易拉罐的案例
【iSolver案例分享】鋁制易拉罐的單向壓縮試驗
【iSolver案例分享】鋁制易拉罐的單向壓縮試驗
一、模型背景
鋁制易拉罐的模型尺寸如圖一,壁厚為1mm,采用iSolver和Abaqus通用求解器分別求解該鋁制易拉罐在單向受壓情況下的應(yīng)力應(yīng)變分布情況。
圖一
二、建模
模型采用的單位制為 噸、毫米、牛、秒。鋁的密度取為7.85t/m3,彈性模量為215GPa,泊松比為0.33。
建模時，為節(jié)約計算成本，充分利用易拉罐的軸對稱性建立四分之一模型。模型邊界條件如圖二。模型底部固定，頂部施加均布力，四分之一模型的兩個側(cè)橫截面為軸對稱邊界。
模型的網(wǎng)格劃分情況如圖三。
圖二
圖三
三、Abaqus結(jié)果
1) 易拉罐側(cè)面應(yīng)力分布圖
2) 易拉罐頂部應(yīng)力分布圖
3) 易拉罐底部應(yīng)力分布圖
4) 易拉罐頂面應(yīng)力分布圖
5) 易拉罐側(cè)面應(yīng)變分布圖
6) 易拉罐頂面應(yīng)變分布圖
四、iSolver計算
Abaqus計算以后會自動生成inp文件。我們將inp文件導(dǎo)入到iSolver中進行求解。導(dǎo)入方式如下所示。
展開 2毛錢的易拉罐竟然賣到了上萬塊！
一個普通的易拉罐在他手上，就能變成價值2000美元的“藝術(shù)品”！
瞧他的作品，
都有一種整齊和循環(huán)的美感，非常驚艷~
這是怎么做到的呢？
如果是靠機器那就爆了，這些罐子都是他徒手捏出來的！
首先，Noah會將色彩繽紛的易拉罐褪去表層、打磨拋光。
然后根據(jù)他設(shè)定的紋路用手指一個個去捏。
沒錯，就是用手指！
重要的是，得精準地控制力度。
每一次下手，挖出的凹槽，長度、深度都必須精準無誤。
萬一手抖，整個作品都會完蛋。
這拿捏適度的力道也真是一個費功夫的磨人事兒啊……
追求完美的他，對每一個細節(jié)都得“斤斤計較”。
修理出一個個銳利的邊角。
撫平一個凸起的褶皺。
除了兩個大拇指，他沒有使用其他任何工具。
以前每天可以做兩件作品，
不過因為手指的疼痛使他現(xiàn)在每天只能做一件了。
看完這些易拉罐的制作過程，
再來欣賞Noah的藝術(shù)品時，你才能理解它的厲害之處。
突然就變得不平凡了！
特別是這種完美的細節(jié)，
難以置信...
畢竟都是有故事的易拉罐們呀！
其實，Noah最開始只是隨手雕刻了一個易拉罐，沒想到獲得了2010年紅牛的易拉罐藝術(shù)品大賽冠軍！從此就走上了制作易拉罐藝術(shù)品的道路。
也正是物以稀為貴，Noah雕刻出來的易拉罐，平均都可以賣到2000美金，約合人民幣12000元左右！
展開 ANSYS workbench 易拉罐壓縮顯示動力學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習：
1、學(xué)習型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學(xué)習易拉罐的三維模型處理
2、學(xué)習易拉罐壓縮非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習易拉罐壓縮顯示動力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習易拉罐壓縮顯示動力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 易拉罐壓縮顯示動力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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workbench中易拉罐的壓扁 ￥20
利用workbenchExplicit可以很方便的進行易拉罐的壓扁仿真建模，其中易拉罐采用shell單元，管子采用solid單元，地面是剛體。
d3plot_001.gif
采用explici-dyna進行k文件的導(dǎo)出進行的計算結(jié)果。
采用autodyn進行的計算
模型的源文件：鏈接：https://pan.baidu.com/s/1nvpBV4X 密碼：e5h8
如果不會的話，可以通過付費的視頻進行學(xué)習。
