolid 在汽車零部件開(kāi)發(fā)中應(yīng)用的可行性調(diào)研及實(shí)踐
鈑金擺臂支反力的分析結(jié)果如表2所示，當(dāng)變形在10mm以內(nèi)，兩個(gè)軟件的結(jié)果相差約10%，當(dāng)位移達(dá)到16mm時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲變形，這時(shí)結(jié)構(gòu)的極限載荷最大，SimSolid 和 Abaqus 都計(jì)算出這個(gè)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)突變響應(yīng)，這說(shuō)明 SimSolid 同樣適用于材料非線性及幾何非線性分析，這一點(diǎn)在工程應(yīng)用上很關(guān)鍵，可以在設(shè)計(jì)前期評(píng)估結(jié)構(gòu)的極限承載能力。
表2 分析結(jié)果
這里需要補(bǔ)充說(shuō)明，計(jì)算零部件的非線性屈曲載荷，也可以直接一次施加強(qiáng)制位移的方式求解，具體設(shè)置如下圖5所示，幾何非線性求解設(shè)置為增量負(fù)載，載荷步數(shù)10（步數(shù)越大，位移-載荷曲線越光滑，當(dāng)然計(jì)算資源需求越高）。增量負(fù)載提供了加載歷史，其中包含了指定的加載增量數(shù)量的結(jié)果，用于非線性屈曲分析，以確定可能發(fā)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的載荷。
圖5 求解設(shè)置
3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)罩的可行性論證
選取某車型的后保險(xiǎn)杠，開(kāi)展了模態(tài)及表面剛度分析。后保險(xiǎn)杠連接點(diǎn)數(shù)量較多，包括螺栓、卡扣等。采用傳統(tǒng)有限元方法需要手動(dòng)定義簡(jiǎn)化的剛性連接MPC，耗時(shí)較長(zhǎng)，如圖6所示。SimSolid 通過(guò)定義搜索間隙及容差，可實(shí)現(xiàn)高效的自動(dòng)連接，接觸類型為綁定，接觸分辨率增強(qiáng)，如圖7所示。
圖6 有限元模型
圖7 SimSolid 自動(dòng)連接模型
同時(shí)，為了提高薄板結(jié)構(gòu)的計(jì)算精度，可以自定義求解設(shè)置，如圖8.1所示。為了提高計(jì)算速度，可以最大化利用硬件資源，設(shè)置如圖8.2所示，核數(shù)越高，計(jì)算速度越快。
圖8.1 求解設(shè)置
8.2硬件設(shè)置
最后統(tǒng)計(jì)了兩種方法的仿真效率及精度結(jié)果，如下表3、表4所示。
展開(kāi) 行業(yè)分享丨SimSolid 在汽車零部件開(kāi)發(fā)中應(yīng)用的可行性調(diào)研及實(shí)踐
鈑金擺臂支反力的分析結(jié)果如表2所示，當(dāng)變形在10mm以內(nèi)，兩個(gè)軟件的結(jié)果相差約10%，當(dāng)位移達(dá)到16mm時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲變形，這時(shí)結(jié)構(gòu)的極限載荷最大，SimSolid 和 Abaqus 都計(jì)算出這個(gè)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)突變響應(yīng)，這說(shuō)明 SimSolid 同樣適用于材料非線性及幾何非線性分析，這一點(diǎn)在工程應(yīng)用上很關(guān)鍵，可以在設(shè)計(jì)前期評(píng)估結(jié)構(gòu)的極限承載能力。
表2 分析結(jié)果
這里需要補(bǔ)充說(shuō)明，計(jì)算零部件的非線性屈曲載荷，也可以直接一次施加強(qiáng)制位移的方式求解，具體設(shè)置如下圖5所示，幾何非線性求解設(shè)置為增量負(fù)載，載荷步數(shù)10（步數(shù)越大，位移-載荷曲線越光滑，當(dāng)然計(jì)算資源需求越高）。增量負(fù)載提供了加載歷史，其中包含了指定的加載增量數(shù)量的結(jié)果，用于非線性屈曲分析，以確定可能發(fā)生結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的載荷。
圖5 求解設(shè)置
3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)罩的可行性論證
選取某車型的后保險(xiǎn)杠，開(kāi)展了模態(tài)及表面剛度分析。后保險(xiǎn)杠連接點(diǎn)數(shù)量較多，包括螺栓、卡扣等。采用傳統(tǒng)有限元方法需要手動(dòng)定義簡(jiǎn)化的剛性連接MPC，耗時(shí)較長(zhǎng)，如圖6所示。SimSolid 通過(guò)定義搜索間隙及容差，可實(shí)現(xiàn)高效的自動(dòng)連接，接觸類型為綁定，接觸分辨率增強(qiáng)，如圖7所示。
圖6 有限元模型
圖7 SimSolid 自動(dòng)連接模型
同時(shí)，為了提高薄板結(jié)構(gòu)的計(jì)算精度，可以自定義求解設(shè)置，如圖8.1所示。為了提高計(jì)算速度，可以最大化利用硬件資源，設(shè)置如圖8.2所示，核數(shù)越高，計(jì)算速度越快。
