有限元分析及結構優化的案例
《工程有限元與優化分析應用實例教程》
作者： 周傳月
出版社： 科學出版社
出版日期： 2005-6-1
CAEnet價：￥32元
郵費:￥5元
總價:￥37元
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開本：16開 字數：400千字 頁數：267頁 裝幀：平裝
本書主要介紹有限元分析和結構優化分析的基本概念、分析方法和分析過程，以及有限元與結構優化分析軟件optiStruct。本書共12章，通過大量的分析實例展示了OptiStruct進行有限元分析和結構優化分析的能力。
本書中的實例操作過程詳細明了，適合初學有限元分析和優化分析的讀者作為入門學習的教材，對有一定基礎的讀者又可作為深入學習的參考書。本書也可作為汽車、航空航天、核工業、鐵路、石油化工、機械制造、能源、電子、造船等領域的廣大工程技術人員了解和學習 OptiStruct軟件的參考書。
第一章 有限元分析和有限元軟件
第二章 OptiStruct介紹
第三章 有限元分析
第四章 優化分析
第五章 使用OptiStruct
第六章 優化應用算例
第七章 有限元分析應用實例
第八章 拓撲優化應用實例
第九章 形貌優化應用實例
第十章 尺寸優化應用實例
第十一章 形減方優化應用實例
主要參考文獻
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作者： 周傳月
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本書主要介紹有限元分析和結構優化分析的基本概念、分析方法和分析過程，以及有限元與結構優化分析軟件optiStruct。本書共12章，通過大量的分析實例展示了OptiStruct進行有限元分析和結構優化分析的能力。
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第一章 有限元分析和有限元軟件
第二章 OptiStruct介紹
第三章 有限元分析
第四章 優化分析
第五章 使用OptiStruct
第六章 優化應用算例
第七章 有限元分析應用實例
第八章 拓撲優化應用實例
第九章 形貌優化應用實例
第十章 尺寸優化應用實例
第十一章 形減方優化應用實例
主要參考文獻
展開 ANSYS有限元分析實例及相關論文
ANSYS有限元分析實例及相關論文
Ansys在樁土共同作用分析中的應用_孫毅.pdf
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用ANSYSSolid65單元分析混凝土組合構件復雜應力_陸新征.pdf
典型雷達結構的快速有限元分析和優化
1、問題描述：
雷達根據電性能指標的不同會對結構骨架的精度有不同的精度要求，這就需要設計師在大量工程經驗基礎上，采用有限元方法對結構在不同環境載荷條件下的剛強度進行反復分析校核，改進設計方案。這個過程需要大量的建模工作，本文采用simsolid軟件對結構進行無網格分析，獲取風載荷和自重條件下的陣面變形量以及主要模態信息，通過
快速的仿真結果對結構再優化設計。
2、模型建立
圖1 設計模型示意圖
圖2 載荷與約束示意圖
Simsolid對結構材料屬性的賦值通過材料庫直接給出，這里采用的是默認鋼材，約束條件主要考慮了焊接面約束和銷軸約束，底座底部采用了固定約束方式，重力載荷豎直向下，風載荷采用風壓形式賦值，整個計算模型建立非?？焖俑咝А?3、計算結果
圖3 變形云圖
