邊界條件設置
關注創建者：博集華仿 創建時間：2019-03-20
邊界條件設置的視頻教程
完全掌握workbench邊界條件設置和加載設置
workbench邊界條件設置和加載設置。 筆者沒有見過一本教材，將它們全部徹底的說清楚。 但愿本教程可以完成這個任務。
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邊界條件設置的實例教程
本篇以AZO-Ag-AZO三層平面薄膜為例，在計算該結構的透射率、吸收率或反射率等參數過程中，通過不同的邊界條件設置實現了計算時間和內存的縮減，提高仿真效率。
1. 結構布置
2. 模型三維示意圖：中間為Ag層，上下兩層為AZO層
3. 三維FDTD仿真區域設定
4. 最常見的構造二維周期無限大結構的方方法是設置兩對周期性邊界條件：x min，x max，y min，y max均為periodic。
5. 常見FDTD區域俯視圖
6. 特殊的，若結構在X或Y方向對稱分布，可選擇該方向上的symmetric條件
7. 結構在X方向對稱分布的FDTD區域，只計算其中一半區域的電磁場特征
8. 若結構平面在X和Y方向上均對稱分布，可選其中一組為Anti-symmetric條件
9. 在對稱-反對稱邊界條件的設置下，僅計算模型FDTD區域的1/4
10. 三種情況下分別對應的計算內存要求，依次遞減。
11. 上下AZO層厚度不同時在550 nm波長下的透射率譜
總結：周期性邊界條件的設定可為特殊結構制定合適的計算策略，可大大降低模型仿真對計算機內存的要求，縮減計算時間，提高計算效率，尤其是對需要大量參數化掃描結構計算的情形。
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展開 邊界條件設置圖片
2、Layer Stack中的邊界條件設置
在Layer Stack中對于邊界條件的設置都位于Analysis區域，如下圖，包括Etch，Rough和Solver三個部分，對每一個金屬層，都可以指定這三項設置。
? Etch：控制本層的橫截面形狀。
Etch factor（蝕刻因子）定義如下：
etch_factor = layer_thickness / (bottom_dimension - top_dimension) / 2
當top值大于bottom時，蝕刻因子為負，top值小于bottom時，蝕刻因子為正。在HFSS中，只有信號層具有蝕刻因子，介質層和負信號層不具有信號因子。
? Rough：設置本層的金屬表面粗糙度。
金屬表面粗糙度與傳導損耗有關。其中Top，Bottom和Side的表面粗糙度都可以獨立設置。對于Groisse模型，可將表面粗糙度模型定義為值或變量，Groisse是傳統模型，不具有因果性，僅適用于頻域計算。最大阻抗倍增因子限制為2，對應高度拋光導體表面。傳統項目默認使用Groisse模型。對于Huray模型，還需要設置Nodule radius和Hall-Huray surface ratio。Huray模型具有因果性。
? Solver控制HFSS 3D Layout在低頻時對本層金屬的處理方法。
推薦使用DC thickness，并設置為Effective，可以在只使用面網格的情況下，準確計算金屬的低頻損耗。
文章來源于南京安世亞太，作者朱秀珍
展開 在CFD計算時邊界條件的設置是十分重要的一個環節，邊界條件的準確與否會直接影響最終的計算結果，計算的收斂速度，計算假設的合理性等等。邊界條件表示的是使用數學的方法將求解域與外部空間相互作用的結果，使用邊界上條件進行假設。值得注意的是一個CFD求解精度只能達到邊界條件的精度。
1.邊界條件類型概述
從求解空間上分可以分為內流場和外流場：
下圖是內流場示意圖，一般類型的內流場包含了入口、出口和壁面。入口有速度入口、質量流量入口和總壓入口；出口有出口和靜壓出口；壁面有光滑壁面、粗糙壁面、移動壁面、絕熱壁面等等。在STARCCM+中使用不同的圖標表示出來。