圖8.1 求解設(shè)置
8.2硬件設(shè)置
最后統(tǒng)計(jì)了兩種方法的仿真效率及精度結(jié)果，如下表3、表4所示。
展開(kāi) 
Science子刊：呂堅(jiān)團(tuán)隊(duì)全球首創(chuàng)陶瓷4D打印！
3D打印出的陶瓷前驅(qū)體不僅是軟的，而且具有彈性，可以拉伸至超過(guò)3倍于材料本身的長(zhǎng)度，這為4D打印提供了自變形組裝的可能。
打印陶瓷折紙結(jié)構(gòu)
然后他們實(shí)現(xiàn)了陶瓷折紙結(jié)構(gòu)。3D打印的彈性體結(jié)構(gòu)可以在金屬絲的輔助下折疊變形，經(jīng)過(guò)熱處理彈性體轉(zhuǎn)化為陶瓷，然后金屬絲可以被硝酸銷蝕掉，最后只剩下陶瓷結(jié)構(gòu)。他們由此構(gòu)建了復(fù)雜陶瓷折紙結(jié)構(gòu)，包括蝴蝶、悉尼歌劇院、玫瑰、和裙子。
注：本報(bào)道圖片中所有未標(biāo)注的線狀比例尺均為1厘米。
4D打印陶瓷：方法一
在方法一中，他們?cè)O(shè)計(jì)制造了可編程自動(dòng)雙軸拉伸裝置，將3D打印的基底在兩個(gè)方向進(jìn)行預(yù)拉伸，拉伸的速度由電機(jī)編程控制。在拉伸狀態(tài)下的基底上打印設(shè)計(jì)好的連接點(diǎn)，用于連接基底和其上的3D打印得到的主結(jié)構(gòu)。等連接點(diǎn)固化后，在電機(jī)控制下釋放基底中的預(yù)應(yīng)力，主結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生屈曲變形，與基底一起形成4D打印的彈性體結(jié)構(gòu)，熱處理后進(jìn)而形成4D打印的陶瓷結(jié)構(gòu)。他們由此構(gòu)建了經(jīng)典的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三浦折疊（Miura-ori）。
4D打印陶瓷：方法二
在方法二中，陶瓷前驅(qū)體墨水按照設(shè)計(jì)好的紋路被打印在預(yù)拉伸的陶瓷前驅(qū)體上，然后預(yù)應(yīng)力被釋放時(shí)，就會(huì)發(fā)生4D變形。
他們以幾個(gè)有代表性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為例子，其中包括彎曲，螺旋，和馬鞍面。陶瓷前驅(qū)體上的變形，可以通過(guò)在其表面所打印的紋路參數(shù)來(lái)編程設(shè)計(jì)，譬如紋路的疏密程度，與拉伸方向的夾角等。
優(yōu)點(diǎn)一：
當(dāng)需要制造一系列相似形狀的陶瓷時(shí)，這種4D打印的概念就會(huì)體現(xiàn)出時(shí)間上的高效。因?yàn)橹恍枰粋€(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，就可以衍生出一系列的形狀上相似且連續(xù)可變的結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)的3D打印只能一個(gè)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)一個(gè)結(jié)構(gòu)。
展開(kāi) 汽車底盤系統(tǒng)的解決方案
所以轉(zhuǎn)向管柱及點(diǎn)火鎖的組合機(jī)構(gòu)必須具有較高抵抗變形與抗扭轉(zhuǎn)的性能，才能保證在較大的外力矩下不發(fā)生破壞。
（2）控制臂計(jì)算
車輛碰到路沿時(shí)，下控制臂發(fā)生了屈曲變形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對(duì)比。
（3）控制臂拓?fù)鋬?yōu)化分析
按照減重目標(biāo)進(jìn)行剛度優(yōu)化，在重量減少的同時(shí)滿足剛度最大的要求，Abaqus/ATOM可以在Abaqus/CAE界面下進(jìn)行非線性優(yōu)化，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更合理、使用材料更少的產(chǎn)品。
（4）轉(zhuǎn)向節(jié)承載力分析
轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向橋上的主要零件之一，能夠使汽車穩(wěn)定行駛并靈敏傳遞行駛方向，轉(zhuǎn)向節(jié)的共用是承受汽車前部載荷，支撐并帶動(dòng)前輪繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)而使汽車轉(zhuǎn)向。在汽車行駛狀態(tài)下，它承受著多變的沖擊載荷，因此，要求其具有很高的強(qiáng)度。
（5）剎車嘯聲分析
制動(dòng)器嘯聲是汽車噪聲的重點(diǎn)考慮因素。傳統(tǒng)的分析，不容易考慮制動(dòng)鉗預(yù)緊力和摩擦阻尼的影響，需要分析者具有大量的使用經(jīng)驗(yàn)，致使分析結(jié)果不理想。Abaqus可以方便的引入預(yù)緊力和摩擦的影響，并利用復(fù)模態(tài)分析方法，輕松求解系統(tǒng)的復(fù)特征問(wèn)題，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。
