壓桿的案例
深受彎構件(3)---拉壓桿計算模型(Strut-and-Tie Model)
對混凝土結構分析計算的拉壓桿模型是結構混凝土D區的桁架模型，由相交于節點的拉桿和壓桿組成，能夠把荷載傳遞到支座或相鄰的B區。
深梁的拉壓桿模型
3 拉壓桿模型的計算方法
簡支鋼筋混凝土深梁在集中力作用下，根據深梁受力的力流建立的深梁拉壓桿模型。深梁的縱向受拉鋼筋為拉桿、受壓的混凝土為壓桿，而在集中力作用點和支座反力作用處為節點，將拉桿和壓桿連接為受力桁架的計算模型。
拉壓桿模型是一種混凝土構件D區承載力計算模型，按持久狀況承載能力極限狀態進行配筋計算，同時，若拉壓桿模型的桿件布置與結果彈性應力分布相吻合的話，那么按承載力要求計算得到的受拉區配筋，也能有效的控制使用階段混凝土裂縫的寬度。采用拉壓桿模型對混凝土構件D區承載力驗算的內容包括壓桿、拉桿和節點的驗算。
4 拉壓桿模型的鋼筋配置
《公路橋規》規定，按照拉壓桿模型設計計算的構件D區，應在表面配置正交的鋼筋網(Shear reinforcement must include both horizontal bars and vertical bars)，網格間距不得超過300mm,鋼筋面積對混凝土毛截面積的比值在各個方向上不應小于0.3%。
5 ACI 318-05對深梁的限制
ACI 318-05 Section 11.8.1定義了深梁, 并且規定使用拉壓桿模型設計深梁, 剪力鋼筋必須包括水平鋼筋和垂直鋼筋。超過8英寸(20cm)厚的梁必須有兩個鋼筋網格，每個面一個。垂直鋼筋的最小剪切配筋值Av和水平鋼筋的Avh。
展開 自主研發 | 基于PERA SIM的壓桿特征值屈曲分析
此類構件受壓時即為壓桿。對于大柔度桿，通常臨界壓應力小于彈性極限，即發生彈性失穩。
通常，我們會利用有限元法進行壓桿的特征值屈曲分析。壓桿的特征值屈曲分析屬于線性分析。特征值屈曲分析得到的是屈曲載荷和相應的失穩模態，分析簡單，計算速度快，在實際工程中應用大。
PERA SIM Mechanical是安世亞太自主開發的一款機械仿真分析軟件，基于PERA SIM通用仿真軟件架構，可以實現與流體、電磁、聲學等物理場的耦合分析計算。PERA SIM Mechanical求解器可以完成如下分析功能：結構靜力學分析、模態分析、瞬態動力學分析、諧響應分析、反應譜分析、屈曲分析、隨機振動分析、熱分析(穩態+瞬態)以及并行計算。
本文借助結構有限元軟件中的屈曲分析模塊完成了壓桿特征值屈曲分析，展現了軟件豐富的操作功能，并且與國際成熟軟件的計算結果對比，驗證了計算的準確性，為學者和工程師提供了特征值屈曲分析的一種新方法。
2. 特征值屈曲分析方法簡介
2.1 壓桿失穩現象
讓我們回憶一下幾類關于平衡的概念：穩定平衡、不穩定平衡以及條件穩定平衡。
穩定平衡：凡能在被移動離開它的平衡位置后，仍試圖恢復其原來位置，從而恢復到原來的平衡狀態的物體，它原來的平衡狀態叫“穩定平衡”。
不穩定平衡：處于平衡狀態的物體，由于受到某種外界微小的作用，如果物體稍有偏離就不能恢復到原來的平衡狀態，這種情況叫“不穩定平衡”。
條件穩定平衡：在一定條件下，可以實現穩定平衡；否則，則處于不穩定平衡。
構件的穩定性是指構件在外力作用下保持其原有平衡狀態的能力。平衡形式的突然變化稱為穩定失效，簡稱失穩或屈曲。
展開 霍普金森拉桿壓桿
二、 設備主要部件組成
霍普金森多功能拉、壓桿設備主要由儲氣裝置、發射與控制操縱系統、桿系與子彈、量測與分析系統、中心支撐部件、組合基礎導軌、主動圍壓部分、單次加載裝置、緩沖裝置和輔助設備等組成。霍普金森多功能拉、壓桿設備是建立在統一高精度基準之下的一套專用試驗設備。其中主要不同于其它設備的特殊部分分述如下：
