201 Altair OptiStruct结构分析介绍_v2023

Optistruct OVERVIEW 2023

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仿真求解器

最广泛的支持优化的求解器产品组合

系统仿真

制造仿真

电 – 磁学

结构分析

碰撞、安全、 冲击与爆炸

热分析

流体力学

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Altair 结构求解器 : 历史

2020

Altair OptiStruct

用于线性和非线性分析的结构与优化求解器

无处不在的优化

多物理场

高扩展性

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Altair OptiStruct : 演化进程

2020

Optimization

NVH

Nonlinear

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Altair OptiStruct : 用户成功案例

2020

Optimization

NVH

Nonlinear

https://www.altair.com/optimization/

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隐式非线性

小变形

塑性、超弹性材料

螺栓、垫圈

小滑移接触,快速接触

大变形

超弹性、塑性、用户自定义材料

粘弹性、粘塑性材料

有限滑移接触

连续滑移接触、自接触

壳 / 实体 / 一维 / 轴对称单元

刚性体,非线性铰

准静态、瞬态

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显式非线性

大变形

超弹性、塑性、用户自定义材料

泡沫、粘弹性、粘塑性材料

有限滑移接触

连续滑移接触

壳、实体、梁

刚性体

瞬态分析

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振动与声学

动力学求解器

自由振动 ( 实模态、复模态、湿模态 )

频响分析(谐响应分析)

瞬态分析

随机振动

响应谱分析

考虑预应力的动力学仿真分析(上述求解序列均可)

考虑附连水效应的动力学仿真分析(上述求解序列)

独有的湿网格粗化技术提高求解效率

制动啸叫分析

转子动力学分析( 1D 、 3D )

振动声学分析 ( 声固耦合、内声场、外声场 )

超单元 (CMS, CDS)

创建柔性体

MotionSolve , AVL/EXCITE, ADAMS, SIMPACK, etc.

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优化

疲劳分析与优化

单轴 / 多轴疲劳

应力寿命 (SN), 应变寿命 (EN), 临界平面

读取线性、非线性、瞬态、振动结果

振动疲劳

Random , Sine-Sweep , Sine-on-Random

Sine-Sweep on Random , Muti-Sine-Tones

焊接疲劳

焊点、焊缝、

BGA 疲劳(蠕变疲劳)

Dang Van 安全系数(无限寿命疲劳)

多轴准则

疲劳优化

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热分析

稳态热分析

瞬态热分析

热辐射

热固耦合

用户自定义热材料

电池热管理系统

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结构热分析

稳态 / 瞬态传热

线性、非线性

热传导

热对流

热辐射

多物理场

热 – 固耦合(双向、单向)

热 – 流 – 固耦合 (TFSI)

电 – 热 – 固耦合

材料

非线性热材料

温变结构材料

自定义热属性材料

热优化

Single Model Multi-Attribute

NVH

Normal Mode

OptiStruct

Nonlinear Implicit

OptiStruct

Nonlinear Explicit

OptiStruct

Linear

Static

OptiStruct

OptiStruct MMO

HyperStudy

Optimization

Single model, solver and format

Model conversions

Error-prone

Model version management

Optimization-ready

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Altair OptiStruct

结构非线性解决方案

通用非线性功能

振动与噪声解决方案

多物理场解决方案

优化

材料非线性

垫圈材料

粘弹性、粘塑性材料

弹塑性材料

超弹性材料 (Arruda-Boyce | Ogden | Mooney-Rivlin | Yeoh | Neo-Hookean)

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材料非线性

弹塑性:金属

超弹性:橡胶 / 泡沫

粘弹性:橡胶 ( 时变、频变特性 )

粘塑性:焊料

胶粘 ( 含损伤发展 )

铸铁材料

垫圈材料

复合材料

岩土材料

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材料非线性

弹塑性材料

用于模拟金属、塑料等

支持温变、应变率效应

支持硬化类型 各向同性硬化 运动硬化 混合硬化

使用 Neuber 修正 (线性分析快速验证)

单轴拉伸弹塑性曲线

弹塑性曲线(温变效应)

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材料非线性

超弹性材料

用于模拟橡胶 / 泡沫的非线性弹性行为

支持试验数据曲线输入(自动拟合,并检测稳定性)

