ANSYS附加質量
關注創建者：Hs小畢 創建時間：2019-05-03
ANSYS附加質量的視頻教程
【06】附加質量在ANSYS中的應用
本課程主要面向ANSYS用戶，通過對ANSYS的操作步驟講解，主要是命令流，仔細講解了命令流的用法，包括建立模型建立，材料參數設置，網格劃分，邊界條件設置，如何施加質量單元以及對后處理結果的分析。 本課程分析例子是懸臂柱，一共包含兩個章節的內容，從前處理到后處理。
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【05】附加質量/勢流體在ANSYS中的應用
本課程主要面向ANSYS用戶，通過對ANSYS的操作步驟講解，主要是命令流，仔細講解了命令流的用法，包括建立模型建立，材料參數設置，網格劃分，邊界條件設置，如何施加質量單元和水體單元以及對后處理結果的分析。 ? ? ? ?本課程分析例子是懸臂柱，一共包含三個章節的內容，從前處理到后處理。
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【4合集】：Workbench中施加附加質量及干濕模態分析應用（單雙面施加、曲面上考慮附加質量方向的施加方法）
Workbench中施加附加質量及干濕模態分析應用（單雙面施加、曲面上考慮附加質量方向的施加方法）
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ANSYS附加質量的實例教程
光學表面上的干涉圖數據方向
為了了解在 OpticStudio 中將干涉圖數據文件附加到光學表面之前所需的調整，讓我們回顧一下測量數據與 OpticStudio 約定之間的方向和映射。在本節中，我們將討論如何根據鏡頭的形狀（即凸面或凹面）和表面方向來準備測量數據。
凸面
首先，讓我們回顧一下凸面光學元件的數據方向。下圖解釋了凸面和生成的干涉圖文件之間的映射關系。被測表面上的基準點在干涉圖中具有相同的方向。
基于此，在將測得的干涉圖數據附加到 OpticStudio 中的表面之前，需要進行以下調整步驟作為準備，具體取決于表面是反射的還是折射的，以及它是折射元件的前（左）還是后（右）表面。
反射面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接到曲面。
折射元件的前（左）表面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接到曲面。
折射元件的后（右）表面：在安裝 YYY.DAT 文件到曲面之前，需要調整其方向。由于在 OpticStudio 中，鏡頭正面和背面的 Z 軸方向相同，這意味著局部誤差會改變符號，因此測得的干涉圖數據必須反轉。此外，由于 OpticStudio 中鏡頭正面和背面的 X 軸方向相同，這意味著局部誤差需要左右翻轉，因此數據也需要繞 X 軸翻轉。
有幾種方法可以對鏡頭的背面進行調整。第一種選擇是使用 Zygo 干涉儀內部軟件，第二種方法是使用本文附帶的 Python 腳本將干涉儀數據反轉，即針對 DAT文件更改 Z 值的符號并且繞 X 軸翻轉矢高圖。為了使用該腳本，必須在計算機上安裝 Python。
展開 根據對雙凹透鏡的最后一次實驗，我們可以得出結論，OpticStudio 生成了 YYY.DAT 數據文件可以附加到鏡頭的前表面，而倒置和翻轉的數據文件可用于鏡頭的后表面。同樣，由于凹面形狀，在表面周圍使用了額外的坐標間斷來正確定向干涉數據。定性結果與測量數據非常吻合。
總結
我們通過上述方式介紹了如何將Zygo表面測量的干涉儀數據導入至OpticStudio中作為表面進行建模，并通過一個理想示在本文中，我們討論了在將數據導入 OpticStudio 之前，如何通過旋轉、翻轉和反轉來調整測量的干涉圖數據的方向，具體取決于表面的形狀以及它是鏡頭的正面還是背面。根據測試結果，所需的準備步驟可以總結如下。意系統驗證了該方法的可行性。本文為該系列文章的第一篇，后續文章我們將利用一些更為實際的系統，進行更加全面的嘗試和介紹。
凸面
反射面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接復制到表面。
折射元件的前（左）表面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接復制到表面。
折射元件的后（右）表面：反轉 YYY.DAT 文件，并在附加到表面之前繞 X 軸翻轉。這可以通過運行附帶的 flipGridSag.py Python 腳本輕松完成。
凹面
反射面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接旋轉到表面上，然后將表面繞 Z 軸旋轉 180 度。
折射元件的前（左）表面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接旋轉到表面上，然后將表面繞 Z 軸旋轉 180 度。
