网格大小与载荷的关系
网格划分原则
有限元分析中的网格划分好坏直接关系到模型计算的准确性。
本文简述了网格划分应用的基本理论，并以ANSYS限元分析中的网格划分为实例对象，详细讲述了网格划分基本理论及其在工程中的实际应用，具有一定的指导意义。
1 引言ANSYS有限元网格划分是进行数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。
网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素。
从几何表达上讲，梁和杆是相同的，从物理和数值求解上讲则是有区别的。
同理，平面应力和平面应变情况设计的单元求解方程也不相同。
在有限元数值求解中，单元的等效节点力、刚度矩阵、质量矩阵等均用数值积分生成，连续体单元以及壳、板、梁单元的面内均采用高斯（Gauss）积分，而壳、板、梁单元的厚度方向采用辛普生（Simpson）积分。
辛普生积分点的间隔是一定的，沿厚度分成奇数积分点。
由于不同单元的刚度矩阵不同，采用数值积分的求解方式不同，因此实际应用中，一定要采用合理的单元来模拟求解。
2 ANSYS网格划分的指导思想ANSYS网格划分的指导思想是首先进行总体模型规划，包括物理模型的构造、单元类型的选择、网格密度的确定等多方面的内容。
在网格划分和初步求解时，做到先简单后复杂，先粗后精，2D单元和3D单元合理搭配使用。
为提高求解的效率要充分利用重复与对称等特征，由于工程结构一般具有重复对称或轴对称、镜象对称等特点，采用子结构或对称模型可以提高求解的效率和精度。
利用轴对称或子结构时要注意场合，如在进行模态分析、屈曲分析整体求解时，则应采用整体模型，同时选择合理的起点并设置合理的坐标系，可以提高求解的精度和效率，例如，轴对称场合多采用柱坐标系。
有限元分析的精度和效率与单元的密度和几何形状有着密切的关系，按照相应的误差准则和网格疏密程度，避免网格的畸形。
在网格重划分过程中常采用曲率控制、单元尺寸与数量控制、穿透控制等控制准则。
汽车碰撞模拟分析流程
ANSYS汽车碰撞分析流程Flow Chart of Auto Impact AnalysisPrepared By 史志远Date: Nov.1, 2004汽车碰撞模拟分析流程一、碰撞安全性试验介绍：在汽车模拟分析的过程中，提高汽车碰撞安全性的目的是在汽车发生碰撞时确保乘员生存空间、缓和冲击、防止发生火灾等等。
但是从碰撞事故分析中可知，汽车碰撞事故的形态也千差万别，所以对汽车碰撞安全性能的评价也必须针对不同的碰撞形态来进行。
按事故统计结果，汽车碰撞事故主要可分为正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞和翻车等几种类型。
但随着公路条件的改善，正面碰撞和侧面碰撞形态成了交通事故中最常见的碰撞形式。
按照碰撞试验的目的区分，现在碰撞试验大体可以分为三类：1)由政府法规要求的强制性试验：例如FMVSS208、ECE R94法规规定的正面碰撞试验，FMVSS214、ECE R95法规规定的侧面碰撞试验等等；2)由汽车制造厂自己制定的碰撞试验方法：例如用于提出改善汽车碰撞安全性的新措施等等；3)为消费者提供信息的试验：例如美国、欧洲等国家实施的新车评价程序（NCAP）,汽车安全法规中规定了达到政府规定的最低安全性能要求，NCAP以更高的车速进行正面碰撞试验，以展示汽车产品的碰撞安全性能。
由于法规试验是政府强制实施的，所以，汽车碰撞试验法规是人们关注的热点。
下表列出了一些美国FMVSS, 欧洲ECE的汽车被动安全性法规的试验项目。
二、人体伤害评价指标：在碰撞试验或碰撞模拟分析的过程中，都使用了标准的碰撞试验假人，通过测量假人的响应计算出伤害的指标，用于定量的评价整车及安全部件的保护效能。
1) Hybrid III假人家族的伤害评价基准值：下表列出了正面碰撞试验用的Hybrid III假人家族的伤害评价基准值。
Hybrid III第50百分位男性假人是目前生物保真性最好的正面碰撞试验假人，另外，为了评价汽车对不同身材乘员的安全保护性能，按比例方法开发了第95百分位男性的大身材假人和第5百分位女性的小身材假人。
第07讲-有限元网格划分的基本原则及技巧
7-6
网格疏密
• • 网格疏密是指在结构不同部位采用大小不同的网格，这是为了适应计算数据的分 布特点。 在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处、几何形状、材料、厚度变化的 位置)，为了较好地反映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。而在计算数 据变化梯度较小的部位，为减小模型规模，则应划分相对稀疏的网格。这样，整 个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。—— 网格数量应增加在结构的关键 部位，在次要部位增加网格是不必要的，也是不经济的。 边界上最好要在8个单元以上，至少不少于4个； 分析结果完成后，需要检查以下各项，误差较大的位置要进行细分： 单元应力的连续性，比较相邻单元应力值的差值； 应力偏差：结点上的单元结点应力和结点平均应力的差值的较大值； 当以上差值与其中的最大应力的比值较大时，该位置的网格需要细分。
