Workbench命令流实现移动载荷加载方法

纵横CAE

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1.前言

移动载荷，学过材料力学或结构力学的同学一定不陌生，学到桁架或梁结构都会涉及到在移动载荷下的梁的位移、弯矩、剪力图绘制，以找到移动载荷下梁的最危险位置。

图1 移动载荷示意图

生活中移动载荷的例子也不少，例如车辆在桥面移动、人上下楼梯、塔吊吊物等。

图2 移动载荷作用下旋转楼梯瞬态特性分析（源自网络）

2.命令流施加移动载荷

无论是Abaqus还是Workbench，都没有移动载荷的GUI的直接操作。Abaqus使用子程序来实现移动载荷，而Workbench则需要使用命令流的方式。

图3 移动载荷下梁的变形图

相比两种软件实现方式，Abaqus需要配置子程序环境，很多人都对子程序环境配置嗤之以鼻！而Workbench则方便很多，可直接插入APDL，实现移动载荷需要用到的命令流如下：

FINISH!首尾FINISH代表只在插入模块起作用/SOLU!进入求解器inc=1tt=0    *DO,i,1,101,inc!使用DO-ENDDO循环实现移动载荷OUTRES,ALL,ALL!输出所有加载子步骤的所有结果，亲测没有这句，移动载荷无效tt=iTIME,tt!载荷步时间控制NSUBST,10!每个载荷步包含10个子步FDELE,ALL,ALL!删除所有集中力载荷nname=NODE(10*(i-1),0,0)!选需要施加力的节点F,nname,FY,-4000!给节点施加Y方向的力-4000N!NSEL,S,LOC,X,(i-1)*10!节点选择的另一个方式!F,ALL,FY,-4000ALLSEL,ALLSOLVE*ENDDOFINISH

在Workbench中，移动载荷可以是多种类型的，包括但不限于线性移动、旋转移动等。可以根据需要选择合适的移动类型，并使用相应的命令流施加载荷。力载荷是施加在节点上的，节点的选择有两种不同的方法：方法1：node(x,y,z)

选择距离x,y,z坐标最近的节点，推荐使用这个，似乎更加灵活。

方法2：NSEL, Type, Item, Comp, VMIN, VMAX, VINC, KABSNSEL,S,LOC,X,(i-1)*10代表根据X坐标位置来选择节点，节点坐标是精确值。

3.移动载荷下的梁响应

以工字形梁为例，长1000mm，单元尺寸为10mm，移动载荷大小为2000N，移动速度为10mm/s。基本步骤如下所述：

创建几何模型：创建几何模型，包括构建实体模型和进行必要的尺寸调整；
定义材料属性：需要定义材料属性，如密度、弹性模量、泊松比等；
划分单元网格：需要对模型进行网格划分，以便能够对其进行仿真分析；
施加移动载荷：在网格划分之后，使用特定的命令流施加移动载荷；
设置边界条件：设置适当的边界条件，以确保仿真能够准确反映实际情况。

图4 移动载荷下梁的应力图

注意事项：在施加移动载荷时，首先，需要确保载荷函数或步长设置合理，以便能够在整个移动过程中准确地模拟载荷变化。其次，需要考虑到摩擦和其他阻力因素，以保证载荷的实际移动过程。最后，需要进行充分的后处理和结果分析，以确保仿真结果正确。

来源：纵横CAE

智能手机弯曲动力学：CAE仿真揭示未来设计趋势

本案例来自Altair官方案例。目录1.问题描述2.手机模型拆解3.材料类型4.接触设置5.载荷步设置6.输出设置7.结果展示1.问题描述图1为手机三点弯曲试验模型的载荷示意图，手机在固定圆柱的支撑下，顶端压头在0.05s内向下移动8mm,以分析手机的抗弯力学性能。图1 手机模型载荷示意图 2.手机模型拆解手机模型的装配图如图2所示，主要分为LCD屏、上盖板、载体总成、PCB、电池和下盖板。图2 手机模型转配图 3.材料类型手机模型各个模块主要涉及到的材料有软钢、玻璃、橡胶、聚合物塑料等。螺栓和载体板材料：非线性钢材图3 非线性钢材的应力-应变曲线上下盖板聚合物应力-应变曲线：图4 上下盖板聚合物材料曲线密封垫材料类型：橡胶OGEDEN模型。4.接触设置模型的接触为面对面接触，分为两类，一类是带有摩擦系数的接触，另一类为无摩擦接触。本案例为各个部件都单独建立了接触，如图所示，非常多，有36个接触设置，个人觉得必要性不是很强！图5 接触设置考虑无摩擦情况，以PCB接触为例，刚度大的部件做主面，刚度小的部件做从面。图6 PCB板面对面接触若考虑到有摩擦情况，可以参考LCD屏与载体的接触设置：图7 LCD屏与载体的接触 5.载荷步设置图8 分析步设置Analysis type:分析类型，显示分析类型SPC:固定约束TSTEPE:质量缩放TTERM:分析时间0.05sDLOAD:在0.05s内的向下移动的载荷 6.输出设置 OUTPUT模块设置位移和应力输出。7.结果展示图9 位移云图图10 LCD应力云图 LCD屏幕应力达到569MPa,而普通玻璃抗弯强度为200MPa,手机玻璃经过强化处理可达到400-500MPa,这表明手机屏幕将会发生破坏。来源：纵横CAE