支持多种超弹性模型

MOONEY

MOOR

RPOLY

NEOH

YEOH

ABOYCE

OGDEN

FOAM

MARLOW

温变超弹性

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材料非线性

粘弹性材料

用于描述长时间应力状态下的橡胶材料力学行为

广义 MAXWELL 模型描述材料粘弹性。

温变粘弹性

WLF 和 Arrhenius

Prony 或 实测蠕变、松弛数据曲线自动拟合

支持时变特性(非线性分析)

支持频变特性(频响分析)

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材料非线性

粘塑性 / 蠕变材料

用于描述长时间应力状态下的金属材料的蠕变、应力松弛行为。

应变硬化 / 时间硬化 / 双曲硬化准则

ANAND / DARVEAU

常应用于 PCB 板的 BGA 蠕变模拟

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材料非线性

粘胶 / 内聚力材料

用于模拟 粘胶单元或 粘接界面 失效 以及相应的裂纹萌生和扩展

无损伤类型: MCOHE

有损伤类型: MCOHED

MCOHED: 初始损伤

基于应力 / 应变

MCOHED: 损伤演变

基于位移

基于能量

可应用于单元

可直接应用于接触对

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材料非线性

铸铁材料

用于铸铁材料的弹塑性行为

拉伸和压缩时,屈服强度、流动规则和硬化程度是不同的。

拉伸、压缩 的 应力 – 应变曲线

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材料非线性

垫圈材料

专门用于模拟金属垫圈

弹塑性 或 弹性损伤

支持温变特性

支持垫圈单元的 1D 或 3D 材料行为

弹塑性

弹性损伤

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材料非线性

复合材料

类型

壳单元

PCOMPG 按区域定义

PCOMPP 按层定义

实体单元

PCOMPLS

支持常用的复合材料失效准则: HILL 、 HOFFMAN 、 TASI-WU 、 MX-STRN 、 HASHIN 、 PUCK 可输出铺层应力、应变、层间应力、应变、失效指数

材料非线性

岩土材料

用于模拟岩石、混凝土、聚合物、泡沫等材料

Drucker-Prager(DP) 材料本构模型

Mohr-Coulomb(MC) 材料本构模型

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几何非线性

几何非线性

跟随力,跟随压力

大位移,大转角

大变形

后屈曲

引入初始缺陷

弧长法

w/o follower pressure

w/ follower pressure

w/o follower force

w/ follower force

Twisting of rubber bar

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引入缺陷的后屈曲分析

对于同一模型,可以为多个非线性子工况定义不同的缺陷。

Verification of Lee Frame Snap-thru

Geometric imperfection

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接触非线性

接触追踪 – 自接触

接触离散

接触对

点面接触,面面接触,自接触

绑定,粘结,滑移,热,不可分离接触

小滑移、大滑移、连续滑移接触

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接触非线性

小变形

大变形

小滑移接触

塑性

螺栓、垫圈

快速接触分析

有限 & 连续滑移分析

塑性、超弹性

用户自定义材料

瞬态

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接触非线性

接触离散

点 – 面接触,面 – 面接触

接触类型

绑定,粘结,滑移,不可分离

接触跟踪

小滑移,有限滑移,连续滑移

快速接触算法

多物理场

导热接触,导电接触,粘胶接触

接触输出

接触状态,接触力,接触面积,滑移距离,接触力矩

磨损输出

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接触非线性

接触离散

接触离散

接触离散: N2S, S2S

穿透网格调整

过盈配合

自接触

Overclosure

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接触非线性

接触类型

Tie: 绑定接触

罚刚度法

基于 MPC 的绑定

接触类型 : sliding, freeze, stick

Sliding- 滑移接触,可考虑摩擦,接触后是否分离

Freeze- 绑定接触,同 Tie

Stick- 粘结接触,接触后不可切向相对滑动,只可法向分离

接触行为: 分别考虑法向接触和切向接触行为

法向:罚刚度法、增广拉格朗日法 ALM (减少穿透)

切向:摩擦及滑动问题

接触平滑:适用于圆柱形、圆锥形和球面的接触平滑

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接触非线性

接触追踪

接触追踪 :