精度 计算时间 精确解 1 2 O
7-4
•
•
P
网格数量
网格数量（续）
在决定网格数量时应考虑分析数据的类型。 实体单元：
• •
1、在静力分析时，如果仅仅是计算结构的变形，网格数量可以少一些。如 果需要计算应力，则在精度要求相同的情况下应取相对较多的网格。 2、在响应计算中，计算应力响应所取的网格数应比计算位移响应多。 3、在计算结构固有动力特性时，若仅仅是计算少数低阶模态，可以选择较 少的网格，如果计算的模态阶次较高，则应选择较多的网格。
左图中（a）、（b）改 变了结构质量的对称分 布，应避免。 （c）是 比较理想的结果。
(a)
7-8
(b)
(c)
单元的形状及评价
• 形状比（长边与短边距离之比） 一般实体单元的长宽比越大，分析误差也越大。 对于板壳单元，评价应力为主时不宜超过1:3，评价位移为主时不宜超过1:5； 对于块体单元，评价应力为主时不宜超过1:2，评价位移为主时不宜超过1:3； 在应力分布几乎没有变化的区域里使用的单元，适当放大也没问题。 倾角（表示单元偏离直角四边形的程度（Angular Deviation）） 四边形的内倾角最好是在45度～135度之间，不要超过15度～165度。 锥度（限于四边形） 用几何偏离（Geometric Deviation）表示四边形单元的变形程度。
hypermesh静力学位移载荷曲线-概述说明以及解释
hypermesh静力学位移载荷曲线-概述说明以及解释1.引言1.1 概述：在工程设计中，静力学是一种重要的分析方法，用于评估结构在受力情况下的行为和性能。
在静力学分析过程中，我们常常需要关注结构的位移和载荷之间的关系，以便更好地了解结构在承受外部载荷时的行为。
Hypermesh作为一款专业的有限元前后处理软件，提供了丰富的功能和工具，能够帮助工程师进行静力学分析，包括位移载荷曲线的绘制和分析。
本文将通过介绍Hypermesh的基本情况、静力学概念和位移载荷曲线分析等内容，探讨如何利用Hypermesh进行静力学分析，帮助工程师更好地理解和评估结构的性能。
1.2 文章结构本文主要分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
在引言部分中，我们将简要介绍文章的背景和意义，明确文章的目的，并概述本文的结构安排。
在正文部分，我们将首先介绍Hypermesh软件的基本情况，然后讨论静力学的相关概念，最后深入探讨位移载荷曲线分析的方法和应用。
在结论部分，我们将对本文进行总结，对所得结果进行分析和讨论，并对未来研究方向进行展望。
通过这样的结构安排，我们旨在全面而系统地探讨hypermesh静力学位移载荷曲线的研究内容，为读者提供清晰的理解和指导。
1.3 目的本文旨在探讨hypermesh在静力学位移载荷曲线分析中的应用。
通过对hypermesh软件的简介和静力学概念的讲解，结合具体实例，深入探讨位移载荷曲线分析的方法和步骤。
通过本文的阐述，读者可以更加深入地理解hypermesh软件在静力学分析中的应用，掌握位移载荷曲线分析的技巧，从而为工程实践提供参考和借鉴。
同时，本文还将对结果进行分析和展望，为读者提供更为全面的视角和思路。
通过本文的研究，旨在促进工程领域中静力学位移载荷曲线分析技术的进步与发展。
2.正文2.1 Hypermesh简介Hypermesh是一款广泛应用于有限元分析（FEA）领域的专业建模软件，由Altair公司开发。
有限元边界条件和载荷
X边界条件和载荷10.1边界条件施加的力和/或者约束叫做边界条件。
在HyperMesh中，边界条件存放在叫做load collectors的载荷集中。
Load collectors可以通过在模型浏览器中点击右键来创建(Create > Load Collector)。
经常（尤其是刚开始）需要一个load collector来存放约束（也叫做spc-单点约束），另外一个用来存放力或者压力。
记住，你可以把任何约束（比如节点约束自由度1和自由度123）放在一个load collector中。
这个规则同样适用于力和压力，它们可以放在同一个load collector中而不管方向和大小。
下面是将力施加到结构的一些基本规则。
1.集中载荷（作用在一个点或节点上）将力施加到单个节点上往往会出现不如人意的结果，特别是在查看此区域的应力时。
通常集中载荷（比如施加到节点的点力）容易产生高的应力梯度。
