預變形
關注創建者：望月-模流 創建時間：2016-06-14
預變形的視頻教程
workbench 施加螺栓預緊力以及在后處理中如何添加荷載變形曲線
通過對一個常見金屬抱箍問題的實操，演示如何在workbench中處理對稱模型的問題、螺栓預緊力的施加以及在處理中如何添加荷載和變形關系曲線
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ABAQUS碩士學位論文復現——預應力CFRP板加固損傷后RC梁二次加載分析
對應于有限元分析，這種二次加固RC梁存在以下幾個難點： 1、 二次加載存在預加載—布筋—預應力張拉—涂抹粘結材料等復雜的分析步如何實現 2、 直接采用生死單元難以將加固層粘貼至已變形的加固面上 3、 如何追蹤已變形的帶加固面 因此本次教程針對某篇碩士學位論文中的預應力CFRP板加固損傷后RC 梁二次受力進行了試驗復現。
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預變形的實例教程
本文檔以多層板彎曲問題為例，目的為解決下列問題：
1）2層板在某工況下產生預翹曲變形；
2）第3層板貼合之后，導入前2層板的預變形，仿真最終的變形結果。
步驟：
一、首先創建常規的兩層板仿真模型
二、設置邊界條件及加載條件，求解得出變形結果
三、復制工程A到工程B，并將Solution鏈接到Setup中
四、進入B的geometry中，建立第3層板
五、進入Setup中，利用Submodeling 導入前兩層板的變形結果
六、針對第3層板的邊界條件及加載條件，重新計算。
七、至此，完成。
Moldflow在產品預變形中的應用.pdf
在產品結構設計中，由于種種原因需要在某些接觸零件之間施加初始預緊力/預應力，以保證產品結構或功能上的正常、安全運作。初始預緊力/應力的施加有多種方法，這里是針對接觸零件之間靠自身的壓縮變形來產生預緊力/應力的情況，如軸孔之間的過盈配合、起到彈性/緩沖作用的零件(材料)初始擠壓變形、常規結構件之間的初始擠壓變形(如彈簧片，相當壓縮彈簧的作用)。
在幾何/有限元建模過程中，這些位置在幾何上/網格上是干涉的，在仿真計算中需要模擬出零件之間的預壓縮狀態。本文給出的簡單案例是基于lsdyna軟件進行沖擊動力學仿真計算，模擬了初始狀態下零件之間的預壓縮變形。
通過本案例，您將掌握以下內容：
沖擊動力學中兩種求解預壓縮變形的計算方法（隱式轉顯式求解方法、動力松弛轉顯式求解方法，求解、輸出控制卡片參數詳細設置，詳見k文件）
接觸卡片<*CONTACT_SURFACE_TO_SURFACE_INTERFERENCE>的用法及注意點說明
兩種計算方法下有限元建模時的注意事項
計算結果的解釋及方法使用建議
計算模型及邊界條件示意圖(未施加其他載荷，顯式計算時長設為5ms)：
1) 隱式轉顯式求解方法計算結果：
2) 動力松弛轉顯式求解方法計算結果：
展開 隨后對部件進行精度及變形量檢測發現：預變形部件的變形程度顯著低于未優化部件，充分證明虛擬制造仿真技術對提升零件質量和尺寸精度具有決定性優勢。
▼上圖中展示的四個316L不銹鋼測試件以50微米層厚打印完成，仍固定在構建平臺上并保留支撐結構。（數據來源：SLM Solutions公司）
項目總結
本項目案例成功實現部件的重量減半，并通過預變形補償顯著降低了生產引發的形變量。MSC Apex創成式設計方案可幫助用戶能夠以極少的時間投入對傳統零件設計進行優化，使其適配增材制造工藝。結合金屬增材制造仿真工具Simufact Additive和聚合物專用工具Digimat-AM，用戶無需自身專業知識即可應用增材技術。通過這些工具可生成適應制造需求的最優結構并優化生產流程，并且對生成結構的制造仿真可優化變形和殘余應力等關鍵生產因素，從而實現高質量零件制造。
展開 Al-Mg合金（5XXX系）由于其高的均勻延伸率和加工過程中的應變硬化性，在嚴重變形部件中得到廣泛應用。在5XXX鋁合金中添加合金元素是常用的提升強度方法，已有研究表明添加Cu和Zn能夠產生有益的影響，預變形也被證實對鋁合金有一定增強，但是還缺乏硬化過程中力學行為演化的研究。
奧地利里奧本大學等單位的研究人員主要針對Al-Mg-Zn合金，提出了一種新的能夠在工業生產實現的熱機械加工工藝，包括短期預時效(100℃×3h)及預變形處理(2%)，達到了迄今為止最大的硬化提升(184MPa)，強度達到410MPa。相關論文以題為“Giant hardening response in AlMgZn(Cu) alloys”發表在金屬材料頂級期刊Acta Materialia。
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論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.116617
本研究使用的基礎鋁合金為ENAW-5182，添加Zn和Zn+Cu(以下簡稱為5182-Zn和5182-ZnCu)，通過真空感應熔煉、均勻化處理(470℃×24h)、熱軋和冷軋。經過固溶(465℃×35min)+預時效(100℃×3h)稱為TMT1；經過固溶+預時效+預變形(2%)稱為TMT2，烤漆硬化統一為185℃×20min。
研究發現TMT1處理下5182-Zn的強度提升僅47MPa，而5182-ZnCu的屈服強度提高了127MPa，表明了Cu的有益作用。TMT2條件下，5182-Zn和5182-ZnCu強度分別提高了178MPa和184MPa。
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預變形的最新內容
動態調整的四步求解流程如下：
?