小滑移

有限滑移

连续滑移

接触变更 :

新增接触对

移除接触对

接触非线性

快速接触

与传统的非线性接触相比,求解效率要高

适用于只有接触非线性(无摩擦)问题

Regular NL Analysis

FASTCONT

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接触非线性

电 / 热接触

热接触

自动确定接触传导系数

用户自定义接触传导系数:基于接触压力 / 基于间隙

电接触

自动确定电阻率

用户自定义接触电阻率:基于接触压力 / 基于间隙

接触非线性

螺纹螺栓接触

无需详细模型

参数化螺栓接触仿真

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接触非线性

磨损输出

支持非线性静力学和非线性瞬态工况计算并输出摩擦接触 frictional 对连续滑移 CONSLI 下的损伤

磨损预测基于 Archard 模型

磨损参数在 CONTACT 卡续行中定义

支持从面的磨损结果输出:

基于节点的磨损深度的输出

基于接触对的平均磨损深度,以及磨损体积的输出

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OptiStruct 非线性

隐式动力学分析

非线性瞬态分析和非线性静态分析之间的主要区别在于在运动方程的求解中包含惯性和阻尼项。

支持所有非线性功能。

Generalized Alpha Method ( HHT-a ) / Backward Euler Method

自适应时间步长

结果修正

适用于当采用非强制位移加载的强迫运动导致的位移发散

OptiStruct 非线性

显式动力学分析

OptiStruct 原生开发,非集成调用 RADIOSS

标准分析能力

节点 / 单元时间步长

质量缩放,沙漏控制(应变,粘性)

自适应动能释放

自接触(支持摩擦,支持边 – 边接触)

能量输出等

具有与隐式分析相同的卡片格式

材料、性能、负载等 …

单个模型求解文件计算多物理场

隐式和显式工况可在同一个求解文件中

性能

DDM 并行计算

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OptiStruct 非线性

显式动力学分析

Axisymmetric elements

Axisymmetric elements is a two-dimensional element with 3 nodes (CTAXI) & 4 nodes (CQAXI).

Axisymmetric elements are supported for linear analysis, small and large displacement nonlinear static analysis.

Currently in v2020.0 we support Large Sliding.

Element Stress Contour

Contact Pressure Contour

Large Sliding

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结构强度分析

离心力作用下的强度分析

采用平面单元及对称边界条件提高求解效率

当结构的 截面沿厚度方向不变 时,这种建模方法非常有用

输入是二维的,但由于 表征的为横截面 ,实际上是在分析三维问题

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其他功能

轴对称单元

采用轴对称单元提高求解效率

当结构的 几何形状和载荷都是轴对称 时,这种建模方法非常有用。

输入是二维的,但由于 旋转对称性 ,实际上是在分析三维问题

支持线性、非线性(大变形、小变形)分析

Large Sliding

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非线性建模

非线性铰

初始应力

工况相关的模型更改 – 生死单元

孔变形

Re-activated with original strain

Re-activated by recalculating strain

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非线性建模

螺栓预紧

预应力

1D and 3D

灵活的预紧顺序调整

静力学和屈曲

模态分析

频响和瞬态响应分析

超单元和柔性体生成

小变形和大变形

3006.4 Hz

3653.4 Hz

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非线性优化

非线性拓扑优化

Neuber 修正的 Von Mises 应力

非线性自由形状优化

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结构疲劳分析

疲劳分析与优化

单轴 / 多轴疲劳

应力寿命 (SN), 应变寿命 (EN), 临界平面

读取线性、非线性、瞬态、振动结果

振动疲劳

Random , Sine-Sweep , Sine-on-Random

Sine-Sweep on Random , Muti-Sine-Tones

焊接疲劳

焊点、焊缝、

BGA 疲劳(蠕变疲劳)

Dang Van 安全系数(无限寿命疲劳)

多轴准则

疲劳优化

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疲劳分析和优化

通用功能

SN 曲线

SN 曲线修正:静力学失效检查

多 SN 曲线(不同均值 / 应力比、 Haigh 图)