即使高应力是正确的（比如力施加在无限小的区域），你应该检查下这种载荷是不是合乎常理？换句话说，模型中的载荷代表了哪种真实加载的情形？因此，力常常使用分布载荷施加，也就是说线载荷，面载荷更贴近于真实情况。
2.在线或边上的力上图中，平板受到10N的力。
力被平均分配到边的11个节点上。
注意角上的力只作用在半个单元的边上。
上图是位移的云图。
注意位于板的角上的红色“热点”。
局部最大位移是由边界效应引起的（例如角上的力只作用在半个单元的边上），我们应该在板的边线上添加均匀载荷。
上述例子中，平板依然承受10N的力。
但这次角上节点的受力减少为其他节点受力的一半大小。
上图显示了由plate_distributed.hm文件计算得到的平板位移的云图分布。
位移分布更加均匀。
3.牵引力（或斜压力）牵引力是作用在一块区域上任意方向而不仅仅是垂直于此区域的力。
垂直于此区域的力称为压力。
4.分布载荷（由公式确定的分布力）如何施加一个大小变化的力？分布载荷（大小随着节点或单元坐标变化）可以由一个公式来创建。
基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析
基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析由于玻璃钢复合材料的薄壁圆筒结构具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀，电绝缘及透微波等优点，目前已广泛应用于航空航天和民用领域中。
工程中广泛使用的这些薄壁圆筒，当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等荷载作用时，最常见的失效模式为屈曲。
因此，为了保证结构的安全，需要进行屈曲分析。
对结构进行屈曲分析，涉及到较复杂的弹(塑)性理论和数学计算，要通过求解高阶偏微分方程组，才能求解失稳临界荷载，而且只有少数简单结构才能求得精确的解析解。
因此，只能采用能量法、数值方法和有限元方法等近似的分析方法进行分析。
近20年来，随着计算机和有限元方法的迅猛发展，形成了许多的实用分析程序，提高了对复杂结构进行屈曲分析的能力和设计水平。
ABAQUS 就是其中的杰出代表。
1.屈曲有限元理论有限元方法中，对结构的屈曲失稳问题的分析方法主要有两类：一类是通过特征值分析计算屈曲载荷，另一类是利用结合Newton—Raphson迭代的弧长法来确定加载方向，追踪失稳路径的几何非线性分析方法，能有效分析高度非线性屈曲和后屈曲问题。
1.1线性屈曲假设结构受到的外载荷模式为P0。
，幅值大小为λ，结构内力为Q，则静力平衡方程应为λP0=λQ进一步考察结构在(λ+△λ)P0载荷作用下的平衡方程，得到K E+K S S+λ△S+K G u+λu△u=△λP0由于结构达到保持稳定的临界载荷时有△λ，代入上式得K E+λK S△σ+K G△u△u=0该方程对应的特征值问题为det K E+λK S△σ+K G△u=0如果忽略几何刚度增量的影响，屈曲分析的方程又可进一步简化为det K E+λK S△σ=0该方程即为求解线性屈曲的特征值方程。
λ为屈曲失稳载荷因子，△u为结构失稳形态的特征向量。
1.2非线性屈曲非线性屈曲分析方法多采用弧长法进行分步迭代计算，在增量非线性有限元分析中，沿着平衡路径迭代位移增量的大小(也叫弧长)和方向，确定载荷增量的自动加载方案，可用于高度非线性的屈曲失稳问题。
有限元网格划分
本文讨论了有限元网格的重要概念，包括单元的分类、有限元误差的分类与影响因素;并讨论分析结果的收敛性控制方法，并由实例说明了网格质量及收敛性对取得准确分析结果的重要性。
同时讨论了一些重要网格控制的建议及其他网格设定的说明。
一、基本有限元网格概念1.单元概述几何体划分网格之前需要确定单元类型。
单元类型的选择应该根据分析类型、形状特征、计算数据特点、精度要求和计算的硬件条件等因素综合考虑。
为适应特殊的分析对象和边界条件，一些问题需要采用多种单元进行组合建模。
2.单元分类选择单元首先需要明确单元的类型，在结构有限元分析中主要有以下一些单元类型：平面应力单元、平面应变单元、轴对称实体单元、空间实体单元、板单元、壳单元、轴对称壳单元、杆单元、梁单元、弹簧单元、间隙单元、质量单元、摩擦单元、刚体单元和约束单元等。
根据不同的分类方法，上述单元可以分成以下不同的形式。
3.按照维度进行单元分类根据单元的维数特征，单元可以分为一维单元、二维单元和三维单元。
一维单元的网格为一条直线或者曲线。
直线表示由两个节点确定的线性单元。
曲线代表由两个以上的节点确定的高次单元，或者由具有确定形状的线性单元。
杆单元、梁单元和轴对称壳单元属于一维单元，如图1～图3所示。
二维单元的网格是一个平面或者曲面，它没有厚度方向的尺寸。
这类单元包括平面单元、轴对称实体单元、板单元、壳单元和复合材料壳单元等，如图4所示。
二维单元的形状通常具有三角形和四边形两种，在使用自动网格剖分时，这类单元要求的几何形状是表面模型或者实体模型的边界面。