通過靜力學計算，陣面最大變形為58mm，由于真面尺寸較大，為4000mm，真面的兩側變形量較大，需要增加支撐點提高整體剛度。
圖4 應力云圖
從等效應力云圖看，結構最大應力為129MPa，滿足鋼材的強度要求，安全系數大于1.5。
進一步的，對結構進行模態分析，結果如下圖所示：
(1)一階模態
(2)二階模態
(3)三階模態
(4)四階模態
圖5 模態振型與頻率
由上面模態振型可知，前四階模態振型主要是陣面的擺動和扭轉，頻率均在1赫茲附近，說明陣面的剛度較差，需要通過增加加強筋和改變支撐點位置進行進一步的優化設計。
展開 
卡車氫系統的框架結構有限元分析及優化
卡車氫系統的框架結構有限元分析及優化
引言
氫燃料系統是中型卡車的動力總成，固定于車架上。目前國內對于一般車型的設計及強度校核，還是依靠經典的材料力學、彈性力學、結構力學的經驗公式。傳統的分析設計方法，具有一定的局限性，使得動力總成的更新換代的速度較慢。因此設計中不可避免地造成動力總成各部分強度分配不合理現象，使得整個設計成本較高，達不到優化設計的目的。隨著有限元技術的推廣及計算機軟硬件的發展，汽車行業已將CAE技術用于汽車整體設計與研究，為設計人員提供了可靠的計算工具。
1 氫系統的框架結構建模
1.1 結構特點
此氫燃料系統結構位于駕駛室后面，其結構采用型鋼貫穿式的結構，使得氫燃料系統結構沒有應力集中點，受力基本均勻分布。由于氫燃料系統內部采用“2+1”氣瓶的布置方式，整車重心降低，提高了整車運行的穩定性。
1.2模型的簡化及建立流程
1.2.1 模型簡化
此氫燃料系統結構大多采用型鋼與槽鋼等，各梁之間主要通過焊接的方式固定。采用殼單元(SHELL)，對幾何體結構進行簡化。采用化繁為簡、化曲為直的方法。
1.2.2 建模流程
1）根據工程圖紙，利用三維軟件Solid works建模，導入到Hyper mesh分析軟件中。
2）采用梁的截面形狀定義系統結構型鋼的參數，將氫系統的框架結構劃分為氣瓶支架、電堆支架、散熱器支架。下圖是輕量化分析流程：
圖1 CAE分析流程圖
1.3 材料選擇
根據物流車車身設計規范，氫系統的框架結構骨架要依據GB/T3273-1989，因此系統結構材料主要選擇Q235A與QSte700。
展開 基于Nx Nastran有限元分析的公鐵兩用半掛車車架結構優化（下）
2.3 優化改進措施
為使縱向力平滑傳遞到其他部件，根據原因分析所述的1～2點，因結構功能限制，通過調整板厚，適當減小安裝座開口尺寸等方法減小該處應力。
根據原因分析所述的3～4點，在前端梁與牽引橫梁間增加2個載荷傳遞較為理想的工字型梁，如圖4(b)所示，計算結果表明，強度滿足鐵路運行工況要求，但該處空間狹小，焊縫較多，考慮到工藝操作性，將牽引縱梁(冷彎槽鋼)如圖4(a)所示，優化為組焊的大截面槽鋼梁如圖6-7所示，與牽引銷板組焊成箱型截面梁，如圖4(c)所示。
圖4 前端優化過程
根據原因分析所述的3～4點，在2根縱向大梁組成內側增加2組組焊的異形槽鋼梁，其兩端分別與后端梁、懸架橫梁焊接連接，如圖5(b)所示，經有限元計算，強度滿足鐵路運行要求，但其與大梁太近，內側焊縫不便于施焊，同時不便于組裝氣囊用緊固件。優化兩側組焊的異形槽鋼梁為車架中央位置的一組工字型梁，如圖8所示，端部分別與后端梁、懸架橫梁相連，如圖5(c)所示。
根據原因分析所述的第5點將前端的橫向補板與縱向大梁組成的上翼緣對接處界面制出圓弧，如圖9所示；將后端梁組成的腹板優化成帶圓弧過渡的L型結構等措施，如圖10所示，與大梁下翼緣相連，減小應力集中程度。
圖5 后端優化過程
圖6 牽引縱梁組成(1)
圖7 牽引縱梁組成(2)