下圖是外流場示意圖，一般類型的外流場包含了入口、出口和壁面。入口有速度入口、質量流量入口和總壓入口；出口有出口和靜壓出口；目標壁面有光滑壁面、粗糙壁面、移動壁面、絕熱壁面等等；地面有光滑壁面、粗糙壁面、移動壁面、絕熱壁面等等；頂部面有對稱和滑移等。在STARCCM+中使用不同的圖標表示出來。
2.壁面邊界條件
在流動狀態下壁面邊界條件包含三種情況，剪切應力的假設、表面粗糙度假設、表面速度假設。如下圖所示，剪切應力假設：當表面設置為滑移狀態時表面速度與求解域內第一層網格內速度相等，反之當表面無滑移時表面速度為0；粗糙度假設：當表面設置為0時表面速度將不受粗糙度K的影響，反之則受影響；表面速度假設：相當于在壁面設置了速度矢量，表面的速度為u不再為0，那么整個求解域的計算將受到壁面速度u的影響。
表面速度假設對整場速度分布的影響最大，以一個案例來解釋對整場速度分布的影響如下圖所示。求解域有一個進口，兩個出口，最頂部的壁面考慮靜止和移動后對整場速度的影響。
展開 最近，在做超臨界CO2流體的傳熱和流動模擬，邊界條件的設置總是不太清楚，請高手們指點下
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初始模型如下：
在step中使用熱力耦合分析步，在子程序中引入溫度相關的變形梯度
邊界條件設置：初始溫度場293K，同時設定Y+方向為393K，所有熱相關參數均使用文章的相關參數，左側固定，右側施加位移邊界條件，并使用C3D8T單元進行網格離散。
邊界條件設置為下端鋼板固定，上端下壓。
模擬結果如下：
應力分布結果：
晶粒1的剪切滑移：
晶粒2的剪切滑移：
晶粒50的剪切滑移：
單元標號5變形結束后的50個歐拉角分布：
如果AI能夠自動在軟件中設置邊界條件，也是可以的，但是目前都是人工設置，畢竟我們人工自己有時候都搞不明天邊界條件如何設置，更何況AI來設置了.
目前網絡上最成功的AI設計莫過于發動機的AI設計了，形如人體構造的復雜結構，3D打印出來。當然其結果是合理的。
邊界條件參照ASTM標準設置，即在 125 mm × 75 mm 矩形框內支撐試件，僅約束面內平移自由度，不約束法向。插件的邊界建模即復現了這一試驗構型。
第四步：邊界條件與載荷設置（核心步驟）
固定端約束：
點擊 Static Structural -> Support -> Fixed Support。
選擇彈簧的底部端面，點擊 Apply。
給定位移（代替未知力）：
點擊 Static Structural -> Supports -> Displacement。
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</figure><p class="ql-align-center"><em style="color: rgb(136, 136, 136);">圖 3 邊界條件設置
圖2 邊界條件設置
【優化參數設置】首先在ABAQUS中設置拓撲優化，選擇凍結荷載和邊界區域，然后設置應變能和體積，通過不斷縮小體積閾值實現規定條件下的最大剛度，本次體積閾值分別設置為0.1，0.2和0.3。
圖2 優化參數設置
【優化結果云圖】提取在不同閾值下的結構云圖。
課程核心為燃燒仿真的實操搭建，講解從零構建完整OpenFOAM算例的全流程，包括創建算例結構、劃分網格、設置邊界條件及求解器參數。演示使用blockMesh生成結構化網格，通過網格梯度加密實現關鍵區域精度提升，搭建適配反應流問題的仿真計算域。
課程還講解化學反應在CFD仿真中的引入方法，包括啟用化學求解器、定義反應機理、在仿真中加入組分輸運模型。
有限元分析結果顯示，上柱窩與下柱窩作為主要受力集中區域，其峰值應力分別約為 330?MPa 與 334?MPa，均處于材料屈服強度以下，且應力分布連續、無數值異常，驗證了模型的可靠性與邊界條件設置的合理性。
隨后可進行網格劃分，設置邊界條件，并執行晶體結構的有限元仿真分析。