采用薄壳单元通常具有相当好的计算效率。
三维单元的网格具有空间三个方向的尺寸，其形状具有四面体、五面体和六面体，这类单元包括空间实体单元和厚壳单元，如图5所示。
在自动网格划分时，它要求的是几何模型是实体模型(厚壳单元是曲面也可以)。
4.按照插值函数进行单元分类根据单元插值函数多项式的最高阶数多少，单元可以分为线性单元、二次单元、三次单元和更高次的单元。
举例说明圣维南原理应用
举例说明圣维南原理应用基本上所有的结构工程师都会使用到圣维南原理。
大多数结构力学教科书都收录了基于该原理的各种公式，但至今尚未对其进行严格证明。
圣维南原理指出，只要载荷的合力正确，那么在远离载荷作用区的地方，载荷的精确分布就不重要。
在本篇文章中，我们将采用有限元分析对圣维南原理进行探究。
圣维南原理的历史1855 年，法国科学家圣维南（Barré de Saint-Venant）发表了一个著名原理，但与其说这是一个严谨的数学命题，不如说是一个观察发现：“如果作用在弹性体一小块表面上的力被作用于同一块表面上的静力等效力系替代，这种替换仅使局部表面产生显著的应力变化，而在比应力变化表面的线性尺寸更远的地方，其影响可忽略不计。
”B. Saint-Venant, Mém. savants étrangers, vol. 14, 1855.圣维南肖像。
图像来源于公有领域，通过 Wikimedia Commons 共享。
在应用力学领域，Boussinesq、Love、von Mises、Toupin 等科学家都对这一原理进行了精准的叙述，并给出了数学证明。
但是对于很多一般性问题，论证圣维南原理具有很大难度，所以对该课题的研究仍在继续（有些论据相当鲜明）。
简单案例：远距离应力分析让我们从一个简单的案例开始：对矩形薄板施加轴向拉力，与载荷作用边相隔一段距离处有一个圆孔。
假如我们要分析孔的应力集中，那么实际的载荷分布有多重要呢？我们对右侧边界施加了三种不同类型的载荷：100 MPa 的恒定轴向应力峰值振幅为 150 MPa 的对称抛物线应力分布等于上述两种载荷工况合力的中心点载荷如下方绘图所示，载荷施加方式不影响孔周围的应力分布。
当然，关键在于孔距离载荷足够远。
三种载荷工况对应的 Von Mises 应力分布。
该场景也可以使用箭头图来绘制主应力。
此图将应力场绘制为通量，从而清晰地展示了应力重新分布的变化。
材料成型数值模拟
1.长方形坯料在压力机/锻锤上的镦粗工艺
材料选用热变形材料AISI-1025[1800-2200F(1000-1200C)]，初始温度1100℃，摩擦系数0.7，热交换系数5N/sec/mm/C，网格大小5mm，网格数量8408，步数80，每步压下量0.5mm。
（1）材料应力
镦粗过程中，由于上模的压力作用，工件表面应力不断增大，与上下模接触面应力相对较大。
（2）材料应变
由于镦粗过程中压下量变化均匀，所以工件表面应变均匀且较小。
（3）材料速度分布
镦粗过程中材料流动速度不断增加。
由于上下模的阻碍作用，所以工件侧面的流动速度大于与上下模接触面。
（4）材料温度
在镦粗过程中，由于与上下模接触的表面传热快，所以冷却快，所以与上下模接触的表面温度比侧面低。
（5）材料载荷
在镦粗过程中，材料载荷不断增大。
2.圆柱体坯料的挤压/拉拔工艺
材料选用冷变形材料AISI-1008,COLD[70F(20C)]，初始温度20℃，摩擦系数0.12，网格大小3mm、数量8720，步数110，每步时间0.01s。
（1）材料应力
材料应力总的变化趋势是先增大后减小，在减径区的应力较大。
（2）材料应变
材料应变变化趋势是先增大而后基本保持不变，在出口区的应变相对均匀。
（3）材料温度
由于选用冷变形材料，所以材料温度与初始温度保持一致。
（4）材料速度分布
材料流动速度先增大后减小，在出口区流动速度相对较大，当材料全部进入出口区时，流动速度相对较小且均匀。
（5）材料载荷
由于材料在减径区受到的压力更大，所以材料载荷先增大后减小。
船体结构有限元分析专题
目录
• 船体结构有限元分析概述 • 船体结构的离散化 • 船体结构的网格生成 • 船体结构的边界条件和载荷处理 • 船体结构的刚度和强度分析 • 船体结构的振动和稳定性分析 • 船体结构有限元分析的软件和应用实例
01 船体结构有限元分析概述
船体结构有限元分析的定义
船体结构有限元分析是一种基于数学和物理原理的数值分析方 法，通过将船体结构离散化为有限个小的单元（或称为“有限 元”），并建立相应的数学模型，对船体结构的静态、动态特 性以及承受外载荷的能力进行分析和评估。
边界条件和载荷的准确性和可靠性
准确性
边界条件和载荷的准确性直接影响到有限元 分析结果的可靠性。为了获得准确的边界条 件和载荷，需要充分了解结构的实际工作状 态，并进行详细的实验测试和验证。
可靠性
在有限元分析中，可靠的边界条件和载荷处 理是获得可靠分析结果的前提。为了提高分 析的可靠性，可以采用多种边界条件和载荷 处理方法进行对比和分析，并对结果进行校 核和验证。