圖8 縱向梁組成
圖9 橫向補板
圖1 0 后端梁腹板
2.4 優化方案有限元計算情況
2.4.1 公路運行時
剛度工況：車架的垂向變形為6.196 mm, 如圖11所示，小于軸距的2‰(16.49 mm),滿足剛度要求。
展開 基于Nx Nastran有限元分析的公鐵兩用半掛車車架結構優化（上）
摘 要：采用Nx Nastran軟件對公鐵兩用半掛車車架的初始方案進行有限元計算，并對超過許用應力的區域(結構)進行了原因分析，提出相應的優化改進措施，最終優化后的方案強度滿足相關標準要求，文章最后對公鐵兩用半掛車車架設計提出相應建議，為同類型的車架設計提供了參考。
關鍵詞：公鐵兩用半掛車車架;有限元分析;強度;優化;
公鐵兩用貨車是公路掛車加裝鐵路專用鉸接式走行單元，通過取消鐵路平車車體，將半掛車直接與轉向架相連，即可在鐵路上運行；脫離連掛即成普通半掛汽車，可在公路上運行的多式聯運模式。公鐵兩用車因其具有自重系數低，轉運快捷、投資小、經濟環保等優勢，作為半掛車多式聯運的一大分支，發展出多種形式，是理想的“門到門”多式聯運的工具，前景廣闊，開創了“門到門”多式聯運新紀元。中車眉山車輛有限公司研發了一種載重28 t的公鐵兩用半掛車，在半掛車車架設計過程中，基于Nx Nastran有限元仿真軟件對車架鋼結構進行了靜強度預測評估與結構優化。
1 主要結構及計算工況
1.1 主要結構
公鐵兩用半掛車車架為全鋼焊接結構，主要板材采用T700高強度鋼。車架主要由前端梁、牽引縱梁、邊梁、大梁組成、橫梁、前端連接裝置、后端梁等組成，如圖1所示。
圖1 半掛車車架組成(初始方案)示意圖
1.2 計算工況
公鐵兩用半掛車公路運輸時，汽車行駛的典型工況是在高速道路、強扭轉道路、一般道路和彎曲道路上的彎曲、扭轉、緊急制動和急轉彎等4種工況。對于車架有限元靜態分析來說，通常情況下靜強度只分析彎曲、扭轉2種工況[1]。另外，車架應具有足夠的抗彎剛度，通過車架的撓跨比考核。
剛度工況：在靜載和勻速行駛狀態下，零部件均依照安裝位置進行加載，在此情況下考核車架彎曲變形。
展開 論文推薦丨常浩等：基于有限元仿真技術的軌道車輛錐形彈簧的結構優化研究
工程中常根據產品工況分析其應變等級，從而選擇適宜的本構模型及能較好擬合試驗結果的材料參數，以助開發設計人員獲取所需的仿真分析精度，盡可能縮短開發周期，節省開發成本。
本工作有限元仿真分析采用Ogden 4階模型，如公式（1）所示，其分析精度較高，能很好地反映出錐形彈簧的大應變特性。
采用Ogden 4階模型的橡膠材料的應力-應變擬合曲線如圖5所示。
從圖5可以看出，在單拉、雙拉和平面拉伸工況下，采用Ogden 4階模型的橡膠材料的應力-應變擬合曲線與試驗曲線的重合程度均較高，即本工作分析錐形彈簧的載荷特點而確定的橡膠材料的本構模型擬合參數精度較高，達95%以上，有助于進行錐形彈簧的結構優化。
2. 3 錐形彈簧的有限元仿真分析及結構優化
運用Abaqus軟件對錐形彈簧進行仿真分析以指導其結構優化。根據錐形彈簧主要承受垂向載荷的特點，重點對動態極限垂向載荷作用下錐形彈簧的剛度和強度等進行仿真分析。按照加載方式盡量貼近實際受載情況的原則，采用固定外套，對芯軸垂向施加50. 6 kN的載荷。選用CAX4H單元模擬錐形彈簧的橡膠部分，選用CAX4R單元模擬錐形彈簧芯軸、隔板和外套等金屬部分。為盡可能真實觀察錐形彈簧的橡膠部分的變形過程，其有限元模型未進行簡化。
鋼筋混凝土結構有限元分析單元類型和分析模型 附混凝土結構有限元分析下載
下載地址：混凝土結構有限元分析
深圳有限元分析公司，提供有限元航空結構分析
航空結構分析