1. 發射系統
由儲氣室、發射體、操控模塊、活塞、聯接法蘭、可快換變徑炮管、支承座、反后座支架等組成。
2. 桿件桿徑
壓桿：φ10mm，20mm,30mm,40mm,50mm,80mm,100mm
拉桿：φ20mm，φ14.28mm,φ10mm
3. 操作臺
操控模塊為獨有結構，在發射體上安裝，具有進氣閥、儲氣室微調閥、減壓閥、壓力表、炮管底部排氣閥、自動快速放（氣）炮開關。可以自動操作子彈就位，子彈發射，采集沖擊信號，導出沖擊方波，得出應變率和應力等測試結果
4. 桿系與子彈
材料18Ni；金屬材料均進行過熱處理，所有桿件端面垂直度均可達到0.02mm 以內，桿徑和端面粗糙度達到 Ra0.8 以上。
5. 中心支撐部件
由基座、開合上座、三向移動調整定位機構、高精度軸承、壓蓋、手動調整機構等構成。主要特點在統一基準導軌下可使不同直徑桿系沿軸向運動為滾動摩擦，滑動輕快，自調整極其方便，最大優點受力合理使桿系工作壽命大大延長。
6. 組合基準導軌
由型材導軌、地腳調節裝置等拼合組成的一整體導軌。使用專用技術，使導軌在安裝好后，形成兩個基準：一個是側基準，一個是水平基準，可使發射裝置、桿系、支撐部件等在同一基準下工作，大大提高調試工作效率。
7.
展開 霍普金森壓桿拉桿測試
霍普金森壓桿系統，霍普金森拉桿系統。基于這種基礎，不同性能的材料都可以用我們提供的設備進行測試及制備。在璐暢通，有以下產品宣示著公司輝煌的業績：
? 超低溫霍普金森壓桿拉桿，最低溫度達-196℃
? 超高溫霍普金森壓桿拉桿，最高溫度達1000℃
璐暢通公司被譽為當今世界上沖擊力學領域的先驅和誠信、可靠的合作伙伴，是沖擊力學性能領域的先驅者。始終在沖擊力學的精確測量、控制、加載、自動化、應用軟件等領域中保持著領先地位。可以為特殊客戶推出的解決特殊的非標準方案，具體包括：測試材料的各類應變特性，在各類環境及各類不同實驗條件下的沖擊性能。
基于optistruct壓桿失穩的屈曲分析 ￥15
本案例是基于optistruct對壓桿進行簡單的線性屈曲分析，計算壓桿在承受多大載荷下回發生失穩。
各階模態屈曲特征值及各階屈曲模態陣型動畫
第一階模態屈曲特征值及第一階屈曲模態陣型動畫
初始模型（加載及邊界條件）
各階模態及陣型動畫
具體如何操作、屈曲載荷的計算等見收費內容部分中的模型，凡購買的朋友如有操作上的疑問可以私信！
展開 Abaqus霍普金森壓桿仿真插件：autoSHPB_V2.2 ￥58
1.1.引言
autoSHPB_2.2是基于Abaqus開發的分離式霍普金森壓桿（SHPB）全流程自動仿真插件，具備在插件界面設置好參數后，一鍵全流程仿真，無需手動輔助，自動完成幾何-網格-材料-接觸設置-載荷-場輸出-歷史輸出等流程。
對于零基礎的初學者，本插件可以避免前期花費大量時間的學習Abaqus相關流程，可以基于根據自己的需求先行獲得仿真結果完成主要目標，然后再根據插件生成的CAE文件慢慢學習體會SHPB仿真流程，提高學習效率。
對于非初學者，本插件可以快速調整模型參數和工況設置，短時間內進行大批量SHPB仿真工作，極大提高效率。
由于Abaqus版本變化，附件提供兩個版本插件分別適用Abaqus2016~Abaqus2021，和Abaqus2022~Abaqus2025。使用教程見本文底部視頻。
展開 基于ABAQUS的分離式霍普金森壓桿SHPB仿真（附.cae.inp） ￥15
1、案例介紹
分離式霍普金森壓桿（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）主要用于研究材料在高應變率（1e2～1e4?s^?1）下的動態力學行為，如應力-應變關系、應變率效應、溫度效應以及失效模式等。