将几何模型离散化为有限 个小的单元，形成有限元 网格。根据船体结构的复 杂程度和精度要求，可以 选择不同的网格类型和大 小。
根据船体结构所使用的材 料特性，定义材料的弹性 模量、泊松比、密度等参 数。同时，还需定义边界 条件，如固定约束、载荷 条件等。
根据力学原理和有限元方 法，建立相应的数学模型 ，包括平衡方程、几何方 程和本构方程等。然后， 采用适当的数值求解方法 （如直接求解法、迭代法 等）求解这些方程。
船体结构有限元分析的未来发展
高性能计算的应用
随着计算能力的提升，未来将更 多地利用高性能计算资源进行大 规模、高精度的船体结构有限元
分析。
多物理场耦合分析
Workbench网格划分控制
Workbench网格划分控制一、概述1、workbench提供了一种自动化较高同时又能得到较好质量的网格划分工具。
2、根据不同的物理过程，选择不同的网格划分模式。
可以在一开始进行设置如下图：也可以tool>option>meshing>default physics preference来进行设置。
3、网格划分的方式网格划分的法则分为两种●Patch conform：与载荷和边界条件等没有关系，改变之后不必从新划分网格。
●Patch independent：与载荷和边界条件等有关系，改变之后要从新划分网格。
Workbench里面有以下几种网格类型●Tet Meshing●Hex Meshing●Quad Meshing●Triangle Meshing二、网格全局控制（一）默认组1、physics preference：对应的分析类型，它规定了一些默认的网格设置。
2、solver preference：同类问题求解器的选择。
如流体和模态等等。
3、relevance：是对速度和网格质量的权衡，-100~100越大质量越好但速度变慢。
（二）大小组1、高级网格函数use advanced size founction：控制网格间的夹角、控制不同体间gap划分时的网格数量、控制相邻网格间大小的增长率。
不同的选卡对应的内容不同。
Proximity Size Function 、Curvature Size Function、Fixed Size Function 规定的内容不相同，但具有以下选项中的一部分：Curvature Normal Angle is the maximum allowable angle that one element edge is allowed to span.Proximity Accuracy allows you to control the accuracy level of proximity size function calculations that are performed between pairs of facets.Num Cells Across Gap is the minimum number of layers of elements to be generated in the gaps Min Size Max Face Size Max Tet Size Growth Rate2、Relevance Center 设置Relevance 的范围. 选项有Coarse, Medium, 和Fine. 根据Physics Preference 来设置具体值。
不同网格划分对机体有限元模态分析结果的影响
万方数据７０小型内燃机与摩托车第３８卷（［Ｋ］一∞２［Ｍ］）｛西｝＝｛０｝（４）求解以上方程就可以确定系统从小到大的几个固有频率值∞ｉ和与之对应的固有模态咖。
（ｉ＝１，２，３…，凡）。
在自由振动时，结构中各结点振幅｛咖｝不全为零，因此式（４）中括号内矩阵的行列式之值必为零，由此得到结构自振频率方程，即：Ｉ［Ｋ］一∞２［肼］Ｉ－０（５）结构刚度矩阵［Ｋ］和质量刚度矩阵［Ｍ］都是ｎ阶方阵，其中凡是结点自由度的数目，所以式（５）是关于∞２的ｎ次代数方程，由此可求得ｎ个固有频率∞ｉ（ｉ＝ｌ，２，３…，ｎ），对于每个固有频率∞。
，由式（４）可确定几个结点振幅构成的一个列向量｛咖｝ｉ＝［咖“，咖乜，…，咖ｈ］１，它们相互之间保持固定的比值，但绝对值可任意变化，它们构成一个向量，称为特征向量，在工程上通常称为结构振型。
到此，通过求解式（５）便可求得系统的固有频率及其对应的振型。
２机体实体模型的建立柴油机机体是一个经铸造、机加工后得到的箱体式结构，其上布有各种加强筋、凸台、轴承孔、水套和油道孔，内有气缸套和各种纵、横隔板，形状较为复杂一Ｊ。
建立模型时，在不影响机体计算精度的条件下，对机体结构进行必要的简化，以便提高有限元计算速度。
建立机体的实体模型如图ｌ所示。
图１机体实体模型图３机体有限元模型的建立建立有限元模型包括两部分内容，即有限元模型的建立和单元的划分。
