長方體的案例
方法技巧 | Ansys Workbench計算過盈配合的3種方法及比較
如下圖所示，兩個尺寸為0.1×0.1×0.5m的長方體，材質為結構鋼，E=2e11Pa，泊松比為0。
如下面的局部放大圖所示，右側長方體的左側面與左側長方體存在1mm的干涉，即右側長方體存在初始幾何尺寸偏差。
在模型中，手工定義一個frictionless接觸區域，Part1（右側體）的左端面為接觸面，Part2（左側體）的右端面為目標面，其余選項采用缺省設置，如下圖所示。注意這里不進行Interface Treatment的設置。
位移約束與前面兩種方法一致，即固定左右兩個端面。隨后直接用一個載荷步求解上述配合接觸問題。
求解結束后得到計算結果如下。左側長方體的Z向變形分布如下圖所示，其右端為受壓的Z向位移，其數值為0.49073mm。
左側長方體軸向應力（Z向正應力）的分布如下圖所示，其數值為-196.29MPa（壓應力）。
右側長方體的Z向變形分布如下圖所示，其左端也為受壓的Z向位移，其數值為-0.49171mm。細心的讀者可能發現，此處最大變形與左側長方體右端面變形的絕對值有略微的差別，具體原因請讀者自行思考。
右側長方體的軸向應力（Z向正應力）分布如下圖所示，其數值也為-196.29MPa（壓應力），與左側長方體的軸向應力相等。
在本算例中，右側長方體的左端面與左側長方體發生1.0mm的干涉，直接定義兩個表面的接觸并計算，也可以得到裝配應力（過盈配合應力）。
展開 Ansys Workbench計算過盈配合的3種方法及比較
如下圖所示，兩個尺寸為0.1×0.1×0.5m的長方體，材質為結構鋼，E=2e11Pa，泊松比為0。
如下面的局部放大圖所示，右側長方體的左側面與左側長方體存在1mm的干涉，即右側長方體存在初始幾何尺寸偏差。
在模型中，手工定義一個frictionless接觸區域，Part1（右側體）的左端面為接觸面，Part2（左側體）的右端面為目標面，其余選項采用缺省設置，如下圖所示。注意這里不進行Interface Treatment的設置。
位移約束與前面兩種方法一致，即固定左右兩個端面。隨后直接用一個載荷步求解上述配合接觸問題。
求解結束后得到計算結果如下。左側長方體的Z向變形分布如下圖所示，其右端為受壓的Z向位移，其數值為0.49073mm。
左側長方體軸向應力（Z向正應力）的分布如下圖所示，其數值為-196.29MPa（壓應力）。
右側長方體的Z向變形分布如下圖所示，其左端也為受壓的Z向位移，其數值為-0.49171mm。細心的讀者可能發現，此處最大變形與左側長方體右端面變形的絕對值有略微的差別，具體原因請讀者自行思考。
右側長方體的軸向應力（Z向正應力）分布如下圖所示，其數值也為-196.29MPa（壓應力），與左側長方體的軸向應力相等。
在本算例中，右側長方體的左端面與左側長方體發生1.0mm的干涉，直接定義兩個表面的接觸并計算，也可以得到裝配應力（過盈配合應力）。
展開 ADAMS自由度以及冗余約束的分析
不同運動副，限制構件自由度的個數不同，轉動副限制構件的5個自由度，只有1個繞轉軸轉動的自由度， 表1給出不同運動副對構件自由度的約束關系
表1 運動副對自由度約系束關
2.2 基本運動副構建圓柱副
對于如圖1的長方體，MARKER_1為固結于大地，位置和姿態與原點一致的點，MARKER_2為控制長方體位置和方向的點，姿態和位置與MARKER_1一致， 其在空間中有6個自由度，要實現長方體具有繞X軸轉動和沿X軸移動兩個自由度，即圓柱副，使其繞Y軸轉動、沿Y軸移動、繞Z軸轉動以及沿Z軸移動將被限制，主要有以下幾個步驟：
1) 添加垂直副約束，限制長方體繞 軸轉動，在垂直軸選項中選擇2 Bodies-2 Location,實體分別選取長方體和大地，位置分別選取長方體上的Marker_2和大地上的Marker_1，方向選取Marker_1的X軸和Y軸，生成的Marker_3和Marker_4的Z軸與Marker_1的X軸和Y軸一致，如圖2，要保證Marker_3與Marker_4的Z軸垂直，長方體繞Marker_1的Z軸的轉動將被限制，其只有五個自由度，即繞Marker_1的X、Y軸的轉動，和沿Marker_1的X、Y、Z軸的移動.