用户输入 SN 曲线

雨流计数

节点应力疲劳 及 应力梯度效应修正

疲劳重启动

读取应力结果直接进行疲劳计算,无需重新计算应力历程

疲劳结果输出

输出总损伤和寿命

输出各应力幅下的损伤结果

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结构疲劳分析

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疲劳分析

高周疲劳

单轴疲劳

等效应力评估

带符号的 Mises 应力

绝对值最大主应力

临界平面法

平均应力修正

Goodman

Gerber

FKM

多轴疲劳

临界面法

Goodman 、 FKM 、 Findley

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疲劳分析

低周疲劳

单轴疲劳

等效应变

临界平面法

NEUBER 塑性修正

平均应力修正

SWT , MORROW

多轴疲劳

临界平面法

SWT, FS, BM

塑性修正

Jiang 模型

HS 模型

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疲劳分析

焊接疲劳

焊点:

支持 CBAR 、 CBEAM 、 CWELD 、 CHEXA 建模

采用 RUPP 方法

支持厚度修正、平均应力修正

自动识别焊点

评估焊核、母板失效

焊缝 :

VOLVO method / Joint Line Method

支持多种焊缝形式

可评估焊趾、焊喉、焊根位置损伤

Spotweld fatigue location

Seam weld fatigue location

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疲劳分析

瞬态疲劳

瞬态分析结果直接进行疲劳分析

读取模态应力与模态参与因子恢复应力历史进行疲劳分析

Modal Participation Factors (MPF)

Modal Stresses

Flexbody loop

PCH or MRF files

H3D

FATIGUE MATERIAL

Fatigue Calculation

Estimated life

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疲劳分析

扫频疲劳

支持 SN/EN 扫频疲劳

扫频速率:

线性扫频 Hz/s

对数扫频 oct/m

支持用户自定义频率

支持定频疲劳

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疲劳分析

随机振动疲劳

支持 4 种随机振动疲劳方法

Dirlik

Lalanne

Narrow band

Steinberg’s 3 band

支持平均应力修正

基于 Mises 应力及第一主应力的评价方法

支持壳体、实体单元单轴疲劳、焊点、焊缝疲劳

疲劳分析重启动

读取随机振动结果进行重启动计算疲劳

混合随机振动疲劳分析

Sine-on-Random

Sine-Sweep on Random

Muti-Sine-Tones

疲劳分析

蠕变疲劳

温度载荷循环下的蠕变疲劳

支持的蠕变材料本构 :

Anand, HyperB , DARVEAUX

蠕变疲劳计算:

DIFFCTE- 基于 CTE 差别

SYEDW- 基于应变能密度( Syed 法)

SYEDEPS- 基于应变( Syed 法)

DARV- 基于应变能密度( Darveaux 法)

体积平均技术:

减小单元尺寸引起的误差

疲劳结果输出:

输出界面疲劳

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Altair OptiStruct Overview Outline

Structural Nonlinear Solutions

General Nonlinear Solution Functionalities

NVH

Multi-physics Solutions

Optimization

振动与声学

动力学求解器

自由振动 ( 实模态、复模态、湿模态 )

频响分析(谐响应分析)

瞬态分析

随机振动

响应谱分析

考虑预应力的动力学仿真分析(上述求解序列均可)

考虑附连水效应的动力学仿真分析(上述求解序列)

独有的湿网格粗化技术提高求解效率

制动啸叫分析

转子动力学分析( 1D 、 3D )

振动声学分析 ( 声固耦合、内声场、外声场 )

超单元 (CMS, CDS)

创建柔性体

MotionSolve , AVL/EXCITE, ADAMS, SIMPACK, etc.