（6）盤式制動(dòng)器壓力容積分析
壓力容積指的是制動(dòng)時(shí)由于制動(dòng)器受力變形引起的制動(dòng)液補(bǔ)液量，體現(xiàn)了整個(gè)制動(dòng)器系統(tǒng)的剛度。影響制動(dòng)系統(tǒng)壓力容積的因素包括摩擦片的壓縮率，各部件的設(shè)計(jì)剛度等等。壓力容積大小與制動(dòng)踏板的行程直接相關(guān)，用Abaqus可以分析整個(gè)盤式制動(dòng)器總成的壓力容積（所需液量）。
（7）剎車盤熱固耦合分析
剎車過(guò)程中，因?yàn)閯x車盤與剎車片之間的相互作用，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，有時(shí)剎車盤溫度可以上升至700攝氏度，如果設(shè)計(jì)不合理，在熱應(yīng)力的作用下，剎車盤上會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的裂紋。利用Abaqus強(qiáng)大的傳熱以及熱固耦合分析可以對(duì)剎車盤上的溫度以及熱應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。
展開(kāi) 多目標(biāo)優(yōu)化中文文獻(xiàn)
多目標(biāo)優(yōu)化
Pareto遺傳算法在貨位配置中的應(yīng)用研究.pdf
PSO算法在工程優(yōu)化問(wèn)題中的應(yīng)用.PDF
采用改進(jìn)PSO的非線性系統(tǒng)T_S模糊模型辯識(shí).pdf
帶陰性選擇的粒子群優(yōu)化算法.pdf
單純形-多目標(biāo)粒子群優(yōu)化方法的混合算法.PDF
導(dǎo)彈運(yùn)輸發(fā)射車動(dòng)態(tài)參數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化.pdf
電力公司購(gòu)電、配電計(jì)劃的多目標(biāo)優(yōu)化算法.pdf
電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化中PSO算法的改進(jìn)研究.pdf
動(dòng)態(tài)優(yōu)化環(huán)境下的群核進(jìn)化粒子群優(yōu)化方法.pdf
多目標(biāo)調(diào)度模型在尼山水庫(kù)的應(yīng)用.pdf
多目標(biāo)決策在高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備采購(gòu)中的應(yīng)用.pdf
多目標(biāo)識(shí)別的聯(lián)合變換相關(guān)器的研究.pdf
多目標(biāo)優(yōu)化方法檢測(cè)隨機(jī)受迫系統(tǒng)的混沌現(xiàn)象以及在心率變異信號(hào)分析中的應(yīng)用.PDF
多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法的收斂性定義及實(shí)例研究.pdf
多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法在飛航導(dǎo)彈設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdf
多目標(biāo)最優(yōu)化的粒子群算法.PDF
番茄形態(tài)結(jié)構(gòu)模型參數(shù)的多目標(biāo)擬合估算方法研究.pdf
復(fù)合材料層合板蠕變屈曲與變形的優(yōu)化問(wèn)題.pdf
改進(jìn)的多目標(biāo)粒子群算法.pdf
改進(jìn)的基本粒子群優(yōu)化算法.PDF
隱身性能約束的多目標(biāo)氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf
一種解決多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題改進(jìn)的進(jìn)化規(guī)劃算法.pdf
一種基于多Agent的進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化算法.pdf
展開(kāi) ANSYS經(jīng)典案例在Workbench中實(shí)現(xiàn)之薄壁結(jié)構(gòu)的屈曲與后屈曲分析
在結(jié)構(gòu)屈曲初始狀態(tài)下，肉眼很難觀測(cè)到結(jié)構(gòu)屈曲的發(fā)生，但是，實(shí)際上結(jié)構(gòu)屈曲已經(jīng)產(chǎn)生。
結(jié)構(gòu)初始屈曲變形
結(jié)構(gòu)最終狀態(tài)下變形云圖
圖10 結(jié)構(gòu)整體變形云圖
注：用戶需要校核收斂控制產(chǎn)生的額外能量（stabilizationenergy），并與結(jié)構(gòu)應(yīng)變能進(jìn)行對(duì)比，前者應(yīng)遠(yuǎn)小于后者，計(jì)算才相對(duì)可靠。
另外，本案例僅對(duì)結(jié)構(gòu)非線性屈曲的仿真方法進(jìn)行描述。雖然本案例中的模型取材于某文獻(xiàn)中的參考模型，但是，由于并非所有輸入都與文獻(xiàn)中輸入一致，有的甚至缺少相應(yīng)輸入，所以結(jié)果與文獻(xiàn)中有所偏差。
展開(kāi) 