編輯
可配置時間步長 · 阻尼系數 · 摩擦接觸參數
相比傳統純幾何調整方式，動態求解的優勢十分顯著：
?
編輯
?
編輯
PART/3
座椅發泡預壓處理
座椅在乘員入座后會產生顯著的變形與預壓縮，若在碰撞仿真中忽略這一初始狀態，座椅中泡沫材料將從未變形狀態開始響應，導致接觸力和能量吸收特性嚴重失真
動態調整的四步求解流程如下：
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可配置時間步長 · 阻尼系數 · 摩擦接觸參數
相比傳統純幾何調整方式，動態求解的優勢十分顯著：
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PART/3
座椅發泡預壓處理
座椅在乘員入座后會產生顯著的變形與預壓縮，若在碰撞仿真中忽略這一初始狀態，座椅中泡沫材料將從未變形狀態開始響應，導致接觸力和能量吸收特性嚴重失真
結果預覽
光束和圖案條件→設計目標圖案（DTP）
光束：尺寸評估
圖案：導入、準備、預變形、采樣考慮
15m處的光斑尺寸
擴散器元件以創建所需圖案的方式偏轉入射光束。分辨率由單個光束點的大小決定。通過一個簡單的光學設置，我們確定可實現的光斑直徑為≥5毫米。
在添加一個動力松弛dynamic relaxation，選項設置為explicit after ansys solution，之后的設置為顯示動力學計算的設置收斂方法
計算的結構變形如圖所示，可以看到螺栓預緊導致的變形會有明顯的抖動，產生的應力也有明顯抖動，所以這種方法并不適用，建議采用beam方式加載螺栓預緊力
仿真就是一個坑，一入仿真深似海，勸君莫入仿真圈
在添加一個動力松弛dynamic relaxation，選項設置為explicit after ansys solution，之后的設置為顯示動力學計算的設置收斂方法
計算的結構變形如圖所示，可以看到螺栓預緊導致的變形保持住幾乎不變，之后再進行其他的碰撞類分析就好了
仿真就是一個坑，一入仿真深似海，勸君莫入仿真圈！
</p><p>2、 由于螺栓頭兩端的變形，預緊力往往達不到理論值，即存在預應力松弛的現象。因此可通過多次調試補償施加合適的降溫。
隨后對部件進行精度及變形量檢測發現：預變形部件的變形程度顯著低于未優化部件，充分證明虛擬制造仿真技術對提升零件質量和尺寸精度具有決定性優勢。
▼上圖中展示的四個316L不銹鋼測試件以50微米層厚打印完成，仍固定在構建平臺上并保留支撐結構。（數據來源：SLM Solutions公司）
項目總結
本項目案例成功實現部件的重量減半，并通過預變形補償顯著降低了生產引發的形變量。
結果預覽
光束和圖案條件→設計目標圖案（DTP）
光束：尺寸評估
圖案：導入、準備、預變形、采樣考慮
15m處的光斑尺寸
擴散器元件以創建所需圖案的方式偏轉入射光束。分辨率由單個光束點的大小決定。通過一個簡單的光學設置，我們確定可實現的光斑直徑為≥5毫米。
同時，我們已經可以識別出哪種束腰還沒有完全進入目標平面遠場。
圖二 LS-DYNA與Moldex3D整合流程圖
圖三 可以成功模擬壓縮制程中的翹曲變化
此功能是Moldex3D 2022的一項突破，透過與LS-DYNA的整合(片狀預浸材的變形行為由LS-DYNA計算而得；液態行為和纖維排向則是由Moldex3D計算而得)，使用者能夠完整且精準地模擬片狀預浸材在壓縮成型制程中的各個階段狀態，為產品及制程設計提供了更可靠的信息。
由于預折方筒的變形是一種固定的模式和可預測的，因此可以通過研究其幾何關系、材料特性和預折方筒結構的屈曲特性之間的關系，將其作為一種可參數化的吸能構件加以應用。
數值模擬中，采用密度、彈性和塑性來描述材料的強度/應變準則，器件的尺寸和材料與試驗結果一致。在裝置頂部設置一個向下位移的剛性板，以代替壓縮剛性板，其位移速度與試驗加載速度一致。在該裝置的底部設置一個固定的剛性板。