根据有限元原理，单元的选择对有限元的计算精度有很大的影响ＪＪ。
而柴油机机体主要涉及到的实体单元，有四面体单元和六面体单元，由于六面体单元形状规则，难以适应机体结构复杂的外形，四面体恰恰相反，它弥补了六面体的不足，能较好的适应机体复杂的几何外形，经综合考虑选择四面体单元。
考虑到网格的划分密度对四面体单元的计算精度影响比较大，理论上网格越密计算精度越好，为了验证这一理论，采用智能网格划分控制的６级、７级精度来划分网格进行计算，并以此来比较计算结果的差异，网格划分结果如表１、表２、表３所示，机体有限元模型如图２所示。
制动夹钳单元静强度验证与确认
技术装备轨道交通装备与技术第1期2021年1月文章编号：2095-5251(2021)01-0010-03制动夹钳单元静强度验证与确认赵金良孟永帅刘超(中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司江苏常州213011)摘要：以某型制动夹钳单元为研究对象，对其有限元模型准确性的验证与确认进行探究。
通过依据ASME V&V标准，验证与确认方案；针对某型制动夹钳的结构，结合现有的仿真分析技术建模，通过验证与确认方案来评价制动夹钳有限模型，使其模型的准确性有足够的理论依据和保证。
关键词：制动夹钳；静强度:ASME V&V；有限元建模；试验验证中图分类号：U270.35文献标识码：BDOI:10.13711/32-1836/u.2021.01.004有限元仿真分析技术正在不断快速发展，广泛应用于实际工程的设计当中。
例如在汽车、船舶、飞行器、甚至是在日常使用的消费品当中⑴。
因其具有建模时间短、成本低、能够缩短研发时间的优点，有限元分析在机械产品设计过程当中的作用越来越重要。
但是，不同的有限元建模方案会导致不同的有限元仿真结果，而结果的准确性直接代表了有限元仿真建模方案的可行性。
因此有限元仿真结果的准确性是工程设计和分析人员以及决策者最为关心的问题。
如何评估与确定仿真结果的准确性成为仿真工作最为重要的环节之一。
ASME V&V是针对无全系统试验结果时的数值模拟准确性进行的严格量化的研究⑵，其目标就是对模型的仿真与试验的准确性进行验证与确认，使其模型的准确性有足够的理论依据和保证。
本文以某型号制动夹钳单元的静强度分析为研究对象，基于ASME V&V标准，确定该型号制动夹钳单元有限元模型的验证与确认方案，并评估该模型有限元仿真结果的准确性。
1ASME V&V标准ASME V&V标准是由美国机械工程协会(The American National Standards)制定。
其标准主要包含两个部分：验证(Verification)和确认(Validation)；验证是评估计算模型是否精确地反映了数学模型的过程，确认是从模型使用程度的角度评估了模型是收稿日期：2020-03-24作者简介：赵金良(1992-)，男，硕士研究生学历，助理工程师，从事轨道交通零部件仿真计算与相关试验研究。
full法和模态叠加法
Full法和模态叠加法1. 引言在工程领域中，我们经常需要对结构物进行分析和设计。
为了保证结构的安全性和可靠性，我们需要进行不同类型的分析。
其中，full法和模态叠加法是两种常用的结构分析方法。
本文将详细介绍这两种方法的原理、应用场景以及比较优劣。
2. Full法Full法是一种基于有限元理论的结构动力学分析方法。
它可以用来计算结构在外部载荷作用下的响应，包括位移、速度、加速度等。
Full法将结构划分为许多小的单元，通过求解线性方程组来得到每个单元的位移响应，并进而得到整个结构的响应。
2.1 Full法原理Full法基于以下假设：•结构可以看作由许多小单元组成；•每个小单元内部满足线性弹性力学关系；•结构整体满足动力学平衡方程。
Full法的求解过程主要包括以下几个步骤：1.网格划分：将结构划分为许多小单元，并建立节点与单元之间的连接关系。
2.单元刚度矩阵的计算：根据单元的几何形状和材料性质，计算每个单元的刚度矩阵。
3.总刚度矩阵的组装：将所有单元的刚度矩阵按照节点自由度的顺序组装成总刚度矩阵。
4.边界条件处理：根据结构的边界条件，将总刚度矩阵进行修正。
5.求解位移：通过求解线性方程组，得到结构的位移响应。
6.计算其他响应：利用位移响应，可以计算出结构的速度、加速度等其他响应。
2.2 Full法应用场景Full法适用于以下情况：•结构较为复杂，无法简化为简单的解析模型；•考虑了结构内部各个小单元之间相互作用的影响；•需要考虑非线性效应或动力学效应。
Full法在工程领域中广泛应用于建筑、桥梁、航空航天等领域。
它可以帮助工程师评估结构在不同载荷下的响应情况，并优化设计方案。
3. 模态叠加法模态叠加法是一种基于结构的固有振动特性进行分析的方法。
它通过将结构的响应表示为各个模态振型的叠加，来计算结构在外部载荷作用下的响应。