2) 添加點線副來限制長方體沿Y和Z軸兩個移動自由度，在點線副選項中選擇2 Bodies-1 Location,實體分別選取長方體和和大地，位置選取長方體上的Marker_1，方向選擇X軸，生成的Marker_5和Marker_6的Z軸與Marker_1 X軸一致，如圖3，考慮到1）中垂直軸副約束，長方體只有沿Marker_1的X軸的移動，和繞Marker_1的X、Y軸的轉動三個自由度.
3) 添加垂直軸副來限制長方體繞
展開 Ansys Workbench計算過盈配合的3種方法及比較
如下圖所示，兩個尺寸為0.1×0.1×0.5m的長方體，材質為結構鋼，E=2e11Pa，泊松比為0。在交界面處建立一個frictionless接觸，Part1（右側的實體）的左端面為接觸面，Part2（左側的實體）的右端面為目標面。
位移約束方面，左側長方體的左端面、右側長方體的右端面設為固定約束，通過改變接觸界面調整選項Interface treatment，設置為Offset=1.0mm，如下圖所示。
計算上述問題，得到計算結果如下。
■ 左側長方體的Z向變形分布如下圖所示，其右端為受壓的Z向位移，數值為0.49123mm。
■ 左側長方體的軸向應力（Z向正應力）分布如下圖所示，其數值為-196.49MPa（壓應力）。
■ 右側長方體的Z向變形分布如下圖所示，其左端也為受壓的Z向位移，其數值為-0.49123mm。
在這個算例中，右側長方體的左端面在界面調整后與左側長方體發生1.0mm的干涉，由于沒有施加任何強迫位移，因此這種情況相當于計算由于界面干涉引起的過盈配合。
根據過盈配合的概念可知，左側長方體右端面的Z向位移為0.5mm且處于受壓狀態，右側長方體左端面的Z向位移則為-0.5mm，也處于受壓的狀態。通過界面調整方法計算的端部位移為±0.49123mm。
展開 
基于Star CCM+ 熱管理仿真interface沒有生成的原因
一個失敗的例子
舉一個簡單模型的例子，如圖所示，這個模型包括三個實體，一個圓柱體和兩個長方體。圓柱和下面的長方體接觸，兩個長方體之間接觸，也就是說這個模型一共有兩個接觸面。
既然這個模型有兩個接觸面，那么在生成Part時應該會創建兩個Contact，然而實際上卻只有一個Contact。
通過點擊選中contact可以讓接觸面在視圖窗口中高亮，如下圖。（cube/cube 2 代表的是接觸面兩邊的體的名字，Default/Default 代表的是接觸面兩邊的面的名字）。這里唯一的接觸面顯示為兩個長方體之間的接觸面，也就是說圓柱體和長方體之間的接觸面沒有創建contact。
這種情況下，如果你沒有注意到contact的問題就去生成Region，那么在創建Interface時，圓柱體和長方體之間也不會創建Interface，因為contact是Interface的基礎。如下圖，Interfaces中也只有一個。
這個例子只有兩個接觸面，檢查起來很方便，然而對于包含很多個體計算項目，比如很多個部件之間的傳熱，在創建Part時會生成很多個Contact，如果其中一兩個缺失了通常你也不會注意到，直到最終檢查計算結果時才能發現，這樣就坑了。
Imprint
解決上述問題的辦法就是 Imprint。
把圓柱體隱藏后，兩個長方體是這樣的，下圖。這里你完全看不到任何圓柱體的痕跡。
現在把圓柱體和長方體進行Imprint，然后長方體上就有圓柱體的痕跡了。其實就是把方形面分成了一個圓面和剩下的部分。
然后再重新創建Part和Region，這時的Contacts和Interfaces就都是兩個了。點擊cube/syl可以看到高亮的部分就是圓柱和長方體的接觸面，說明這次contact創建成功了。
?