abaqus易拉罐受壓屈曲
abaqus易拉罐受壓屈曲，需要原文件的關(guān)注抖音abaquser，私信易拉罐即可
AnsysWB-易拉罐壓碎瞬態(tài)動力學(xué)仿真 ￥10
汽水易拉罐壓碎仿真模擬
29歲的農(nóng)民轟動科技圈，他究竟做了什么？
這是一個為易拉罐機器人打造的微型村落，別墅、人工湖、路標在這個小村落里應(yīng)有盡有，盧長輝的堂弟也一起幫忙建造這個村落。
盧長輝想利用這個建好的村落，拍攝一些以易拉罐機器人為主角的小故事。現(xiàn)在，盧長輝又有了新的夢想，他希望有一天可以拍攝一部易拉罐機器人的動畫片，然后到電影院里放映。平凡的人也有偉大的夢想，堅持自己的興趣，并用心鉆研如何做好，這本身就是一件不平凡的事情。你覺得呢？
來源：工業(yè)智能化
基于workbench ls-dyna的易拉罐受壓變形非線性分析實例 ￥10
模型展示如下：
基于workbench ls-dyna的易拉罐變形非線性分析分析結(jié)果展示：
位移分析結(jié)果展示如下：
動畫：
應(yīng)力分析結(jié)果展示如下：
動畫：
結(jié)構(gòu)場顯示動力學(xué)實例(一)--鐵塊高速撞擊易拉罐 ￥8
基于Ansys workbench-lsdyna模塊，地面和鐵塊采用結(jié)構(gòu)鋼材質(zhì)并設(shè)置為剛體，易拉罐設(shè)置為鋁，柔性面體。
網(wǎng)格控制：
應(yīng)力云圖：
總體位移：
玩?zhèn)€錘子，李飛飛夫婦團隊的最新研究
任務(wù)二：清除桌面的易拉罐
同樣，人類只告訴機器人這個任務(wù)，沒有其他多余的指示。使用什么工具，用什么姿勢完成，全靠機器人自己判斷。
于是，它又抓起了桌上的錘子。
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同樣完成。
注意，兩個不同的任務(wù)，握錘姿勢不一樣（不一樣……）
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這個機智的機器人，能夠根據(jù)不同的任務(wù)，決定應(yīng)該如何握住手里的錘子，以及用什么方式完成指定的任務(wù)。
其實，就算是它從來沒見過的、骨骼清奇的錘子，也是一眼就會玩。
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鋸都算上了，但這也只是很小的一部分。
而且，機器人腦子里的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是自我監(jiān)督學(xué)習的，不需要人類傳授什么秘籍。
這只為了任務(wù)定制抓取姿勢的機器人，是如何修煉成仙的？
先審題，再行動
從前的機器人，大多是用保守的方式抓取工具——抓質(zhì)心最穩(wěn)。
簡單粗暴，但這并不一定適合它下一步要完成的操作。
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△ 左為兩眼一抹黑，右為找得著北
畢竟，釘子要完全敲進去，易拉罐要掉下桌面去，才算成功。
所以，抓取的牢固程度，與適合任務(wù)的程度之間，需要一些妥協(xié)。
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為了讓機器人，在執(zhí)行任務(wù)的時候更有針對性，斯坦福團隊制定了四步方略如下——
一是，機器人要懂得，人類希望的結(jié)果是什么。
二是，機器人要識別物體的特征，知道它是好用的工具。
三是，找到合適的抓握方向，才能更有效地做任務(wù)。
四是，去吧，皮卡丘。
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知之為知之，審題真的有用。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩步走，一抓取二操作
(^?^*) 機器人：
咦，任務(wù)是掃桌
咦，錘子長這樣
咦，這姿勢不錯
咦，易拉罐沒了
為了讓機器人選擇正確的姿勢，執(zhí)行特定的任務(wù)，團隊設(shè)計的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也并非一步登天。