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振动与噪声

模态分析

实模态分析

复模态分析

流固耦合模态分析

预应力模态分析

继承工况结构状态

应力刚化、旋转软化

湿模态分析

独有的湿网格粗化技术提高求解效率

特征值提取:

LANSOS

AMESES

输出模态有效质量 / 模态参与因子

整体模态有效质量

部件模态有效质量

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振动与声学

频响分析

频率响应分析用于在频域考察结构在稳态激励下的动力学响应,也称为稳态响应分析,谐响应分析。

模态法、直接法

模态法自动残余矢量补偿

阻尼:

全局结构阻尼、全局瑞利阻尼

材料结构阻尼、材料瑞利阻尼

基于模态频率的阻尼,基于模态 ID 号的阻尼

支持结构激励和声学激励:

强迫力(集中力,压力,惯性力)

强迫运动(强迫位移,强迫速度,强迫加速度)

强迫声压,体积速度,体积加速度

多物理场:

声固耦合 / 流固耦合

自动搜索耦合

耦合面检查

OptiStruct Linear

Noise, Vibrations and Acoustics

Leading NVH solver

Many new, innovative features and workflows

Comprehensive NVH solver

Modal, FRF, transient, Random vibration

Super elements (CMS, CDS, internal)

Flex body generation

MotionSolve , AVL/EXCITE, ROMAX, SIMPACK, etc.

Comprehensive results output for diagnostics

Modal, panel, fluid grid participation, etc.

Optimization enabled!

High frequency vibrations and acoustics – SEAM

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OptiStruct Linear

Key Solver Functionality

AMSES Eigenvalue Solver ( Lanczos , AMLS also supported)

Can calculate thousands of modes for millions of degrees of freedom

Faster than LANCZOS solver, but result is approximate

Fast Large Scale Modal Solver (FASTFR)

Fast frequency response solution based on thousands o f modes with viscous and/or structural damping

Acoustics: Interior and exterior noise solutions

Exterior noise solutions: Radiated Sound, APML, IE

Frequency dependent Materials

Poro -elastic (BIOT) Materials

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OptiStruct Linear

Super Element

Data security and confidentiality

Fast simulation( or optimization).

Types:

CMS Super-Element Component Modes Synthesis

Craig-Bampton

Craig-Chang

General(Mixed)

Gu-Yan

CDS Super-Element : Component Dynamic Synthesis Read directly frequency-dependent stiffness matrix from FRF analysis

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OptiStruct Linear

Exterior Noise

OptiStruct supports 3 major approaches for prediction of quantities such as external and radiated noise in vibro-acoustic problems.

Radiated Sound Method

Adaptive Perfectly Matched Layer

Infinite Elements

OptiStruct Linear

Transfer Path Analysis

Transfer Path Analysis (TPA) is a technique to break down the total response to partial contributions from attachment points under operation loads

Key vehicle NVH diagnostic tool in the mid-frequency range

h elps users to understand what attachment points dominate the response

Illustrates whether the contribution is due to:

High transfer function

High force

High local point mobility

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OptiStruct Linear

Dynamic Stiffness

Dynamic Stiffness is a widely used output in the NVH domain.

OptiStruct can output dynamic stiffness directly, no more calculation in post-processing needed.

Correlation between Dynamic Stiffness (KDYN) and Hand Calculation

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OptiStruct Linear

MFLUID

Virtual fluid mass allows model solutions to account for the mass effect of an incompressible fluid that is in contact with the structure.

No need to mesh the “fluid” part

Auto mesh-coarsening on “ wet ” surface

to speed up simulation

Frequent use case:

Water surrounding a boat

Tank filled with water

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瞬态分析

瞬态响应分析用于在预测结构在时域激励下的时域响应

OptiStruct 支持 :

模态法瞬态分析( MTRAN ) — 需要提取模态:建议模态频率上限大于 1.5 倍的激励频率

直接法瞬态分析( DTRAN ) — 计算效率

傅里叶瞬态分析( MFOUR ) — 频域计算

阻尼的定义:

模态 / 粘性阻尼: SDAMPING

结构阻尼: PARAM , G

瑞利阻尼

阻尼单元: CDAMP , CBUSH , MAT : GE

强迫振动(强迫力)与强迫运动(虚位移法)

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短时瞬态分析的应用

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长时瞬态分析的应用

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随机振动分析

OptiStruct 支持随机响应分析( RANDOM ),它是基于频响分析以及输入功率谱密度的频域计算方法。

随机振动的主题:研究 承受随机激励时,系统运动的统计特性与激励统计特征以及与振动系统本身动力特性之间的关系。

输出类型: PSD 、 1σ 、累计 1σ

随机振动的基本假设:平稳、各态历经、正态分布

随机响应分析是基于 FRF 分析设置:

