剛度
關(guān)注創(chuàng)建者：xiaofly 創(chuàng)建時間：2016-06-03
剛度的視頻教程
Hyperworks橫向穩(wěn)定桿六面體網(wǎng)格劃分、線剛度&扭轉(zhuǎn)剛度&側(cè)傾角剛度和疲勞應力及疲勞壽命的仿真分析實例視頻教程
模型文件及課件.zip 本課程詳細介紹了如何利用hyperworks軟件對橫向穩(wěn)定桿進行六面體網(wǎng)格劃分、穩(wěn)定桿線剛度&扭轉(zhuǎn)剛度&側(cè)傾角剛度和疲勞應力及疲勞壽命（Twist工況下的臺架疲勞壽命，包括了SN曲線的簡單介紹以及疲勞仿真分析精度的影響因素）進行仿真分析。（從頭操作到尾的實例教程，感興趣的可以跟著作者一塊做~）
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齒輪嚙合剛度和傳遞誤差的計算及不同軟件結(jié)果的對比并基于Abaqus計算演示
本課程主要為基于Abaqus的齒輪嚙合剛度和傳遞誤差的計算及不同軟件結(jié)果的對比，詳細課程主要包括以下內(nèi)容： 1、齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)激勵系統(tǒng)介紹； 2、介紹了嚙合剛度基礎(chǔ)知識，包括嚙合剛度的定義和嚙合剛度的周期性； 3、介紹了傳遞誤差基礎(chǔ)知識，包括什么是傳遞誤差，傳遞誤差和嚙合剛度的關(guān)系； 4、基于Abaqus計算了齒輪的嚙合剛度和傳遞誤差并和其他軟件進行比較； 5、詳細展示了Abaqus
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基于hyperworks與nastran的車身原點動剛度與IPI仿真分析教程
高的接附點動剛度提升了安裝點動剛度和安裝點隔振襯套的剛度比，同時增加了安裝點對發(fā)動機、路面激勵的隔振作用。
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剛度的實例教程
我們知道，懸置支架的剛度設計原則一般是大于懸置剛度十倍以上。那么這是什么原因呢？我們來找一下文獻看到有以下描述：
但是這樣的解釋至少讓我還有些困惑，剛度變小，隔振率不是更高嗎？為何系統(tǒng)實際的剛度比期望剛度低就達不到隔振效果？讓我們來仔細分析一下這個問題。
傳遞率
傳遞率(Transmissibility)是我們評價懸置減振效果的一個重要指標。一般情況下，隔振率應該在20dB以上，也就是傳遞率應該低于0.1，單自由度系統(tǒng)的傳遞率推導如下所示。
雖然僅僅是簡化的單自由度模型，但是我們工程上還是常用這種模型來進行半定量的計算（通常忽略阻尼比），上述的公式推導出來的傳遞率結(jié)果是這樣的。
在此模型下，剛度越低，固有頻率越小，傳遞率越低。所以這也是我困惑的來源。
三自由度模型
實際上問題出在思考的模型。如果考慮支架剛度，我們必須使用三自由度模型，而非單自由度模型。我們建立如下三自由度模型，并通過三組不同的參數(shù)設置來進行分析：支架剛度分別為懸置剛度的1倍，5倍和10倍。
給上支架同樣的簡諧激勵，我們可仿真得下支架的頻率響應，如下圖所示。
從仿真結(jié)果我們可以得到以下結(jié)論：
三自由度系統(tǒng)存在三個模態(tài)。小的支架剛度確實會使系統(tǒng)三個模態(tài)的頻率前移。
由傳遞率一節(jié)我們知道，懸置固有頻率越小對傳遞率越有好處。但是從結(jié)果我們看到，三自由度模型和單自由度模型（單自由度為懸置，上下支架剛度無限大）完全不同。三個自由度模型顯示即使支架剛度小造成固有頻率前移，下支架的響應并不一定減小。
支架剛度高使系統(tǒng)整體模態(tài)頻率后移，且響應幅值亦會降低。
到此為止，我們就應該比較清楚了。
展開 image_process=/format,webp/quality,q_40" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202402/attachment/7f2ca2c57b384cd28fb348e930d772ab.bmp">