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展開 結(jié)構(gòu)突然坍塌時的屈曲分析
你有沒有見過一個成年人可以在一個空的易拉罐上保持平衡的游戲？
盡管易拉罐的內(nèi)壁只有 0.1mm 厚，但只要保持完整的圓柱形狀態(tài)，就可以承受一個成年人的重量。此時，軸向應(yīng)力低于屈服應(yīng)力，這可以通過力除以橫截面積來驗證。
如果你只是輕輕地按壓圓柱形表面上的某個點，易拉罐就會塌陷。完整圓柱體的極限載荷高于人的重量，但是一個輕微的變形就能明顯降低它的承載能力，這種現(xiàn)象稱為缺陷敏感性，是設(shè)計壓縮結(jié)構(gòu)時可能出現(xiàn)的一個隱患。現(xiàn)實生活中還有一些
坍塌殼的例子，它們的尺寸比易拉罐要大得多。
在數(shù)學(xué)上，屈曲是一個分岔問題。在一定載荷級別下，解不止一個。下面的草圖描繪了解的分岔點和三種不同的可能路徑，在分岔點處形成分支。如下圖所示，次級路徑可以是三種不同的基本類型。
分岔問題的解
如果承載能力繼續(xù)增加，就可以將解表征
為穩(wěn)定。這是風險最小的情況，但如果你沒有意識到這種情況，就可能會計算出太低的壓力。因此，你將低估承載能力。中性和不穩(wěn)定路徑更危險，因為一旦達到峰值載荷，位移就可以是峰值
點后對應(yīng)的任意值。
當存在多個解時，就會出現(xiàn)哪一個解是正確的問題。所有的解都將滿足平衡方程，但在實際問題中，結(jié)構(gòu)只會選擇一種路徑，將基于能量最小化來進行這種選擇。使用傳統(tǒng)線性理論計算的解通常不是首選解。
我們可以用波浪形表面上的一個球來做類比，球可以在山頂和山谷中都處于平衡狀態(tài)，但任何擾動都會使它掉到山谷中。同樣，即使是對結(jié)構(gòu)施加最小的擾動也會使它跳到更有利的能量狀態(tài)。在實際問題中，沒有完美的結(jié)構(gòu)；在幾何學(xué)、材料或載荷方面總會存在擾動。
線性屈曲分析
處理屈曲問題最簡單的方法是進行線性屈曲分析。這其實相當于我們在基礎(chǔ)工程課程中學(xué)過的對簡單的結(jié)構(gòu)進行分析的方法。
展開 
自主CAE | 基于PERA SIM的外壓薄壁圓筒特征值屈曲分析
由此可以得到長、短圓筒的臨界長度值，即：
得到臨界長度：
3.易拉罐特征值屈曲分析
3.1問題描述
“露露”易拉罐材質(zhì)為馬口鐵,材料的彈性模量為1.94x105 MPa，泊松比0.3。平均厚度t為0.18 mm，有效長度L為127 mm，平均外徑Do為52.56 mm。見圖4。圓柱殼兩端約束環(huán)向位移，一端同時約束軸向位移。
圖4 易拉罐示意
現(xiàn)在分析如下問題：
1）“露露”易拉罐受側(cè)向外壓作用時的臨界壓力。
2）討論改變厚度及長度對臨界壓力的影響。
下文通過PERA SIM Mechanical的屈曲分析模塊完成外壓薄壁圓筒特征值屈曲分析，并將結(jié)果與某國際標準商業(yè)有限元軟件進行對比。
3.2 PERA SIM結(jié)構(gòu)有限元模塊
打開PERA SIM Space工作臺，進入軟件啟動界面。模型類型支持結(jié)構(gòu)、電磁、聲學(xué)等三大物理場，選擇結(jié)構(gòu)特征值屈曲分析，并創(chuàng)建新的模型。
圖5 啟動界面
3.3 薄壁圓筒模型建立
PERA SIM提供了豐富的幾何建模功能，可以完成線體、面體以及實體的幾何建模。通過草圖編輯、幾何編輯等操作，可迅速完成圓筒(面體)的建模。
圖6 圓筒幾何模型
3.4 網(wǎng)格剖分
PERA SIM提供了豐富的網(wǎng)格剖分功能，對于圓筒幾何模型，通過控制四邊形網(wǎng)格劃分方法以及控制局部面尺寸，并選擇二階單元。通過網(wǎng)格劃分，即可得到網(wǎng)格模型(圖7)。
展開 設(shè)計師不得不知的沖壓工藝，動圖秒懂~
如下圖
再來看看傳說中的軋制
再來看看易拉罐的制作方式！
這是實際生產(chǎn)中易拉罐生產(chǎn)過程
想知道根本原理的同學(xué)可以點開視頻看看，這個視頻用3D模型很好的表達了生產(chǎn)過程。
— END —
鋁合金特點及應(yīng)用簡介