3.1 模态叠加法原理模态叠加法基于以下假设：•结构的振动可以由一组正交模态振型来表示；•每个模态振型都是一个固有形状，与载荷大小无关；•结构的响应可以看作各个模态振型响应的线性叠加。
网格划分要求
如果要得到精度较高的计算结果,网格的质量是是至关重要的.相对于模态分析求解网格控制如下单元翘曲角：不大于20度单元长度：通常按照10mm划分，但最小单元长度不要小于5mm。
单元长宽比：小于1：5雅各比：大于0.5最小四边形内角：大于40度最大四边形内角：小于135度最小三角形内角：大于15度最大三角形内角：小于140度三角形占全部单元比例：整个模型最好小于10%，最多不多于15%，对单个零件的要求可以放松，最多可到30%（小零件）。
Hypermesh与其它有限元软件的接口及单位一：单位：1.默认：tonne，mm，s, N, MPa单位系统，这个单位系统是最常用，还不易出错（吨，mm和s）备注：长度：m；力：N；质量：kg；时间： s；应力：Pa；密度：kg/m3长度：mm；力：N；质量：吨；时间： s；应力：MPa；密度：吨/m m 32.Hypermesh公英制设置：1）永久菜单里的option。
2）8.0里面可以自定义设置:control card-->DTI_UNIT中可以设置。
二：hypermesh与其他软件的几何接口问题汇总（一）Autocad建立的模型能导入hypermesh：因为autocad的三维建模功能不是很强，一般不建议在autocad里面进行建模。
如果已经在autocad里面建好模型的话，在autocad里面存贮成*.dxf的格式就可以导入到hypermesh里面。
（二）catia的装配件导入hm：转为step格式或者是iges格式。
（三）UG.NX3版本导入Hypermesh7.0。
用igs格式可以，但是igs容易丢失信息。
一般都是把NX3的prt文件导成catia格式的model文件，然后import到hypermesh中，stp的效果还可以（四）在hm画好的网格能导入patran继续划分：用Nastran求解，确实在patran做前处理比较方便，先存为bdf文件，一点信息都不会丢。
常见abaqus不收敛的原因
常见abaqus不收敛的原因常见ABAQUS不收敛的原因可能涉及到模型设置、材料定义、边界条件、网格划分、时间步长等多个方面。
以下是一些可能导致ABAQUS不收敛的原因的详细解释：1. 模型设置问题：- 初始条件：首先，初始条件可能不正确。
初始位移、速度或应力等参数设定不当可能导致模型在迭代过程中发生不收敛的情况。
- 接触条件：如果模型中存在接触条件，接触接触表面的定义可能是不准确的，例如，在接触区域中，接触表面的法向刚度、摩擦系数等参数设置错误可能导致不收敛。
- 材料非线性：可能有材料在加载过程中出现非线性的情况，例如塑性、开裂、损伤等，如果不正确定义材料的本构关系，可能导致收敛困难。
2. 材料定义问题：- 材料模型：选择不合适的材料模型和材料参数可能会导致收敛困难。
例如，弹塑性材料模型中的屈服强度定义不当、本构关系的选择和参数设置不准确等。
- 材料失效：材料的损伤、断裂模型如果定义不当，可能会导致模型在加载过程中无法收敛。
3. 边界条件问题：- 外部载荷：外部载荷的大小、方向和施加的时间可能导致模型不收敛。
如果载荷过大，可能导致过大的变形和应力，使得该局部区域的刚度变小，进而导致不收敛。
- 约束条件：模型中的约束条件如约束边界、固定接触边界等可能存在问题。
在约束边界上，如果约束条件设定不当，可能导致模型的自由度变大，影响收敛性。
4. 网格划分问题：- 网格尺寸：过大或过小的网格尺寸都可能导致不收敛的问题。
过大的网格尺寸可能导致模型局部细节无法准确捕捉，而过小的网格尺寸可能会导致计算量过大，从而导致不收敛。
- 单元类型：选择的单元类型可能与模型中存在的应变集中区域不匹配，导致不收敛。
例如，在存在大应变梯度或明显应变集中的区域使用了线性单元。
5. 时间步长问题：- 时间步长选择：时间步长选择不合适可能导致模型不收敛。
当时间步长选择过大时，计算可能会发散，而选择过小的时间步长会增加计算时间和困难，可能导致不收敛。
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本人是新手，才接触workbench,由于要写个报告，所以开始使用WB，自己研究了一段时间，下面的小弟的一
个问题，请高手们帮忙看看啦~~~
在开始报告之前，先自己琢磨做了个很简单的一个圆盘，中间圆孔固定，然后在最外面上加个扭矩，然后计算
看结果
分了3次不同的网格划分，就是结构粗略的，中等和精细的，都是自动生成的MESH，但是结果却非常离谱，相差有10倍了，希望高手们帮忙看看，为什么啊，这个其实是个很简单物体的么，是不是我有什么地方做错了
啊，感谢高手们啊~~~~
下面是图，由于软件是德语的，我用中文已经表明了法向应力和剪切应力了，谢谢啦~~~
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whatinrain