一般来说,采用单位激励频响分析,如果有多个不同的激励源,则需要创建多个频响分析分析工况。

随机分析只是一个解析计算:在 FRF 分析之后,不需要进行额外的有限元计算。即随机分析只是基于 FRF 分析的一个数学计算。

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随机振动分析的应用

组合前灯随机振动仿真

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随机振动分析的应用

路噪仿真

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随机振动疲劳分析流程

通过随机振动分析得到应力 PSD 功率谱密度曲线

由应力 PSD 曲线构造应力幅值概率密度 PDF 曲线

由峰值穿越数得到所有应力幅的总循环数

由概率密度函数及总循环数得到任意应力幅循环数

由应力幅及循环数带入 SN 曲线求损伤

累积不同应力幅下的损伤得到总损伤

PSD

PDF

任意应力幅的循环数

损伤累积

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随机振动的应用

空调管路随机振动疲劳分析及优化

考察空调在流通运输过程中的耐久性能

载荷参考标准 -GB/T 4857.23

随机振动试验发现管路断裂

随机振动疲劳仿真重现

管路形状优化

Bubber 位置调整

《 空调管路随机振动疲劳分析研究 – 苏州三星 》——Altair 2021 技术大会论文集

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响应谱分析

响应谱分析用于预测结构在瞬态冲击下的最大响应。

OptiStruct 支持响应谱分析( RSA ),它是基于模态分析的一种工况。

常称为冲击响应谱分析。它是一种用于 估计结构在冲击性基础激励作用下的 最大瞬态响应的分析技术,在建筑物抗震 设计中有较广泛的应用。

相对于传统的瞬态分析而言,响应谱分析计算过程只需要进行模态分析和简单叠加,极大地精简了计算,是一种代价很低的峰值响应近似评估方法。

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基于响应谱的抗冲击仿真

响应谱生成

冲击激励

基于 1D 仿真的响应谱计算

响应谱分析

极值响应

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Optistruct 中的动力学分析

Optistuct 中动力学分析,包括:

模态分析

频率响应分析
瞬态响应分析
随机响应分析
复模态分析
响应频谱分析

Frequency response

Modal (MFRF)

Direct (DFRF)

Transient Response

Direct (DTRAN)

Modal (MTRAN)

Fourier

Normal Modes :

Real eigenvalues

Complex eigenvalues

Dynamic Response:

Response

Random Response

Response Spectrum

Vibrations and Acoustics Solutions

Comprehensive NVH solver

Modal, FRF, transient

Complex Eigen

Super elements (CMS, CDS)

Powerflow

Random vibration

Response Spectrum

Internal & External Acoustics

Flex body generation

MotionSolve , AVL/EXCITE, ROMAX, SIMPACK, etc.

Comprehensive results output for diagnostics

Optimization enabled!

Many new, innovative features and workflows

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Vibrations and Acoustics Functionality

AMSES Eigenvalue Solver

Can calculate thousands of modes for millions of degrees of freedom

Fast Large Scale Modal Solver (FASTFR)

Fast frequency response solution based on thousands of modes with viscous and/or structural damping

Radiated Acoustics

Equivalent Radiated Power (ERP)

Infinite Elements

Frequency Dependent Materials

Poro -elastic (BIOT) Materials

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NVH Workflow for Diagnostics

What Energy?

Problem Response

What ’ s Moving?

What If…?

Which Mode?

What DSA?

Which Panel?

Which Paths?

What Power Flow?

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Brake Squeal

Contact pressure due to piston loading

Imposed rotation

Complex eigenvalue analysis

Unstable mode: 8

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Solution : External acoustics

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Solution : Rotor Dynamics

Analyze Roll/Pitch/Yaw

Predict Critical Speeds

Predict Dynamic Instability

Predict Forward & Backward Modes

Advance Modal Tracking Methods

Analyze structural integrity

due to Blade Out & Wind Milling

Analyze externally loading effect to determine Critical Speed

Campbell Diagrams with Mode Tracking

Rotor Energy Distribution

Trace & Orbit Plots

Yawing Moment

GP Force Balance Table

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Altair OptiStruct Rollout Outline