展開 接觸中adjust to touch與add offset. Offset = 0的區別
應用軟件：Ansys Workbench 11.0
問題描述：兩個長方體建模，中間有0.5mm空隙，兩端固定約束，中間間隙處有Frictionless Contact,給其中一個長方體一端0.6mm位移，計算時分別在interface treatment中選擇adjust to touch與add offset. Offset = 0，觀察兩個長方體位移情況，找出兩者區別。
放大模型后可以看出，建模時，兩個長方體間有0.5mm空隙，如圖
1.jpg
模型外界條件如下圖，其中fix support為兩個端面
2.jpg
下面是兩種條件下的結果圖對比，其中上面兩張為adjust to touch，下面兩張為add offset. Offset = 0 mm
3.jpg
結果分析：
1：adjust to touch，給上面的長方體0.6mm位移后，它的最大位移量為0.6mm,
另一長方體最大位移為0.59786mm,約為0.6mm.可以看出，adjust to touch忽略了建模時0.5mm的空隙
2：add offset. Offset = 0，同樣，給上面長方體0.6mm位移，另一長方體最大位移量為0.099644mm,可以看出，如果選擇此項則GAP保留，按照理論計算，另一長方體位移量應該為0.6-0.5=0.1mm,誤差為0.000356mm
DSVM.rar
展開 CAD隨機球體插件 專業版 ￥1799
模型說明
模型尺寸中長度、寬度、高度：設定隨機球體生成的長方體區域，及生成的長方體部件尺寸。
建模控制中球體內包參數為限定球體是否會穿過模型的邊界。當球體內包打開時，所有球體均位于長方體部件內部，與長方體邊界不相交；當球體內包關閉時，球體可跨越長方體邊界。
最小間距參數為控制球體之間可能存在的最小距離，間距指球體外表面之間的最小距離，可同時限定球體與長方體模型外邊緣的最小距離。當最小間距設置為非負數時，所有球體之間均不會發生相交；當設置為負數時，球體可能出現干涉。可控制此參數的值來實現連通孔隙或封閉孔隙。
迭代指數為單個球體的投放嘗試次數，模型采用隨機投放算法生成，適當加大迭代指數可確保模型能有效構建。
粒徑比例參數可設置球體的最小直徑、最大直徑、體積比參數，體積比指當前組球體的總體積占長方體試件體積的比例。插件通過右側的添加按鈕可設置任意多組粒徑比例，以實現如正態分布、富勒曲線、連續級配、間斷級配等較為復雜的粒徑分布模型。
AutoCAD內對粒徑比例中每組序號的球體分圖層繪制，便于批量管理。
繪圖完成后，插件輸出包含模型孔隙率、每組粒徑范圍的球體數量、球體比例在內的整個模型信息。
專業版插件進行了投放算法的優化，與普通隨機投放相比，當投放球體數量過萬時，模型計算效率可提升200倍以上，更適合高體積占比、超多球體的建模。
展開 兩種實現裂紋的方法
情況1、一個長方體，長方體的材料為鐵，材料模型為*MAT_ELASTIC；中間插入一個cohesive，材料模型為*MAT_COHESIVE_GENERAL。長方體和cohesive層之間共節點。
情況2、與情況1同樣大小的長方體，材料屬性也一樣。將長方體沿X軸向分為兩半，左邊的單元做成一個set，右邊的單元做成一個set。兩個set之間的接觸用帶失效的自動單向面面接觸定義。
兩種情況的其他邊界條件一致，一端固定，一端加兩個反向的力，將長方體從中間拉開，模擬I型裂紋。
結論：兩種方式均能失效裂紋的有效模擬；裂紋尖端的應力情況也基本一致。不同的是，用contact方式來模擬情況中，在固定端出現了很大的應力分布。可能的原因是，定義了自動接觸后，固定端對長方體有一個反作用力，使其末端出現了較大的應力分布。而用cohesive方式模擬的案例中沒有定義接觸，故沒有考慮固定端對長方體的反作用力。
附件1：k文件
附件2：模擬動畫
