強度校核的案例
【原創軟件】機械設計強度校核工具v1.0 ￥6
歡迎認識《機械設計強度校核工具》。
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這是一款面向機械設計工程師的強度校核計算軟件，集成常用的材料力學計算與判定邏輯。
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軟件包含五大模塊：
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1）正應力計算：拉伸/壓縮載荷應力與強度判定；
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2）剪切應力計算：剪切力作用下的應力與安全評估；
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3）沖擊載荷計算：動態沖擊影響與強度校核；
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4）軸扭轉強度計算：軸類零件扭轉強度與變形分析；
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5）彎曲強度計算：梁類構件彎曲應力與強度校核。
展開 螺栓連接強度校核
01 螺紋連接分為：螺栓連接，螺柱連接，螺釘連接
02 螺栓組的布置原則
03 螺栓組的工況
橫向力
軸向力
扭矩
彎矩
04 螺桿直徑，螺距，螺桿應力截面積，螺桿最小拉力載荷，螺桿保證載荷
05 螺母的保證載荷
06 普通螺栓的強度校核
07 預緊螺栓的強度校核
08 鉸制孔螺栓的強度校核
基于Workbench的螺栓/螺釘預緊力仿真及螺栓強度校核的方法 ￥10
本文選用bonded接觸來模擬螺紋之間的連接關系，若具體建立螺紋副，網格量太大，若是你想對螺紋副的具體受力情況進行研究，可以模擬，但是該部分工作已有很多前輩進行了研究，已經屬于成熟已知技術，建議翻閱論文即可，若是工程需要且結合具體外載荷對螺紋的強度進行校核，考慮到計算量及精度，bonded接觸足夠用了。
圖2
圖3
建立局部坐標系：以中間通孔螺釘為載體，進行局部坐標系建立，一定要注意，Z軸在螺釘軸向方向，施加預緊力需要，見圖2。
施加載荷：結構件2底面施加固定約束，選擇bolt pretention，選中中間通孔螺釘部分進行預緊力施加，坐標系更改為剛建立的局部坐標系。施加預緊力1500N進行分析，預緊力加載見圖4.
圖4
3、結果
提取螺釘螺紋部分的Equivalent（von-mises）stress應力，可以看到，第一圈螺紋處應力最大，約為447Mpa，一般情況下，我們會用該應力與螺釘的屈服強度或者抗拉強度進行對比校核。
圖5 Equivalent（von-mises）stress應力
本文提出另一種校核方法，即剪切應變能學說進行校核。具體如下（公式倒不進來，就截圖了）：
此時，在Workbench中提取螺桿軸向應力，即Nomal stress，選取前面建立的局部坐標系，選擇Z軸進行結果查看。
展開 電機機座和法蘭盤的結構靜強度校核
1 分析內容和目的
本項目是與某集團電機廠合作對某型電機機座和法蘭盤部分進行結構靜強度校核。
2 分析方案
應用ANSYS Mechanical軟件對法蘭盤和機座進行靜強度分析。在分析中考慮兩個零件是通過螺栓固定在一起，可采用ANSYS提供的接觸綁定的功能將兩個部件進行固接。電機通過法蘭盤的端部的四個螺栓孔水平安裝在機構上，在模擬中可將法蘭盤的端部固定約束。由于安裝的環境和電機發熱的影響，考慮溫度載荷的作用。電機自重作用可轉化為力加到重心上。轉矩可相應轉化到機座上，通過機座將轉矩傳給法蘭盤。
依據上述分析思路，具體分析步驟如下：
第一步——零件裝配：基于客戶提供的三維幾何零件模型，在DM中進行裝配和編輯。
第二步——網格劃分：對三維幾何模型進行網格劃分，采用ANSYS—MESH進行自動網格劃分。
第三步——邊界條件設置：基于網格計算模型，施加各種邊界條件和載荷。
第四步——計算求解：提交上述調試通過的求解文件，實現求解分析。
第五步——撰寫計算結果分析報告：利用Workbench后處理功能，對計算結果文件進行各種數據處理，對法蘭盤的靜強度進行校核。
3 定義材料屬性
在WORKBENCH的Engineering Data 中定義材料HT200屬性，包括楊氏模量和泊松比，以及材料熱膨脹系數和參考溫度，具體參數數值見下表
表5-1 材料參數
4 零件裝配與網格劃分