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</div><p><br></p><p>同時，穩(wěn)定桿的剛度又分為線剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和側(cè)傾角剛度，為了對剛度進行計算，我們運用hyperworks軟件，對穩(wěn)定桿進行六面體網(wǎng)格劃分，</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202402/attachment/3cd5d069914f41a388e409ecad514d89.png" style="text-align: center">
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展開 其可以直接導出full文件中的矩陣數(shù)據(jù)，而通過我下面給大家提供的源代碼便可以直接將導出的質(zhì)量矩陣與剛度矩陣直接轉(zhuǎn)化為matlab中可使用變量，實現(xiàn)我們的矩陣提取操作。
Hbmat法：
! 提取剛度矩陣
/AUX2
FILE,'file',full ! 將’file’改為自己路徑下的.full文件名
HBMAT, 'Stiffness_mat', dat, , ASCII, STIFF, YES, YES !剛度矩陣
HBMAT, 'Mass_mat', dat, ,ASCII, MASS, YES, YES ! 質(zhì)量矩陣
FINISH
成功導出后你會在你的工作路徑中看到儲存在Ansys中的剛度矩陣與質(zhì)量矩陣。
2.2GUI方法
目前大部分此類教程都忽略了最基本的GUI方法，可能是自動帶入了經(jīng)驗豐富的工程師角色，但對于初學者而言，GUI方法十分有助于理解與學習有限元軟件，因此我也將介紹提取剛度質(zhì)量矩陣的GUI方法。
從而我們便能導出所需要的剛度矩陣與質(zhì)量矩陣源文件了。
3.源代碼的使用與轉(zhuǎn)換（使用方法）
我們打開所導出剛度矩陣會發(fā)現(xiàn)里面的數(shù)字比較混亂，一時間分不出哪些是我們需要的數(shù)據(jù)，也沒有辦法直接拿它用來計算，這時，我們便需要使用我們自己的矩陣轉(zhuǎn)換m文件，其可以自動幫我們提取出剛度矩陣與質(zhì)量矩陣，并生成matlab中的矩陣變量形式，我們可以直接運用這段源代碼來進行操作。
展開 3.計算動剛度及阻尼
根據(jù)下面公式計算動剛度：
其中mm為負載質(zhì)量，ω=2πf。
得到的動剛度也是以復數(shù)形式，其中
Kd′=Re(Kd?)（儲能剛度）
Kd′′=Im(Kd?)（損耗剛度）
損耗因子tan?δ=Kd′′/Kd′。
4.結(jié)果驗證
a.在低頻段（如5Hz），動剛度應接近靜態(tài)剛度（可通過獨立靜態(tài)測試驗證;
b.檢查傳遞函數(shù)的共振頻率是否合理，排除夾具共振干擾。
示例
假設對測點1的加速度信號a1(t)進行FFT后，得到某一頻率ω下的復數(shù)加速度：
幅值為：
相位為：
這表示在頻率ω下，測點1的加速度信號幅值為0.583（單位與原始信號一致），相位滯后30.96°。
測試與仿真
在動力學仿真中常直接使用單元代替腳墊，此時需要根據(jù)上述測試獲得到的動剛度及阻尼數(shù)據(jù)參數(shù)來描述定義單元參數(shù)。
大多數(shù)CAE軟件（如ANSYS、ABAQUS、Nastran）中，彈簧單元通常僅支持實數(shù)剛度（彈性部分），而阻尼特性需通過附加阻尼單元或材料模型實現(xiàn)。具體實現(xiàn)方式如下：
儲能剛度 K′：直接作為彈簧單元的剛度值。
損耗剛度 K′′：需轉(zhuǎn)換為等效的阻尼系數(shù)（如粘性阻尼或結(jié)構(gòu)阻尼）
在彈簧單元中設置剛度值為 K′(ω)，若動剛度隨頻率變化，需使用頻域分析或分段定義不同頻率下的剛度。
展開 三個不同的齒頂中徑比（adr= 0.6、0.75、0.9）下，齒輪嚙合剛度隨副齒輪旋轉(zhuǎn)的變化。齒頂值越高，剛度相對較高，但是波動也更大。這可能會導致傳動系統(tǒng)中的振動水平更高。
在多體動力學分析中考慮齒輪嚙合剛度
使用靜態(tài)接觸分析評估齒輪嚙合剛度后，下一步是將剛度納入到齒輪模型中，以便我們可以對整個傳動系統(tǒng)進行 NVH 分析。
齒輪嚙合剛度和阻尼沿兩個齒輪之間的作用線增加。
在多體動力學分析中，我們在齒輪副節(jié)點下齒輪彈性節(jié)點中使用評估的齒輪嚙合剛度。在此分析中，我們將齒輪嚙合剛度寫成齒輪旋轉(zhuǎn)的函數(shù)。默認情況下，假定嚙合剛度在嚙合循環(huán)中是周期性的。當然，也可以假設它在一個完整的旋轉(zhuǎn)是周期性的。