movie_000.rar
compare_cohesive_to_tiebreak_from_tobias.rar
展開 Maxwell繪圖 參數化方法在建模中的運用
以長方體為例
繪制以原點為初始位置的任意長寬高的長方體，在工程樹欄所位置的Box下點擊【Creat Box】，如下圖，即可在【properties】屬性欄看到所繪制的長方體參數。
選擇長方體屬性
長方體屬性
在屬性欄中【XSize】/【YSize】/【ZSize】后具體的【Value】值定義為參數化變量：
直接在【Xsize】對應的【Value】框中填入自定義變量Length，彈出變量定義窗口
定義參數化變量窗口
長方體參數化變量定義屬性
結構參數化變量定義完成后，在項目管理欄中點擊對應的項目，即可在【properties】屬性欄中觀測和更改所有參數化變量，完成對結構建模的參數化定義。
如下圖：
注意，一但對項目中的結構參數化變量進行修改，項目就要重新進行仿真計算。
展開 一指之力就能推倒摩天大廈？顯式動力學仿真揭秘“多米諾效應”
“多米諾骨牌”仿真分析案例
01
背景條件
幾何：在長 0.8m、寬 0.15m、厚 0.01m 的板面上放置六塊長 0.05m、寬 0.01m、高 0.09m 的長方體塊。薄板模擬地面，長方體塊模擬骨牌。
材料：六個長方體塊為線彈性材料，薄板為剛性材料。
邊界與載荷：每兩個長方體塊之間、長方體塊與板面均設置面面接觸，動摩擦系數、靜摩擦系數均為 0.2。
02 仿真開發過程
1、預定義-導入參數
2、建模
3、創建材料
4、網格剖分
4.1 映射剖分設置
4.2 掃掠剖分、源面、目標面設置
源面
目標面
掃掠剖分網格參數
5、沙漏控制
6、 創建部件
創建骨牌：選擇【分析】>【創建部件】，標簽設為“骨牌”，拾取類型為【幾何-體】，點擊六個長方體塊，單元算法選擇【一階縮減積分體單元】，材料選擇“Dom_left”，沙漏控制選擇“沙漏控制”。
創建地板：選擇【分析】>【創建部件】，標簽設為“地板”，拾取類型為【幾何-體】，點擊薄板，單元算法選擇【一階縮減積分體單元】，下面的材料選擇“板-剛性”，沙漏控制選擇“沙漏控制”。
7、設置初始條件、接觸、載荷
7.1 設置初速度
拾取類型選擇【幾何-線】，拾取所示長方體塊頂面的邊，【速度向量】UX 設置為-5m/s。屬性欄將 UX 綁定參數 Parameters.velocity。
展開 基于abaqus的三維幾何體建模插件(線條/圓柱/橢球/球體)--Abaqus Geometry
Wire Geom模塊
Wire Geom模塊：在長方體內部創建線幾何，可控制線條的長度范圍和兩線條之間的最小距離。
Wire Geom模塊用戶輸入界面如下：
圖1.1 Wire Geom模塊用戶界面
2. Cylinder Geom模塊
Cylinder Geom模塊包括：在長方體內部創建圓柱，可控制圓柱的長度范圍、半徑及圓柱之間的最小距離。
Cylinder Geom模塊生成長方體邊界模型的用戶輸入界面如下：
圖2.1 Cylinder Geom模塊用戶輸入界面
3. Ellipsoid Geom模塊
Ellipsoid Geom模塊：在長方體內部創建橢球，可控制橢球的長短軸和橢球之間的最小距離。
Ellipsoid Geom模塊生成長方體邊界模型的用戶輸入界面如下：
圖3.1 Ellipsoid Geom模塊用戶輸入界面
4. Sphere Geom模塊
Sphere Geom模塊：在長方體內部創建橢球，可控球的半徑和球之間的最小距離。
Sphere Geom模塊生成長方體邊界模型的用戶輸入界面如下：
圖4.1 Sphere Geom模塊用戶輸入界面
5. 模型示例
插件可生成模型類型如下：
圖(a) 線條模型
圖(b) 橢球模型
圖(c) 橢球嵌入模型
圖(d) 橢球切割模型
圖5.1 模型示例
如有需要歡迎通過微信公眾號或者V聯系我們.