折射元件的后（右）表面：反轉 YYY.DAT 文件，并在附加到表面之前繞 X 軸翻轉。可以通過運行附帶的 flipGridSag.py Python 腳本來完成此方向調整。
展開 光學表面上的干涉圖數據方向
為了了解在 OpticStudio 中將干涉圖數據文件附加到光學表面之前所需的調整，讓我們回顧一下測量數據與 OpticStudio 約定之間的方向和映射。在本節中，我們將討論如何根據鏡頭的形狀（即凸面或凹面）和表面方向來準備測量數據。
凸面
首先，讓我們回顧一下凸面光學元件的數據方向。下圖解釋了凸面和生成的干涉圖文件之間的映射關系。被測表面上的基準點在干涉圖中具有相同的方向。
基于此，在將測得的干涉圖數據附加到 OpticStudio 中的表面之前，需要進行以下調整步驟作為準備，具體取決于表面是反射的還是折射的，以及它是折射元件的前（左）還是后（右）表面。
反射面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接到曲面。
折射元件的前（左）表面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接到曲面。
折射元件的后（右）表面：在安裝 YYY.DAT 文件到曲面之前，需要調整其方向。由于在 OpticStudio 中，鏡頭正面和背面的 Z 軸方向相同，這意味著局部誤差會改變符號，因此測得的干涉圖數據必須反轉。此外，由于 OpticStudio 中鏡頭正面和背面的 X 軸方向相同，這意味著局部誤差需要左右翻轉，因此數據也需要繞 X 軸翻轉。
有幾種方法可以對鏡頭的背面進行調整。第一種選擇是使用 Zygo 干涉儀內部軟件，第二種方法是使用本文附帶的 Python 腳本將干涉儀數據反轉，即針對 DAT文件更改 Z 值的符號并且繞 X 軸翻轉矢高圖。為了使用該腳本，必須在計算機上安裝 Python。
展開 1.引論
經常使用Ansys、Abaqus等一系列有限元分析軟件進行計算、學習的學生或工程師們都會知道在有限元分析建模與計算中剛度矩陣與質量矩陣的重要性。但是由于軟件的黑盒性質，大家往往在實際使用十分成熟的商業化軟件的過程中慢慢忽視了有限元及其衍生出的商業軟件背后的原理與方法。
這時，不管是在學習中還是在工程應用中往往都會遇到一個同樣的問題，那么就是如何將Ansys APDL運行中的產生的各種數據（例如：剛度矩陣、質量矩陣）導出成為我們熟悉的形式或文件格式，從而為我們所用，所分析。
因此我決定寫下此篇文章來幫助很多實際工作或學習中需要用到此類技能的同學、同事們，讓大家更了解Ansys APDL背后的工作原理與數據導出方式。
當然，在社區中早就有大佬回答過了這個問題，并給大家制作了相應的提取矩陣軟件，其軟件具備了簡單、便捷的操作方式，讓很多想要提取剛度矩陣與質量矩陣的同僚們受益，那么我為什么還要寫一篇這樣的文章重新提起這樣一個話題呢？這就又回到了我開頭所說的“原理與方法”，我在此更希望面對想要進一步學習了解軟件背后機理的群體，并在此基礎上保留教學的簡潔性，提供導出矩陣與轉換、列式、求解的源代碼，使其既兼顧基本原理，又可以讓大家直接上手使用，非常的便捷，也避免了很多因為優化不完全導致的運行bug。
2.有限元軟件導出剛度矩陣與質量矩陣的方法
在使用APDL進行求解時，每次在求解完成后都會在工作路徑下生成一個.full文件，而這個文件十分關鍵，其正是剛度矩陣與質量矩陣的所在之處。
展開 =MASS：輸出質量矩陣。可用于特征值屈曲、子結構分析、模態分析。
=DAMP：輸出阻尼矩陣。僅用于有阻尼的模態分析。
rhs---右邊項輸出控制（右邊項指用矩陣所表示方程的等號右端矢量，這里可為節點荷載向量），如rhs=YES則輸出，如rhs=NO則不輸出。
模態分析時，因僅LANB和QR法可生成完整的質量矩陣，因此也僅采用這兩種方法時才可使用HBMAT命令得到質量矩陣文件。
這個是Ansys幫助文件中對HBMAT命令的解釋，在Ansys分析中，會在根目錄下形成.full的二進制文件，里面存儲的就是已經組合好的剛度和質量矩陣，只是是以二進制文件的形式存在，通過HBMAT命令可以將二進制文件轉換為可以使用的十進制文件，十進制文件是以txt的形式存放在根目錄下。
打開生成的十進制文件，發現并沒有得到我們所想象的剛度、質量矩陣的形式，而是一長串的數字。這是因為，Ansys中的矩陣文件是以稀疏矩陣的形式存儲的，得到的十進制文件，只是給出了矩陣中元素對應的位置和值，我們需要對這一串數字進行整理才能得到原始的矩陣形式。這就需要明確十進制文件中數字的排列規律。
文件基本格式是前面有4或5行描述數據，其后為單列矩陣元素值，說明如下：
第1行：格式（A72），為文件頭的字符型解釋，如剛度矩陣或質量矩陣等標題。
第2行：格式（5I14），分別表示該文件的總行數（不包括文件頭）、矩陣列指針的總行數、矩陣行索引的總行數、矩陣元素數值的總行數、右邊項總行數。
第3行：格式（A3,11X,4I14），分別為矩陣類型、矩陣行數、矩陣列數、矩陣行索引數（對組裝后的矩陣，該值等于矩陣行索引數）、單元元素數（對組裝后的矩陣此值為0）。