為了抑制振動，我們可以在齒輪彈性 節(jié)點中添加齒輪嚙合阻尼，可以根據(jù)嚙合剛度的函數(shù)輸入，也可以顯式輸入。當齒輪嚙合剛度變化可獲得時，后一種方法效果很好。如果我們沒有確切的齒輪嚙合剛度變化，則可以使用齒輪和副齒輪的齒輪剛度。可以通過在齒輪上施加載荷并測量撓度來簡單地評估齒的剛度。齒輪剛度也是嚙合周期的函數(shù)，盡管作為一個近似值，我們可以將其作為一個恒定的平均值輸入。
計算齒輪嚙合總剛度還需要確定重合度。簡單來說，重合度可以定義為在齒輪與配對齒輪接觸和脫離接觸期間，接觸齒數(shù)的平均測量值。為了說明不同的重合度如何影響剛度，我們來研究以下幾
情況 1：重合度為 1
在第一種情況下，只有一對齒在嚙合循環(huán)中的所有位置接觸。齒輪齒剛度的典型變化如下所示。
一對接觸齒輪的齒剛度的典型變化。
情況 2：重合度為 2
在這種情況下，兩對齒在嚙合循環(huán)中的所有位置都接觸。從下圖可以看出，除了相位差以外，第二對齒的剛度與第一對齒相同。齒輪嚙合的總剛度是單個齒剛度的總和。
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厚度方向的剛度由于缺乏增強而較小。
圖8. 編織結(jié)構(gòu)材料的工程常數(shù)
總結(jié)
本仿真比較了不同的材料微觀結(jié)構(gòu)類型，并使用 Ansys 材料設計器計算了由此產(chǎn)生的宏觀工程常數(shù)。這些示例揭示了材料為何在微觀結(jié)構(gòu)層面上表現(xiàn)出特定的行為。
總而言之，鑄鐵電機試驗平臺的可取之處，在于它將材料科學、精和密制造與結(jié)構(gòu)設計融為一體，為電機測試提供了一個高阻尼、高剛度、高精度、高擴展的終相當工作臺。它不僅是電機性能的“照妖鏡”，更是研發(fā)效率與數(shù)據(jù)公信力的保障。
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通過實時交互和高效求解，工程師能夠更早發(fā)現(xiàn)材料分布規(guī)律，平衡強度、剛度與重量之間的關(guān)系，為后續(xù)詳細設計提供可靠依據(jù)。無論是機械零部件、工業(yè)裝備還是消費類產(chǎn)品，Discovery 都能夠幫助團隊更高效地達成輕量化目標，提升產(chǎn)品競爭力。
基于Ansys Mechanical、Fluent、Discovery，講解方程式賽車結(jié)構(gòu)與熱流體核心仿真，包括剛度、拓撲優(yōu)化、疲勞、碰撞；電池散熱、電機散熱，電化學分析等；2. 建立從概念驗證、方案對比到詳細分析的完整仿真思路，提升問題定位與設計優(yōu)化能力；3. 將仿真嵌入賽車研發(fā)流程，實現(xiàn)仿真驅(qū)動設計，提升性能、縮短周期、提高研發(fā)效率。
拓撲優(yōu)化的目標是在給定的設計空間、材料和工況下，找到材料的最優(yōu)分布，使結(jié)構(gòu)在滿足多種性能要求（如剛度、強度、頻率）的同時，實現(xiàn)輕量化。
“多工況加權(quán)柔度響應”指的是將結(jié)構(gòu)在多種不同載荷工況下的柔度（Compliance） 進行加權(quán)求和，作為拓撲優(yōu)化的目標函數(shù)或約束條件。柔度是剛度的倒數(shù)，柔度越小，意味著剛度越大。
一、核心概念解析
1.
分析一：片晶厚度聚集度對材料剛度的影響 計算數(shù)據(jù)及圖7表明，樣品A內(nèi)部厚度約為5.5 nm的厚片晶占比達61.2%。這種集中的厚晶片分布意味著分子鏈中存在大量較長的完美亞甲基序列，形成穩(wěn)定的三維剛性網(wǎng)絡，賦予了樣品A較高的彎曲模量。相比之下，樣品B的晶片厚度呈寬泛分布，從1.5 nm延伸至6.2 nm。
編寫UMAT的核心挑戰(zhàn)并不在于屈服函數(shù)的編碼，而在于推導高度復雜的“一致切線剛度矩陣”（Consistent Tangent Modulus）。隱式非線性求解嚴重依賴該矩陣進行牛頓迭代，如果切線剛度推導存在微小誤差，將導致模型在屈服點附近徹底喪失二次收斂性（Quadratic Convergence），陷入無盡的迭代發(fā)散死循環(huán)。
感興趣的下滑預約學習??
時間：5月13日（星期三），16:00-17:00
內(nèi)容簡介：
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2、建立從概念驗證、方案對比到詳細分析的完整仿真思路，提升問題定位與設計優(yōu)化能力。
