有限元及工程软件课程思政探索及实践

有限元及工程软件是力学及相关专业重要的研究生专业核心课之一,已成为工程设计分析和科学研究中物理过程建模的重要计算工具。在课堂教学过程中加强课程思政,是高校提高人才培养质量的有效途径,对培养具有很强专业素质的“四有”新人具有重要意义。为加强有限元及工程软件的课程思政教学,根据课程内容及特点分析课程思政的必要性,确定课程思政目标,给出课程思政内容的教学设计,使课程内容与课程思政元素有机融合,同时探讨课程思政的教学实践方案,可为专业课程的课程思政教学提供借鉴。

基于有限元自主仿真软件的教学创新研究

随着数字化建设的不断推进,计算机辅助工程(Computer Aided Engineering, CAE)在各领域的应用也愈发广泛,将CAE仿真技术引入课堂,以数字化教学模式培养新时代具有创新能力的复合型人才已经成为教育发展的必然趋势。国外商用有限元仿真软件存在操作烦琐,无仿真基础学生一时难以上手等问题。国产自主开发的有限元仿真软件配有众多应用接口,凭借其操作简单、功能完善等优势脱颖而出,为CAE仿真与课堂教学的结合注入全新的活力。

基于有限元软件的相变调温面料设计与模拟

相变调温面料是将相变材料与纺织工艺相结合形成的一种可以自动调节温度的纺织品,同时利用有限元技术可以改变传统的设计生产模式。通过有限元软件对相变调温面料的设计流程模拟预测调温面料的调温效果。首先利用AI平面设计软件对图案进行设计,然后通过SolidWorks拉伸操作将其转化为三维模型导入有限元软件中进行模拟仿真分析。同时利用有限元软件模拟不同相变区域面积、不同厚度、不同环境温度下的相变调温面料的调温功能,达到在降低成本的同时为设计人员提供新的设计思路与优化流程的目的。

基于Python语言和Abaqus软件的轮胎有限元分析结果自动后处理插件的研发

基于Abaqus软件的Python语言二次开发功能,采用录制并修改宏文件的方法,开发了一款轮胎有限元仿真分析结果自动后处理插件,用户只需选择要处理的Odb文件,按照需求指定输出数据,单击OK按钮,数据即自动保存到指定的文件夹中。所开发插件与Abaqus软件无缝连接,用户使用Abaqus软件对轮胎模型仿真分析得到Odb文件后,可直接在Plug-ins菜单下选用插件对数据结果进行整理,实现有限元分析结果的自动后处理,减少了数据提取和整理工作量,缩短了后处理时间,极大地提高了仿真分析效率。本研究成果可推广应用于其他有限元模型仿真结果的自动后处理。

基于LS-DYNA模拟老年股骨颈骨折的有限元分析

背景:随着老龄化的加剧,骨质疏松性髋部骨折的发生率及死亡率上升,研究其发病机制和防治方法具有重大意义。目前应用有限元分析法判断骨折的依据仅限于骨折失效的起始点或剖面视图的分布走势,未能完全反映骨折断裂的实际情况。目的:拟基于LS-DYNA有限元分析软件建立模拟跌倒外力致老年股骨颈骨折的断裂模型,评估断裂效果。方法:选取1例老年股骨颈骨折的CT影像资料;运用Mimics软件对健侧进行区域增长、腔隙填充、编辑蒙罩、重建健侧股骨近端模型;导入Hypermesh和LS-DYNA软件,划分网格、定义材料属性;设置失效参数和界面属性;模拟跌倒外力设置载荷和边界约束;计算出股骨颈骨折断裂模型,评估断裂效果。结果与结论:(1)健侧股骨近端三维模型有效性得到验证,基于LS-DYNA的老年股骨颈骨折三维有限元断裂模型与患侧骨折线走向的匹配度接近83%;(2)结果发现,基于LS-DYNA有限元分析软件能够较好地模拟出股骨颈骨折断裂情况,为不同跌倒外力致股骨颈骨折分型机制的探索提供实验基础。

用于多点成形数值模拟的LS-DYNA二次开发软件

针对利用商用软件LS DYNA建立板材多点成形有限元模型的复杂性 ,运用VISUALC ++6 .0进行了LS DYNA的二次开发。应用开发的软件建立了 3种不同形状零件多点成形数值模拟的有限元模型 ,并进行了有限元分析。经过实践证明 ,二次开发的软件能给出比较准确的有限元模型 ,软件的通用性好 ,使用方便。