將由廠方提供的兩個單體零件在DM中進行裝配，可充分利用DM強大的幾何建模和編輯功能，按照兩者的裝配關系進行準確定位。
展開 
聲屏障結構設計之——微弧式聲屏障立柱強度校核仿真APP
工程上多采用H型立柱作為支撐結構，以確保聲屏障具備良好的結構強度并便于安裝和維護。由于聲屏障迎風面積大，為保其安全可靠，需進行抗風計算。其中，支撐結構風載荷下的強度與穩定性尤為關鍵，已成為聲屏障設計的主要內容和基本要求。根據《聲屏障結構技術標準》(GB/T 51335-2018）和《公路聲屏障 第2部分：總體技術要求》(JT/T 646.2-2016) 的規定，聲屏障結構設計應考慮聲屏障材料本身結構的強度與剛度、支撐結構的強度與穩定性，以及聲屏障連接系統的強度及耐久性。</p><p class="ql-align-justify">傳統的聲屏障結構設計主要依賴經驗公式和理論計算，存在估算較為粗略、主體設計保守而關鍵部位設計不足等缺陷。隨著科技的進步，有限元仿真技術的應用使得聲屏障結構計算更加快速、直觀、科學和準確，仿真技術在聲屏障結構形式、材料應用、風載模擬、抗風性能和安全性能分析等方面可以發揮巨大作用。</p><p class="ql-align-justify">關于聲屏障立柱強度校核仿真APP的開發及應用，可查看：<a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1958741" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://www.yqgqt.org.cn/post/1958741</a></p><p class="ql-align-justify">以下是<strong>微弧式聲屏障立柱強度校核仿真APP</strong>參數設置及部分仿真計算結果的展示。
展開 如何處理焊接連接結構強度校核？
當然它所校核是豎板的強度。
如果是這樣結果的區域，從分析上來說，通常情況下就可以不用管了。畢竟焊縫強度是高于母材的。
如結果如上圖所示，等效應力最大值170Mpa，參考值。但上方點取的位置處157Mpa。其實，很容易看出來，應力值主要是彎矩引起，豎直方向的正應力，即彎曲應力構成了等效應力。如果根據現有的點取的157Mpa位置，向下插值，下方的應力值預期能超200Mpa了。
這種情況下，若超過根據工況類型和基于屈服強度相應安全系統下的許用應力值，需要考慮下焊縫強度校核。
從有限元的分析結果可以看出，焊縫的外載僅需考慮彎矩作用（可以通過截面獲取焊縫處的力和力矩，當然也可以在該處采取接觸）。
根據機械手冊 焊縫高度3mm,即 ：
角焊縫計算厚度,
焊縫應力
焊縫許用應力 取值98Mpa 根據焊條選擇，詳見機械手冊 焊縫強度滿足要求。
其實從公式上不難看出，手冊上的計算公式，是有假定條件的，假定應力在焊縫計算厚度上是均勻分布的。
焊縫的計算截面對y軸的慣性矩 ：
焊縫的計算截面的抗彎系數：
焊趾、焊根細節難以從設計層面上控制，實際加工時肯定每個都有些差別。焊縫附近的應力很復雜，應力集中、熱應力、內應力很難確定。假定應力在焊縫計算厚度上是均勻分布的，顯然是不會成立的。但這是一種根據工程實際的一種校核方法，再結合工藝、工況類型等信息，確定允用應力，是經過大量實際確實可行的，納入到了手冊工具書中。當然也可以采用德國、美國相關的規范。
當然這上面采取的焊縫校核是針對的普通的機械設備，若是面對壓力容器等有詳細規范要求的設備，那需要按其具體要求處理。
展開 【iSolver案例分享61】基于EN 15227的列車排障器強度校核
本文以排障器強度校核為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比。
2. 案例背景
排障器是軌道車輛用于排除前方諸如石塊、積雪等障礙物，避免輾過路軌上的障礙物后把物體卷入車輛底部而造成運行障礙甚至導致出軌的一種裝置。作為列車防碰撞主要部件之一，排障器保證了列車的行駛安全，發生列車與障礙物正面相撞事故時，沒有裝排障器的列車在相撞后，底架懸掛的設備可能受到破壞，而裝上排障器后可減少甚至避免設備受到破壞。
3. 有限元模型介紹
排障器模型采用殼單元模擬，模型共包括殼單元55952個。排障器有限元模型如下：
圖1 排障器有限元模型
排障器采用碳鋼材料，材料屬性如下：
圖2 材料屬性
分析步設置如下：
圖3 分析步設置
EN 15227標準規定了軌道車輛排障器需滿足的計算要求，以確保其在受到碰撞過程中能保證車輛底架設備等的安全，排障器靜強度計算工況如表1所示：
表1
工況1、2載荷示意圖如下所示：
圖4 工況1載荷設置 圖5 工況2載荷設置
4.