本案例主要介紹基于ABAQUS韌性金屬材料的SHPB常規仿真建模方法以及波形整形、等效載荷加載等仿真內容。此外還提供了一個試樣應力應變數據處理表格和數據處理的視頻，包含兩種獲得試樣應力應變的方法：直接提取試樣應力應變的直接法和基于入射桿透射桿三波曲線的間接法。
2、SHPB原理
常規霍普金森桿SHPB（仿真）結構
如圖所示，常規的SHPB仿真模型結構主要包含撞擊桿、入射桿、透射桿、試樣，有時為了進行波形整形會使用整形器（整形片）。
SHPB基本力學過程：開始撞擊桿以一定速度撞擊入射桿，在入射桿形成一個向正方向傳播的入射波（壓縮波），入射波從入射桿傳遞到試樣并對試樣進行壓縮，入射波一部分在入射桿與試樣界面反射形成反向傳播的反射波（拉伸波），另一部分通過試樣進入透射桿形成透射波（壓縮波）。
SHPB兩個基本假定：一維性應力狀態和均勻性假定。一維性要求桿件及試樣共軸，并減小橫向慣性引起的幾何彌散效應的影響。一般選擇合適的桿直徑，采用整形器可有效減小幾何彌散。均勻性要求試樣達到動態平衡，即試樣兩端相對應力差足夠小。相對應力差與阻抗比、應力波在試樣中的反射次數有關，反射次數由試樣材料波速和試樣軸向長度決定。此外，端面摩擦也會改變試樣應力、應變狀態，使試樣呈現鼓狀產生非均勻變形并且軸向壓縮應力幅值增加。
展開 基于PFC3D與Flac3D耦合的SHPB壓桿模擬
壓桿上的應力傳遞到式樣時候的圖片：
力鏈圖：
后續各位可以根據自己的實際材料結果進行更多的研究。
材料力學之壓桿穩定ANSYS特征值屈曲分析
導讀：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
以下模型實驗演示了不同邊界條件下受壓桿件的屈曲現象和對應的屈曲變形。實驗中采用塑料尺來模擬桿件，我們可以感受到使塑料尺發生屈曲時所需力的大小。
(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，直尺會突然產生如圖a所示的側向變形。進一步增加壓力，變形也會相應的增大。本實驗演示了兩端鉸支桿件的屈曲現象。
圖a 兩端鉸支
(2)用手指將塑料尺的兩端捏緊，防止其發生選裝和平動。然后對直尺逐漸施加壓力直至出現如圖b所示的側向變形。本實驗演示了兩端固定桿件的屈曲現象。可以明顯感受到本實驗所需的臨界壓力要大于前一個實驗。
圖b 兩端固定
(3)如果在塑料尺中部設置一側向支撐，以保證尺子在這點不會發生平動，則需要施加比第一個實驗更大的壓力才能使塑料尺發生如圖c所示的屈曲變形。
圖c 中部側向支撐
模型演示圖片來源：英國曼徹斯特大學季天健教授。
二、定義和概念
穩定性：平衡物體在其原來平衡狀態下抵抗干擾的能力。
失穩：不穩定的平衡物體在任意微小的外界干擾下的變化或破壞過程，也稱為屈曲。
臨界載荷：使結構介于穩定平衡和不穩定平衡之間的載荷，或使結構處于屈曲臨界狀態的載荷。
平衡的三種狀態：穩定平衡、隨遇平衡（臨界狀態）、不穩定平衡。
三、問題描述
鋼板尺子長度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。
計算在各種約束情況下的臨界載荷。
展開 如何使用ANSYS繪制拉（壓）桿的軸力圖？
確定單元類型：該結構為拉壓桿，結果需要輸出軸力圖，因此分析時使用beam單元；
Step1:在SCDM中創建線體模型：
1.將草繪平面設置為Z面（根據自己習慣，選擇草繪平面）；
2.根據題目所示幾何尺寸，草繪四條線（草繪四條線，產生五個點，方便在后續步驟中施加四個載荷和一個約束）；
3.為線賦予截面，完成線體建模（由于主要計算軸力，因此截面形狀和幾何尺寸我們可以隨意設置一種，筆者在此使用默認圓截面）；