飛機一般由機翼、機身、起落架和飛機操作系統組成，其結構受力復雜，用以往的經典工程分析進行應力分析已滿足不了現代飛機型號設計的要求，花費的時間長，分析的部位具有局限性。隨著大型計算機及工作站的出現和大量工程應用軟件的投入使用，使得復雜的工程問題得以用有限元法進行分析，使航空結構分析走上CAE的道路，用有限元對飛機結構進行分析具有極大的優越性。
CAE可以對飛機的各大部件如機身、機翼、舵面、發動機短艙、氣密艙、起落架等進行常規的結構分析、熱分析、動力分析等，而且其強大的多物理場耦合功能可進行諸如流體－固體耦合、熱－結構耦合、氣動分析，完全能滿足飛機設計中對有限元分析的需求。
1.飛行器總體
v 頻率和振型
v 線性和非線性靜態和瞬態應力
v 失穩分析
v 飛鳥和飛機的撞擊
v 總體氣動性能
v 飛機、發動機的氣動匹配
v 軍用飛機的雷達反射特性以及紅外輻射特性
2.子系統
機身
v 靜力分析
v 動力響應分析（模態、顫振等）
v 失穩分析
v 損傷容限分析
機翼
v 靜力分析
v 動力響應分析（模態、顫振、抖振等）
v 失穩分析
v 損傷容限分析
v 結構優化設計
3.起落架
v 飛行器起落架多體動力學分析
v 飛行器起落架部件級靜力分析
v 飛行器起落架部件級動力分析
4.航空發動機
v 軸系彈塑性、靜動力分析、疲勞分析、優化設計
v 盤系的靜力計算、模態計算和動力響應計算
v 葉片模態計算、動力響應計算、熱疲勞分析
v 發動機機匣載荷分析、疲勞變形分析
v 燃燒室/加力燃燒室/推進劑熱應力分析、熱疲勞分析、靜力分析
5.衛星設計
v 衛星的模態動力學分析
v 電池組托架的應力分析
v 太陽能電池板的展開
v 運輸引起的沖擊和損傷
展開 Matlab做有限元分析并與ANSYS對比 附Matlab有限元結構動力學分析與工程應用徐斌下載
以簡支梁的跨度，高度分別作為x，y坐標，通過圖形分析界面繪制出應力值的平面圖形， colorbar顯示出顏色與應力數值大小的對應值，該圖形可以顯示出簡支梁截面內任意點應力的大小分布，直觀觀察出應力的最大值與最小值。
例如，對于圖7中的σx，紅色部分為拉應力，藍色部分壓應力圖中可以明顯的看出壓應力與拉應力最大的部分約為橫坐標x=170mm的截面上為了證明求解的正確性。
本文與 Ansys的計算結果做了比較，如圖7所示。其中，除 Ansys模型約東處由于應力集中與本文方法差距較大之外，其他位置解相一致，如應力最大值利用 Matlab求解結果為89.968MPa， Ansys模型為89.616MPa，兩者基本一致。
圖7
總結
結合Matlab-GUI編程學習彈性力學，以圖形方式展示求解結果，可以在一定程度上減小彈性力學問題求解的繁瑣過程。同時，在自主完成編寫彈性力學求解系統的過程中，可形成對彈性力學基本概念、求解思路，以及程序邏輯的主動學習，在一定程度上提高學習效率和實踐能力。
親手設計、編寫一個可以“人-機”交互的界面程序，以作品的形成呈現出來。一個東西，從無到有，通過自己的雙手把它創造出來這應該就是學習的快樂！
下載地址：Matlab有限元結構動力學分析與工程應用徐斌
展開 
HyperWorks 提供OptiStruct 是以有限元為基礎的結構優化設計工具
HyperWorks 提供OptiStruct 是以有限元為基礎的結構優化設計工具。
有限元法的基本思想可概括為（先分后合）或（化整為零又積零為整），也就是說：“先將連續的求解域離散為有限個單元體，使其只在有限個指定的節點上相互連結；然后對每個單元體選擇一個比較簡單的函數，近似表達單元節點的平衡方程組：再把所有單元的方程集成為整個結構力學特性的整體代數方程組；最后引入邊界條件求解代數方程組而獲得數值解，如結構的應力分布和位移分布等。