應(yīng)用范圍：飛機上使用的導(dǎo)油無縫管（3003合金），易拉罐（3004合金）。
4系以硅為主，不常用。部分4系可熱處理強化，但也有部分4系合金不可熱處理化。
5系特點：以鎂為主。耐腐蝕性能好，焊接性能好，疲勞強度好，不可熱處理強化，只能冷加工提高強度。應(yīng)用范圍：割草機的手柄、飛機油箱導(dǎo)管、防彈衣。5系鋁板運用較為廣泛，因其它具有中等強度，杰出的耐腐蝕性和加工功能以及焊接功能等。5系鋁板是的首要元素為Mg，較為常見的合金牌號有5005，5052，5754，5083，5182，5A05,5A06等，跟著Mg含量的不斷添加，鋁合金的抗拉強度不斷提高，表面硬度也跟著添加。日常運用中，5005合金依托它的中等強度與杰出的抗蝕性多用作導(dǎo)體、炊具、外表板、殼與建筑裝修件。作為陽極氧化處理時，5005合金的陽極氧化膜比3003合金上的氧化膜愈加亮堂，因而許多高端幕墻裝修中多運用5005合金來制造。5052合金的Mg含量高于5005，此合金有杰出的成形加工功能、抗蝕性、可燭性、疲勞強度與中等的靜態(tài)強度，可用于制造油箱、油管，以及交通車輛、船只的鈑金件，外表、街燈支架與鉚釘、五金制品等，具有代表性的是重型和中型貨車油箱，以及筆記本外殼及鍵盤料，機柜料、金屬導(dǎo)體。5754合金的Mg含量高于5052，它卻具有比5052更高的強度和更好的延伸功能，多運用于焊接結(jié)構(gòu)、貯槽、壓力容器、船只結(jié)構(gòu)與海上設(shè)備、運送槽罐。在國內(nèi)常用語制造高鐵隔音屏障，高鐵內(nèi)部鈑金件焊接等結(jié)構(gòu)件。5083合金的Mg含量更高，具有更高強度和抗腐蝕性，可用于艦艇、轎車和飛機板焊接件;壓力容器、致冷設(shè)備、電視塔、鉆探設(shè)備、交通運送設(shè)備、元件、裝甲等，最常見的是用作船只鋁板和儲氣罐及大型罐車罐體。5182合金多加工成薄板，用于加工易拉罐蓋，拉環(huán)，轎車車身板、操作盤、加強件、托架等零部件。
展開 有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實現(xiàn)方式研究系列48：屈曲分析（1）-理論
生活中有很多這樣的例子，譬如帳篷的支架在大力下或者頂端放個重包突然失去支撐能力，導(dǎo)致帳篷坍塌，又譬如空的易拉罐用手指按壓時，按壓點會癟下去，力比較小時，易拉罐外殼還能恢復(fù)，當指力足夠大時，易拉罐外殼就直接現(xiàn)成一個永久的坑了。
工程上也有很多屈曲的現(xiàn)象，譬如火箭發(fā)射過程中，由于火箭加速產(chǎn)生的巨大軸向載荷（如發(fā)射時的加速度可達數(shù)十倍重力加速度），會導(dǎo)致細長結(jié)構(gòu)（如箭體或儲箱）因穩(wěn)定性不足而彎曲，又譬如船舶在波浪中航行時，船體因波浪起伏產(chǎn)生巨大的縱向彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致中拱或中垂狀態(tài)，引發(fā)肋骨或甲板的屈曲。
2.2 屈曲分析的目點
從以上生活常識可知，總有一個突然就垮塌的過程，就像上面的易拉罐例子一樣，如果力比較小，放手后易拉罐還能恢復(fù)原樣，我們認為這個力對這個結(jié)構(gòu)件是安全的，但如果放手后產(chǎn)生了不可恢復(fù)的形變，那么這個力對結(jié)構(gòu)件是不安全的，從安全到不安全的臨界點的力就是臨界載荷。
屈曲這個過程經(jīng)歷了：線彈性變形過程-》達到屈曲臨界點-》（后屈曲）屈曲后的結(jié)構(gòu)變形過程。
在工程上屈曲分析的主要目點是計算結(jié)構(gòu)在軸向壓力或彎曲荷載作用下發(fā)生屈曲失效的臨界載荷值，從而判斷當前設(shè)計是否安全。
2.3 屈曲分析的方法
屈曲分析有多種方法：
2.3.1 非線性屈曲分析
非線性屈曲分析是將力隨著位移的關(guān)系表達出來，直到能看出哪點是臨界載荷，臨界載荷時位移增加時，力將不再增加，反而下降，也就是臨界載荷就是載荷Vs位移曲線上的馬鞍點位置。
如下面例子：
兩個桿下方固定位移，中間往下加壓力，每次力加的特別緩慢，確保每個時刻力達到平衡狀態(tài)。
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