4.為了保證四個線體連接處的節點連續，需要在選擇share命令進行重合拓撲共享；
Step2：在WB中創建載荷及約束：
1.搭建分析流程：
2.網格劃分：自由網格劃分，網格尺寸設置為10mm。由于建立的是線體模型，WB在網格劃分時自動賦予BEAM188單元；
3.施加載荷及約束：
Step3：求解及后處理：
1.求解；
2.建立路徑：由于我們需要繪制軸力圖，所以我們需要建立一個path，將結果映射到path上；右鍵Model（B4）→insert→construction geometry→path，然后在Details of path中將path type切換為edge，依次選擇建立的四根線體，點擊apply確定選擇。
3.提取結果：點擊Solution（B6），并選擇Beam Results中的Axial Force；在Details of Axial Force中，將Scoping Method改為Path，并在path中選擇上一步建立的“path”。最后右擊Solution（B6），選擇Eevaluate All Results，提取結果。
在圖形區，我們可以看到計算的軸力結果；在Graph中，我們可以看到軸力圖。
展開 LS-DYNA霍普金森壓桿循環沖擊和動態劈裂（SHPB）
（1）巖石動態劈裂試驗
在進行霍普森壓桿試驗時，需要對入射波進行整形，將矩形波轉化半正弦波。在數值分析時，可以通過加載入射波曲線到入射桿端面的方法對試驗進行模擬，這樣不僅簡化了建模過程，而且保證了入射波與試驗入射波完全一樣，能得到最真實的仿真結果。
采用面面侵蝕接觸，接觸剛度取默認值，動靜摩擦系數取0。得到的動態劈裂模擬結果與試驗結果吻合。桿端由于應力集中產生了三角形壓碎區，試樣中部發生拉伸破壞。
（2）巖石循環沖擊試驗
在循環沖擊時，彈速通常較小，試樣是不會破壞的，因此應力應變曲線在達到峰值后會回彈。
模擬循環沖擊可以使用完全重啟動或Dynain文件法。兩種方法各有優劣，完全重啟動要求較苛刻，很容易報錯，難以調試出來，因此更建議使用Dynain文件法。但Dynain文件法的缺點是無法繼承損傷變量，即損傷無法累積，不過HJC模型通常配合失效準則使用，我們不會用到損傷變量，不影響仿真。
圖中所示為多次沖擊下的波形圖。三次沖擊下的入射波曲線完全重合，說明利用Dynain文件成功地實現了多次沖擊。而透射波隨著沖擊次數的增加逐漸減小，這是因為巖樣在前一次沖擊后內部產生了裂紋（損傷累積）。
綜上所述，LS-DYNA軟件可以對SHPB相關試驗進行模擬。另外，半正弦波整形技術也可以通過建立紡錘形彈體實現（不建議設置整形器，操作相對復雜，且容易發生穿透和波形震蕩現象）。
展開 
（k文件）SHPB動態壓縮模擬破碎形態-LS-DYNA霍普金森壓桿 ￥75
<p>霍普金森壓桿系統通常用于巖石、混凝土材料動力特性研究。有關SHPB數值模擬方法的相關教程比較常見，若對于模擬出巖石破碎形態感興趣，可參考以下附件。主要是接觸、邊界條件和材料失效的設置。如下圖，是主頁成果展示的相關k文件。對于成果展示的其他內容感興趣的，也可私信。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/202110/528e2464aace4e2c826b804aa354f4a2.png" title="QQ截圖20211014094328.png" alt="QQ截圖20211014094328.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202110/528e2464aace4e2c826b804aa354f4a2.png?