HyperWorks 有限元分析的主要步驟：
導入文件——設置模版——幾何清理——建立材料卡片——建立幾何及單元集———劃分單元——單元檢查與優化——建立載荷集——施加載荷——建立載荷工況——設置計算參數——輸出有限元文件————利用Optistruct/Analysis求解器球求解——HyperMesh或Hyper View 后處理。
（1）
前處理 其任務是包括：
a 建立分析結構的幾何模型。對于幾何結構復雜的結構，可以直接讀取CAD軟件的相關格式。
b 根據分析對象和目的，確定有限元網格劃分方案（但愿類型、單元的密度和數量）和裝配方案（連接關系和位置），建立有限元分析的計算模型。
（2）計算 是形成總剛度方程并通約束處理后求解大型聯立線性方程組，最終得到節點位移的過程。
（3）后處理 是對計算機輸出的結果（包括各種應力、位移或振型等）進行必要的處理并按照一定的方式（如等應力線、變形圖、振型圖等）顯示打印出來，以便對分析的對象的性能或設計的合理性進行分析。評估，從而做出相應的改進或優化。
展開 基于有限元仿真的某車門輕量化分析
[2] 顧海明,賀永龍,婁磊.乘用車車門結構性能有限元分析[J].機械研究與應用,2020,33(6):104-106,110.
[3] 雷明準,張豐利,王建楠,等.基于有限元的車門模態分析與優化研究[J].汽車技術,2008(12):4-7.
[4] 萬德安,趙建才.轎車車門剛度有限元分析及結構優化[J].汽車工程,2001(6):385-388.
[5] 朱江森,郭艷茹,陳劍.某車門碰撞性能分析及結構優化研究[J].汽車科技,2011(5):16-19.
[6] 徐飛云,謝斌,成艾國.車門靜態強度的有限元分析模擬[J].機械工程師,2010(3):104-106.
文章來源 汽車實用技術. 2023,48(01)
展開 元計算pFEPG有限元分析軟件彈托彈芯結構接觸靜力學分析
1、問題描述：
彈托彈芯結構具有軸對稱性，取總體的四分之一進行分析，幾何模型如下圖所示。
共有兩種材料：外圍彈托為金屬鋁材料結構，內部彈芯為金屬鎢材料結構，兩種材料結構之間鋸齒狀嚙合緊密。
圖1 計算模型剖面圖 （單位：mm）
圖2 計算模型側視圖
2、材料參數：
只有兩種材料：鋁和鎢。
表1 材料參數取值
參 數
彈性模量E
泊松比
密 度
X向加速度
Y向加速度
Z向加速度
單 位
N/mm2
g/cm3
mm/s2
mm/s2
mm/s2
金屬鋁
1.03×107
0.33
2.7
0
0
0
金屬鎢
3.6×105
0.346
17.6
0
0
0
3、邊界條件：
由于結構的軸對稱性，因此在四分之一剖切面處施加法向位移約束，另外在金屬鋁結構外表面兩處位置（如下圖位移邊界條件所示中“黃色”面）施加沿軸向的位移約束邊界條件。
圖3 位移邊界條件
金屬鎢結構沿軸向的頂面和底面，以及金屬鋁結構外表面、金屬鎢結構外表面的局部位置施加應力邊界條件（如下圖應力邊界條件所示中“藍色”面）。
圖4 應力邊界條件
4、計算方案
設計了兩種計算方案，施加不同的應力邊界。
展開 流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應
上海冪新電子科技有限公司
資質：涉密計算機系統集成甲級；計算機系統集成一級；CMMI5。
業務方向：流體仿真計算、結構強度計算、ANSYS有限元分析，仿真分析培訓，流體、結構類輔材供應。
聯系電話：王經理 15900979745