基于Hypermesh 14.0和LS-DYNA的老年转子间骨折有限元建模分析

背景:目前运用有限元法分析股骨转子间骨折多局限于应力分布情况,多类型转子间骨折有限元断裂模型国内外未见报道。目的:运用Hypermesh 14.0及LS-DYNA模拟股骨近端侧方跌倒受力建立多型转子间骨折有限元断裂模型,评估模型效果,分析转子间骨折的力学发生机制。方法:选取1例单侧老年转子间骨折患者,获取健侧髋部CT影像资料,导入Mimics 19.0建立股骨近端几何模型,经Geomagic studio 2013光滑等处理,Hypermesh 14.0划分网格,设置材料参数,确定边界条件并赋予载荷参数,导入LS-DYNA求解器进行分析运算,在Hyper View中查看运算结果。结果与结论:(1)股骨近端的应力分布情况与既往研究高度符合,在持续剪切应力作用下获得EvansⅠ型转子间骨折模型,调整载荷后共获取6型骨折模型;(2)结果发现,基于Hypermesh14.0和LS-DYNA的有限元法可以较好的模拟转子间骨折断裂情况,剪切应力在转子间骨折的发生中起重要作用,以上结论可为转子间骨折防治提供一定的实验参考。

基于ANSYS/LS-DYNA的钢板混凝土墙冲击实验的有限元分析

运用经典的显式非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,分析了1/7.5缩尺飞机模型撞击钢板混凝土墙的冲击实验。选用两种不同的混凝土材料本构模型(Winfrith模型、CSCM模型)模拟混凝土的非线性破坏过程,将钢板混凝土墙的破坏模式以及飞机模型的残余速度等与实验结果进行了对比。结果表明,有限元分析结果与实验吻合较好,且Winfrith材料模型能够更好地模拟混凝土的大应变、高应变率的非线性性能,验证了钢板混凝土墙和飞机材料本构模型的选取以及整个分析方法的适用性和有效性。

利用薄层CT技术和Matlab软件辅助建立下颌骨三维有限元模型

目的 :寻求一种更为快捷、精确的全牙列下颌骨三维有限元模型建立方法。方法 :应用薄层CT技术和Matlab软件 ,结合Ansys三维有限元专用软件对 10 6层层厚为 1mm的CT断层影像进行分析处理。结果 :建立了更为精确、应用更为广泛的包含全牙列的下颌骨三维有限元模型。使用Matlab开发一种专门用于BMP图片识别的软件 ,并将所获取数据直接写入Ansys三维有限元软件 ,大大提高了建模效率。结论 :薄层CT技术的应用使得有限元模型的建立更为精确 ,同时Matlab软件的高效识别 ,极大程度提高了建模效率 ,适用于口腔医师对有限元模型的前期处理。

有限元分析软件Marc及在橡胶材料分析中的应用

介绍了 Marc软件的组成和工作特点 ,详细介绍了其非线性分析功能在处理几何非线性、边界条件非线性、材料非线性等问题时所采用的分析模型和处理方法 ,重点阐述了进行橡胶材料分析时所采用的材料模型、分析方法和分析实例。该软件可以广泛用于橡胶元件设计的仿真预测和结构优化 。

ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用

热分析是广泛应用于各个领域的一种分析工具 ,ANSYS作为有限元分析软件在热分析方面具有强大的功能。本文介绍了ANSYS热分析的基本原理、方法 ,综述了ANSYS有限元软件在热分析中的应用现状 。

应用Mimics软件辅助重建人体胸廓三维有限元模型的研究

目的建立人体胸廓三维有限元模型,为研究人体胸外按压的临床效果与机制提供生物力学仿真基础。方法获取1例20岁男性胸部CT扫描图像,将断层影像输入到Mimics10.1软件,利用Mimics软件的三维模型重建和有限元网格辅助划分功能,在Ansys软件中建立完整的人体胸廓三维有限元模型。结果完整重现了人体胸廓的复杂形态,建立了包括锁骨、肋骨、脊柱等结构在内的鲜明、直观的人体胸廓三维有限元模型,共1 158 085个节点、736 022个单元,并依据CT图像灰度值将胸廓模型从骨皮质到髓核区分为6种材料性质。结论利用Mimics软件辅助建立的人体胸廓三维有限元模型具有较高的真实性和精确度,能够满足人体胸廓生物力学分析的需要,为下一步人体胸廓有限元模型的分析提供了基础。