展開 基于JC模型的umat子程序實例-Hopkinson壓桿的隱式求解器數值仿真實現 ￥8
本文基于JC模型的Umat子程序實現hopkinson壓桿的數值模擬，本文的一些參數設置和程序借鑒了盧劍鋒老師的碩士論文《沖擊載荷作用下材料和結構力學行為有限元模擬》，且沒有考慮溫度軟化。
裝配圖如下
JC模型的方程形式如下
試樣的材料參數如下
入力桿和出力桿使用線彈性材料，彈性模量和泊松比分別為200GPa和0.3。
在入力桿的一端施加應力脈沖
入力桿某點和出力桿某點上的應力波時程曲線如下
建議大家按照前面提到的論文自己獨立把程序走一遍，也歡迎大家下載本次的*.cae文件和*.for文件，后期打算基于JC模型的umat子程序做一個侵徹的案例，感謝持續關注！
展開 CAE仿真對USB的強度分析
分析案例：
USB按壓：治具頂部距產品端部20mm，壓桿加載位置距產品端部15mm。
USB按壓（Z-）
壓桿加載力達到100N時位移8.95mm,保載后最大位移10.8mm，卸載后壓桿不可恢復位移3.76mm。
USB按壓（Z-）
如上圖所示，彩色區域為usb焊錫，施加力加載到45N時，其最大等效塑性應變1.89e-2，小于焊錫斷裂延伸率0.199，usb無脫焊風險。
USB按壓（Z-）
如上圖所示，USB壓桿加載力到45N時，USB焊錫紅圈所示區域中器件所處pcb位置應變較大，器件有失效風險。
USB按壓（Z+）
壓桿加載力達到100N時位移4.4mm, 卸載后壓桿不可恢復位移1.2mm。
USB按壓（Z+）
如上圖所示，彩色區域為usb焊錫，施加力加載到45N時，其最大等效塑性應變2.24e-2，小于焊錫斷裂延伸率0.199，usb無脫焊風險。
USB按壓（Z+）
如上圖所示，USB壓桿加載力到45N時，USB焊錫紅圈所示區域中器件所處pcb位置壓應變較大，器件有失效風險。
USB按壓（X-）
壓桿加載力達到100N時位移1.0mm,保載后最大位移1.04mm， 卸載后壓桿不可恢復位移0.55mm。
USB按壓（X-）
如上圖所示，彩色區域為usb焊錫，其最大等效塑性應變4.93e-2，小于焊錫斷裂延伸率0.199，usb無脫焊風險。
展開 3.5mm耳機孔即將消失，分享一仿真案例以作紀念
分析背景：
耳機按壓：治具頂部距產品端部20mm，壓桿加載位置距產品端部15mm。
工況：
分析結果-耳機按壓（Z-）
壓桿加載力達到100N時位移5.16mm,保載后最大位移8.58mm，卸載后壓桿不可恢復位移1.67mm。
如上圖所示，彩色區域為耳機焊錫，在施加力到30N時，其最大等效塑性應變9.0e-4，小于焊錫斷裂延伸率0.199，耳機無脫焊風險。
如上圖所示，耳機壓桿加載力到30N時，耳機焊錫周邊器件所處位置無大應變區域，器件失效風險低。
分析結果-耳機按壓（Z+）
壓桿加載力達到100N時位移3.079mm, 保載后壓桿最大位移3.147mm，卸載后壓桿不可恢復位移0.537mm。
如上圖所示，彩色區域為耳機焊錫，在施加力到30N時，其最大等效塑性應變5.9e-3，小于焊錫斷裂延伸率0.199，耳機無脫焊風險。
如上圖所示，耳機壓桿加載力到30N時，耳機焊錫周邊器件紅圈所示區域應變較大，器件有失效風險。
分析結果-耳機按壓（X-）
壓桿加載力達到30N時位移0.488mm， 卸載后壓桿不可恢復位移0.1mm。
如上圖所示，彩色區域為耳機焊錫，其最大等效塑性應變4.947e-3，小于焊錫斷裂延伸率0.199，耳機無脫焊風險。
如上圖所示，耳機壓桿加載力到30N時，耳機焊錫周邊器件所處位置無大應變區域，器件失效風險低。
分析結果-耳機按壓（X+）
壓桿加載力達到30N時位移0.506mm,卸載后壓桿不可恢復位移0.105mm。
如上圖所示，彩色區域為耳機焊錫，其最大等效塑性應變4.01e-3，小于焊錫斷裂延伸率0.199，耳機無脫焊風險。
展開 