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表面的干涉儀數據包含不規則度的相關信息，包括旋轉對稱不規則性 (RSI)、用于確定中空間頻率的斜率誤差以及其他表面形狀制造誤差。這些制造誤差取決于在球面或非球面上進行的拋光類型，可以是傳統的瀝青拋光、高速拋光以及磁流變拋光 (MRF)。由于很難使用 Zernike 項來模擬所有這些類型的表面形狀變化，因此確定表面誤差如何影響整體系統級性能的最佳方法是在 OpticStudio
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表面的干涉儀數據包含不規則度的相關信息，包括旋轉對稱不規則性 (RSI)、用于確定中空間頻率的斜率誤差以及其他表面形狀制造誤差。這些制造誤差取決于在球面或非球面上進行的拋光類型，可以是傳統的瀝青拋光、高速拋光以及磁流變拋光 (MRF)。由于很難使用 Zernike 項來模擬所有這些類型的表面形狀變化，因此確定表面誤差如何影響整體系統級性能的最佳方法是在 OpticStudio
在有限元分析中，ANSYS 可以導出大規模稀疏矩陣（如剛度矩陣、質量矩陣），通常使用 Harwell-Boeing (HB) CCS 格式。這些矩陣對后續二次開發、動力學分析或自定義求解器非常重要，但由于其稀疏和壓縮存儲形式，直接在 MATLAB 中讀取和使用并不方便。
本文提供了 兩個 MATLAB 函數，可直接從 ANSYS 導出的 HB 矩陣文件中讀取并重構成 MATLAB 稀疏矩陣：
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表面的干涉儀數據包含不規則度的相關信息，包括旋轉對稱不規則性 (RSI)、用于確定中空間頻率的斜率誤差以及其他表面形狀制造誤差。這些制造誤差取決于在球面或非球面上進行的拋光類型，可以是傳統的瀝青拋光、高速拋光以及磁流變拋光 (MRF)。由于很難使用 Zernike 項來模擬所有這些類型的表面形狀變化，因此確定表面誤差如何影響整體系統級性能的最佳方法是在 OpticStudio
1.引論
經常使用Ansys、Abaqus等一系列有限元分析軟件進行計算、學習的學生或工程師們都會知道在有限元分析建模與計算中剛度矩陣與質量矩陣的重要性。但是由于軟件的黑盒性質，大家往往在實際使用十分成熟的商業化軟件的過程中慢慢忽視了有限元及其衍生出的商業軟件背后的原理與方法。
這時，不管是在學習中還是在工程應用中往往都會遇到一個同樣的問題，那么就是如何將Ansys
最近在考慮自己編寫的程序和商用軟件的驗證問題，有限元結構分析中最關鍵的一環就是剛度矩陣的獲得，如果涉及到模態分析，還有質量矩陣。考慮到商業軟件的成熟性，可以用ANSYS生成的剛度矩陣做參照來看自己編寫的程序是否正確，因此如何提取ANSYS中結構的剛度矩陣，并進行隨后的驗證或者二次開發是一個問題。
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1796144
在本例中，我們介紹了一個仿真工作流程，用于在具有不同照明條件的特定環境中，從光學系統和CMOS成像器的組合中分析相機系統的圖像質量。此示例主要涵蓋整個工作流程中的Ansys Speos部分。該光學系統采用Ansys Zemax OpticStudio設計，并導出到Ansys Speos進行系統級分析。CMOS成像器采用Ansys Lumerical設計，并導出至Ansys Speos。
下載
質量單元屬于0維單元，ANSYS提供了質量單元mass21，該單元有6個自由度，3個平動自由度和3個繞軸的轉動自由度，可以分別設置不同方向上的不同質量和轉動慣量，但是一般3個平動方向上的質量是相同的，而3個轉動方向上的轉動慣量可能分別不同。轉動慣量可能對某些非轉動模態影響較小甚至可以忽略，但是對某些模態影響比較明顯，所以在較容易獲得部件轉動慣量的情況下盡量將部件簡化為質量單元時輸入每個方向上的轉動慣量參數
1. 背景
從事結構振動控制、車橋耦合振動、結構健康監測傳感器優化布置、結構動力性能分析等等一系列研究的同仁們應該都面臨過一個同樣的問題—“怎么把結構的剛度和質量矩陣建立出來？”。這對于那些數值分析高手和專家可能不是什么問題；但是對于科研剛入門的新手來說，這個難度還是相當大的。如果都靠自己寫程序來建立有限元模型，則對理論基礎、編程水平都有很高的要求，甚至程序做出來也未必能保證其正確性，是一個很讓人頭疼的問題
此文為本人原創，首發于2016年12月 ANSYS中國微信公眾號。我的個人公眾號(贏仿設計，二維碼在文末)亦有轉載。
===========分割線，以下為正文==========
1. 問題的提出
如圖所示，在ICEPAK模型樹內右鍵單擊3D零件, 可直接獲得體積和表面積，遺憾的是不能獲得質量。
雖然可以通過體積和材料密度間接求得質量，但對于某些通過優先級設置獲得的“復雜形狀”