展開 Mesh Free-眼鏡剛強度校核計算，附Abaqus計算結果對比
采用Mesh Free對某品牌眼鏡整體剛度、強度進行校核，如下圖所示，Mesh Free支持在不用做幾何清理的前提下進行計算分析，導入模型部件可以包含細節特征，比如螺釘上的倒角。
眼鏡定義了5種線彈性材料：鏡架主體采用鈦合金；眼鏡片采用樹脂；螺釘等連接件采用鋼；鼻托和鏡片扎線采用兩種不同的尼龍材料。
眼鏡腿一只固定，另一只向上掰，加力1N，模擬分析此種工況下眼鏡整體結構的剛度、強度。
Mesh Free所有接觸面定義為完全剛性連接，Abaqus作同樣處理，不考慮非線性因素，對比二者的線性計算結果。
Mesh Free給出的眼鏡最大變形為23.92mm，Abaqus的結果為23.46mm。
Mesh Free給出的眼鏡最大應力為303.4MPa，Abaqus的結果為308.3MPa。
談談Mesh Free使用感受：
雖然我常用ABQ，但是不得不說，對于包含細節幾何特征的復雜裝配結構建模分析，Mesh Free真的要比Abaqus高效的多。
據我了解Mesh Free的非線性也在大力的開發之中，目前已經支持經典塑性材料非線性、邊界條件非線性也可以設置滑動和一般的摩擦接觸。
對不熟悉常規有限元操作的結構設計人員來說，不用幾何清理、不用劃網格是極好的體驗。
關鍵是Mesh Free的結果也確實很準，目前的CAE無非是追求更準的基礎上算的更快，這兩點Mesh Free無疑是滿足的。
Mesh Free
Abaqus
展開 換熱器設計軟件中的扛把子：ExDesigner
為整合換熱器設計知識與方法，降低對設計人員的專業要求，開發針對核電換熱器的專用設計軟件，通過集成核電行業換熱器常用材料數據、熱工計算方法與強度校核標準、參數化結構模型等內容，整合用戶長期的設計經驗，形成針對核電行業U型換熱器的專用設計工具，支持設計師快速完成在設計
工況下的熱工參數與結構強度校核分析，為用戶提供了設計依據，指導用戶以更快速度完成更高質量的換熱器設計產品，滿足核電換熱器的特定設計需求。
工業水槽強度校核
1、載入模型
2、添加載荷
3、設置固定約束
4、查看結果
由于ANSYS計算速度太慢，結果還未出來，暫時沒有對比結果。
HyperXtrude在鋁型材模具設計中 的作用
通過強度校核能夠事先發現模具強度的薄弱之處，并及時修正可以避免造成不必要的廢模，所以利用Altair HyperXtrude查看型材Z方向的流度，并且查看模具強度以及模具X、Y方向的速度云圖。 X、Y方向的變形過大會導致模具中強度比較薄弱的地方失效而導致模具報廢。這個是觀察Z方向速度表現不出來的，而這個對模具的壽命影響是非常大的。通過仿真計算最終確定的修模方案：縮短中間部分工作帶長度，擴大中間部分二層焊合室尺寸，減少兩端部分二層焊合室尺寸， 修模方案如圖9所示。
結論
以上實例表明，只要三維建模準確，給定擠壓工藝參數和實際試模時的參數吻合， Altair HyperXtrude軟件的模擬結果與實際試模結果的接近程度很高，基本能夠反映出設計問題及缺陷。模具強度校核的應用可以有效保證大型模具的設計安全性。通過模擬擠壓可以減少試模次數，校核大型模具的強度，對模具的安全性預測具有明顯效果。模擬結果對于模具設計具有非常重要指導意義，可以作為模具設計的強有力工具。
展開 
HyperXtrude在鋁型材模具設計中的作用
HyperXtrude在模具強度校核時反應出來的數據在不同類別模具所表現出來的關注點是不一樣的。尤其是大型模具的強度校核，叢林集團對以往失效模具做過多次試驗發現大型模具的強度校核是非常必要的。通過強度校核能夠事先發現模具強度的薄弱之處，并及時修正可以避免造成不必要的廢模，所以利用Altair HyperXtrude查看型材Z方向的流度，并且查看模具強度以及模具X、Y方向的速度云圖。 X、Y方向的變形過大會導致模具中強度比較薄弱的地方失效而導致模具報廢。這個是觀察Z方向速度表現不出來的，而這個對模具的壽命影響是非常大的。通過仿真計算最終確定的修模方案：縮短中間部分工作帶長度，擴大中間部分二層焊合室尺寸，減少兩端部分二層焊合室尺寸， 修模方案如圖9所示