Deform有限元模拟软件材料数据库的开发与应用

Deform是专业化金属塑性成形有限元模拟软件之一,在金属2D/3D成形加工和热处理工艺的模拟分析方面得到了广泛应用。然而,在Deform自带的材料数据库中缺乏常用合金的数据,迫切需要对其进行完善。在Deform原有材料库的基础上对材料数据库进行二次开发,建立了涵盖常用60种钢、26种高温合金和30种钛合金的材料数据库,实现了材料数据库与Deform有限元模拟软件的无缝集成,完善了Deform材料数据库,并验证了所添加材料的可靠性,从而达到了Deform有限元模拟软件为实际生产提供方便服务的目的。

基于ANSYS/LS-DYNA的破片侵彻靶板有限元建模

对ANSYS/LS-DYNA破片侵彻靶板有限元建模的几个重要方面作了分析,选取适合侵彻问题的SOLID164三维实体单元、Johnson-Cook材料模型,并对建模过程中的沙漏能控制、网格划分进行合理化建议。其步骤包括:设置单元属性、选择材料模型、定义沙漏能控制、划分网格等。

有限元软件结构分析模块的并行开发及应用

通过有限元分析软件结构分析模块在"神威 "超级计算机上的并行化二次开发,把商用有限元软件强大的前后处理能力与超级计算机的高性能计算能力结合起来,扩大了分析规模,提高了分析速度.算例分析验证了该研究的正确性和高效性,为大型工程计算提供了强有力的工具.

基于Qt的专用有限元软件GUI模块的设计与开发

在工业软件领域,图形用户界面(GUI)模块的友好交互性对于专用仿真软件的工程应用和推广至关重要。针对有限元分析流程和专用功能定制开发的设计需求,在 Windows操作系统下,以用户需求为中心,采用多窗口界面设计方式,基于 Qt技术开发一种专用有限元软件的图形用户界面模块,实现软件界面生成管理、界面元素布局管理、界面消息相响应、界面语言切换及模型视图交互操作等功能。通过 HAJIF实例验证,该模块具有易扩展性和可定制特性,可以很好地推动专用软件的研发进程,并且在跨平台移植方面具有一定优势。

ABAQUS有限元分析软件中Duncan-Chang模型的二次开发

以ABAQUS用户子程序UMAT为基础,利用Fortran编程语言,开发研制了Duncan-Chang模型接口程序。通过数值检验表明,所研制的接口程序开发思路正确,可以用于分析实际工程问题。

有限元可视化软件设计及其快速开发

从软件工程的角度出发 ,提出了有限元可视化软件的CFC开发模式 .这种开发模式可最大限度地利用现有的有限元计算程序的源代码 ,并且便于多人同时协同工作 ,是快速开发有限元软件的一个较为理想的选择 .

有限元仿真分析软件中建模的多态机理研究

有限元仿真分析软件是一种广泛应用于工程技术各领域的科学计算软件,而针对实际问题建立合适的模型是应用这类软件的首要工作。通常,为了使分析结果尽可能精确,研究人员希望建立无限接近真实形体的模型,但真实形体中某些特征的存在可能对网格质量和计算结果造成严重的消极影响,甚至还会导致问题不可解。同时过于复杂的模型也将消耗大量计算时间。为建立合适模型,提高计算效率,将多态模型概念引入有限元领域,就模型态与计算精度之间的关系进行了研究并得出初步结论。

有限元分析软件Marc及其在橡胶材料分析中的应用

介绍了有限元分析软件Marc的组成及功能 ,并探讨了其在橡胶材料力学分析中的应用。Marc软件由求解器、前后处理图形对话界面、六面体网格划分器及与其它软件的接口等部分组成 ,可对各种结构的位移场、非结构的温度场、流场等进行分析 ,其非线性分析能力尤为突出。Marc软件为橡胶材料力学分析提供了Mooney ,Ogden等多种材料模型 ,可进行橡胶材料形变、应力 应变分析 。