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发表于
2010-2-17 21:00 |
只看该作者 请修改标题先。
图片也没有显示。
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wkunkun
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发表于
2010-2-17 21:05 | 只看该作者
晕哦，怎么插入图啊？ 我在网易上传的照片的么
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wkunkun
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发表于 2010-2-17 21:18 | 只看该作者
本帖最后由 wkunkun 于 2010-2-17 21:40 编辑
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现在应该可以看见图了，感谢各位高手啦~~~
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pfsr
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发表于 2010-2-17 22:03 | 只看该作者
请修改标题先。
以勤补拙
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daren
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发表于 2010-2-18 19:12 | 只看该作者
结果这么小，基本都是误差，个人认为
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wkunkun
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发表于 2010-2-19 03:03 | 只看该作者
是这样么？不管怎么存在误差，结果的变化不应该相差这么多吧，就算计算出的应力值很小，
误差也只会在小数点后面几位啊
如果我把扭拒加大10倍，计算出来的结果也都增大了10倍，那误差不也变很大，这样对么？
高手们看看，解释哈么~~~~感谢啦~~~
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pfsr
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发表于 2010-2-19 15:50
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我做了一个类似的，没发现你说的问题
1.png (138.15 KB)
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asas00
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发表于 2010-2-19 23:06 | 只看该作者
本帖最后由 asas00 于 2010-2-19 23:12 编辑
对于楼主的模型,这么小的载荷情况来说,楼主的网格密度确实是太粗了,仔细观察楼主三幅图
即可发现,即使是网格最密的那个,应力变化的区域基本就在一层网格内,结果怎么会准确呢?
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至于说把把扭拒加大10倍，计算出来的结果也都增大了10倍，这种推断是基于你的分析正确
的情况下才能成立,而不能反过来判断你的分析正确
当然,基于楼主做该分析的目的,只要适当增加扭矩,产生如pfsr 版主所做出的效果即可满足
楼主的需要
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pfsr
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wkunkun
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发表于 2010-2-20 00:51 | 只看该作者
谢谢高手们的帮助啊，基本上有点头绪了哦，我也自己重新试了，增加了扭拒，结果和版主的基本一样，（版主厉害哈~~~~）看来是负载条件很小，对于这样的负载，精密的网格也相对来
说很粗糙了
谢谢高手啦，小弟如果在写报告的过程中遇到什么问题，希望高手们能继续帮帮小弟啦，谢谢
啦~~~~。