圖8 試模料頭及尺寸圖樣
圖 9 修模方案
結論
以上實例表明，只要三維建模準確，給定擠壓工藝參數和實際試模時的參數吻合，Altair HyperXtrude軟件的模擬結果與實際試模結果的接近程度很高，基本能夠反映出設計問題及缺陷。模具強度校核的應用可以有效保證大型模具的設計安全性。通過模擬擠壓可以減少試模次數，校核大型模具的強度，對模具的安全性預測具有明顯效果。模擬結果對于模具設計具有非常重要指導意義，可以作為模具設計的強有力工具。
展開 HyperXtrude 在鋁型材模具設計中的作用
此鋁型材結構較為特殊，考慮到模具強度，決 定采用三模芯假分流。難點是模芯一旦內外受力不均，容易偏心。如何設計模具保 證型材成型是面臨的挑戰。
“ HyperXtrude 軟件的模擬結果與實際試模結果的接近程度很高，基本能夠反 映出設計問題及缺陷。模擬結果對于模具設計具有非常重要指導意義，可以作 為模具設計的強有力工具。”
叢林集團有限公司 林祖湧 孫明智 于艷玲
解決方案
叢林集團對幾種工業鋁型材（包括車體型材）的實際試模結果與基于HyperXtrude軟件模擬結果的分析對比，從金屬流出模口時的速度和是模具彈性變形兩個方面進行了比較。圖2為根據三維設計建立的擠壓仿真分析模型。
從仿真分析結果來分析，總體上模芯內外受力較為均衡、變形很小，但金屬流出模口時的速度相差較大，容易引起型材變形。
HyperXtrude在模具強度校核時反應出來的數據在不同類別模具所表現出來的關注點是不一樣的。尤其是大型模具的強度校核，叢林集團對以往失效模具做過多次試驗發現大型模具的強度校核是非常必要的。通過強度校核能夠事先發現模具強度的薄弱之處，并及時修正可以避免造成不必要的廢模，所以利用AltairHyperXtrude查看型材Z方向的流度，并且查看模具強度以及模具X、Y方向的速度云圖。
展開 PATRAN在船舶整船CAE設計中的應用
各國的船級社都針對船舶結構設計開發出自己的結構設計軟件，這些軟件具有從船舶結構的初步設計到構件強度校核等一系列功能。但這些軟件都是針對各種成熟船型，不能完全滿足那些特殊用途的特種船舶（例如雙體船、小水線面船舶等）的設計與強度校核的需要。因此，在對這些特殊船型船舶進行結構強度計算和動態特性分析時，往往求助于其他更為成熟的、結果能夠得到專家認可的通用有限元分析軟件。
MSC.Patran是工業領域應用非常廣泛的有限元前、后處理軟件，是一個開放式、多功能的三維MCAE軟件包，具有集工程設計、工程分析、和結果評估功能于一體的、交互圖形界面的CAE集成環境，可為多個解算器提供實體建模、網格劃分、分析設置及后處理，其中包括 MSC Nastran、Marc、Abaqus、LS-DYNA、ANSYS 及 Pam-Crash。
因其方便快捷的前后處理功能，與其相連的有限元解算器 MSC.Nastran功能的全面性、求解問題結果的準確性，得到了許多設計單位的青睞，成為進行船舶整船結構設計與強度校核的有力的輔助工具。采用 MSC.Patran 系列軟件進行船舶結構的設計與強度校核時，首要問題是對目標結構進行合理的有限元模型化。船舶結構是大型的板－梁復合結構，為了保證船舶特別是特殊用途船舶的整體性能，許多船舶具有比較特殊的外觀結構；同時，船舶結構內部因為裝載、穩性和人員工作等需要，劃分了許多艙室，每個艙室都有可能在一些局部因特殊目的而具有特殊結構特點。這些結構上的復雜性使船舶整船建模繁瑣而困難。其次，船舶工作時所處的環境復雜，本身裝載條件也是不斷變化，造成進行船舶結構強度校核時對于結構載荷與邊界條件處理上的困難。
展開 基于SimSolid的壓縮機支架螺栓預緊強度校核
螺栓預緊.rar