Structural Nonlinear Solutions

General Nonlinear Solution Functionalities

Vibrations & Acoustics Solutions

Multi-physics Solutions

Optimization

Coupled Solutions : Fluid Structure Interaction (FSI)

Structural Mechanics

Fluid Flow

Displacement,

Velocity

Forces

Practical FSI &

Direct Coupling FSI

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Coupled Solutions : Thermal FSI

Structural Mechanics

Heat Transfer

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Coupled Solutions : EMAG – Acoustics

Structural Mechanics

EMAG

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multiphysics

Altair OptiStruct: Multiphysics Solutions

Thermal Solutions

Linear and non-linear

Steady-State and Transient

Conduction, Convection, Radiation

Contact based heat transfer

Thermal-structure coupling

Optimization enabled!

Battery Thermal Management System

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Altair OptiStruct: Multiphysics Solutions

Electrical Solutions

Linear

Steady-State and Multi Steady-State

Contact based electric transfer

Electric-thermal coupling (Joule heat)

Electric-structural coupling

Optimization enabled!

Boundary conditions

Results

Joule heat analysis

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Altair OptiStruct: Multiphysics Solutions

Piezoelectric Analysis

Structural deformation triggers electrical potential and vice versa

Two-way coupling with structural analysis

Boundary conditions

Fixed support and 0V potential

Equipotential constraint (using MPC)

Results

Triggered deformation

Electric potential

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Altair OptiStruct: Multiphysics Solutions

Coupled Solution

Thermal <> Structural

Coupled steady state thermal-static stress analysis

One Step Transient Thermal Stress analysis

Thermal Fluid <> Structure (TFSI)

Unidirectional Coupling ( SimLab based Mapping )

Bidirectional Coupling ( Flux <-> Temperature)

Fluid Structure Interaction (FSI ) ( Pressure & Traction <-> Displacements)

Electromagnetic > Thermal > Structural

Electrical > Thermal > Structural

Electromagnetic > Acoustics (E-motor)

Altair OptiStruct Rollout Outline

Structural Nonlinear Solutions

General Nonlinear Solution Functionalities

Vibrations & Acoustics Solutions

Multi-physics Solutions

Optimization

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Optimization

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Optimization Disciplines

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Free-Size

Free -Shape

Topology

Topography

Shape

Size / Gauge

Material distribution

Thickness distribution

Bead patterns

Free shape modifications

Shape modifications

Parametric Optimization

Conceptual

Fine Tuning

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Unique Optimization Solutions

Failsafe Topology

Composite Layout

Multi Material Optimization

Multi Model Optimization

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Unique Optimization Solutions

Reliability-based Design Optimization

Overhang Constraints

Global search option

Lattice Structures

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Accounting for Manufacturability

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Topology Manufacturing Constrains

Min/Max Member Size

Draw Direction

Extrusion

Symmetry

Pattern Repetition

Cyclic Repetition

No Hole Casting

Stamping

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Multi Model Optimization

Multi-Model Optimization

Simultaneously optimize multiple parts or configurations with common design variables

Multiple optimization models in a single run

Greater flexibility to optimize common components across structures

Simplify iterative design process especially when conflicting requirements exist

Existing models can be used without modification

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Excavator Arm with Different Attachments

4 linear static load cases (dig, scrape, side, top)

Minimize weighted compliance, s.t. volume fraction constraint

3 linear static load cases (load down, load side, load front)

Minimize weighted compliance, s.t. volume fraction constraint

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Excavator Arm Design Studies

SMO

MMO

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Multi Material Topology Optimization

Multi Material Topology Optimization

Sheet Panel with PATRN

Topology without PATRN

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Stress-based Topology Optimization

Stress Response for Topology/Free-Size Optimization

Flexible definition of stress constraints

Subcase dependent

Material dependent

Regional/local

Detailed constraints at the topology/free sizing stage

Not limited to Von Mises stress

Stress limit = 1.2

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Topology Optimization of a Floor Beam

Max allowable stress = 130 MPa

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Large Shape Optimization

Shape Optimization

Large Shape Changes in Optimization

Linear Statics

Normal Modes

Buckling

Nonlinear Statics

Applications include optimization of rib/stiffener locations

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