公眾號: 320科技工作室
VX: CAE320
展開 
ABAQUS中如何實現公轉和自轉
首先繪制兩個長方體，如圖1所示，并設置三個參考點RP1、RP2與RP3，三個參考點的位置分別在左側長方體的左端中心位置、原點位置、左側立方體的重心位置。
圖1
第一種情況：如圖2所示，耦合左邊長方體至RP1，并設置約束住XYZ三個方向的平動自由度，設置約束住YZ方向的轉動自由度，設置繞X軸轉動-0.533rad。
圖2耦合設置與邊界條件
圖3 第一種結果
結果顯示左邊長方體沿著參考點RP1做順時針旋轉，體現為自轉。
第二種情況：如圖3所示，耦合左邊長方體至RP2，并設置約束住XYZ三個方向的平動自由度，設置約束住YZ方向的轉動自由度，設置繞X軸轉動-0.533rad。
圖4
圖5
結果顯示左邊立方體沿著參考點RP2做順時針旋轉，體現為繞右側長方體公轉。
第三種情況：如圖4所示，耦合左邊長方體至RP3，并設置約束住XYZ三個方向的平動自由度，設置約束住YZ方向的轉動自由度，設置繞X軸轉動-0.533rad。
圖6
圖7
結果顯示左邊立方體沿著參考點RP3做順時針旋轉，體現為繞中心自轉。
綜合以上三個例子，我們得出結論，設置繞X軸旋轉后，長方體實際的轉動軌跡為繞參考點旋轉，并不是繞著坐標系原點旋轉。所以在設置邊界條件的時候一定要特別注意參考點的位置，尤其是復雜模型。如果想要的旋轉點位置與原點位置靠的很近，非常難發現問題出在什么地方。
下面還提供了兩種不同自由度約束的情況。圖8顯示了放開Y軸平動約束的結果；圖9顯示了放開Z軸平動約束的結果。可以觀察到放開約束后與上面第二種情況的結果差別很大，在一些特別的模型中，為了防止過度拉伸，必須釋放一些約束，如何選擇，大家可以自己嘗試。至于其他約束放開的組合情況，就不在一一舉例呈現了。
展開 Abaqus骨料填充插件(AbqGeomPacking)
三維骨料填充模型
2.1 纖維填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充纖維，可控制纖維長度在某一范圍內變化，同時可控制纖維間的最小間距。
圖2.1 三維纖維填充模塊
2.2 圓柱骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充圓柱骨料，可控制骨料長度在某一范圍內變化，同時可控制圓柱骨料間的最小間距。
圖2.1 三維圓柱骨料填充模塊
2.3 橢球骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充橢球骨料，可控制橢球骨料間的最小間距。
圖2.2 三維橢球骨料填充模塊
2.4 球體骨料填充模塊
2.3.1 長方體邊界球體骨料填充模塊
用于在長方體邊界內填充球體骨料，支持指定球體骨料尺寸范圍，并可控制球體骨料間的最小間距。
圖2.3 三維球體骨料填充模塊(長方體邊界)
2.3.2 圓柱邊界球體骨料填充模塊
用于在圓柱邊界內填充球體骨料，支持指定球體骨料尺寸范圍，并可控制球體骨料間的最小間距。
圖2.4 三維球體骨料填充模塊(圓柱邊界)
2.3.3 雙層球體骨料填充模塊
用于在長方體邊界內填充雙層球體骨料，每一種尺寸骨料可帶一個偏置層（如指定0，則表示不附加偏置層）。
圖2.5 三維雙層球體骨料填充模塊
2.4 梯度球體骨料填充模塊
用于在長方體邊界內梯度填充球體骨料，可控制球體骨料間的最小間距。
圖2.6 三維梯度球體骨料填充模塊
3. 使用示例
3.1 二維矩形骨料填充模塊
在50x50的矩形邊界上填充寬度為2.5，長度在1~10變化的矩形骨料，按最大數量填充，填充結果如下圖所示，填充率可達40%左右。
展開 三維Voronoi插件(Abaqus軟件)
長方體晶體模型
按第一步啟動三維多晶模型生成插件，啟動后界面如圖所示，首頁即為長方體晶體模型生成頁面。
圖2.1 長方體多晶模型生成界面
長方體晶體模型的輸入參數重要包括：長方體的x/y/z邊界、晶體最小間距和晶體數目，x/y/z Limit分別表示長方體在x/y/z軸上的最大/最小值，圖中默認值表示，長方體的最小點為(0, 0, 0)，最大點為(50, 50, 50)，晶體中心間的最小間距為5，晶體數量為100，不為每個晶體創建單獨的Set集，晶體參數對所有種類均相同，以下將不再贅述，用戶可根據情況進行修改。若勾選為每個晶體創建Set集，請確保Abaqus中體顏色顯示不是按Set進行顯示，否則程序執行速度大大降低。
三. 圓柱體晶體模型
按第一步啟動三維多晶模型生成插件，啟動后界面如圖所示，切換到圓柱體（Cylinder 3D）晶體模型生成頁面。
圖3.1 圓柱體多晶模型生成界面
圓柱體晶體模型的輸入參數重要包括：圓柱體的原點(默認為坐標原點)、圓柱體的半徑、圓柱體的長度、圓柱體的軸線方向(x/y/z軸)和晶體參數等。
圓柱體的原點和軸線方向決定了圓柱體在空間上的位姿、半徑和長度決定了圓柱體的大小。
四. 球體晶體模型
按第一步啟動三維多晶模型生成插件，啟動后界面如圖所示，切換到球體（Sphere 3D）晶體模型生成頁面。
圖4.1 球體多晶模型生成界面
球體晶體模型的輸入參數重要包括：球體的原點(默認為坐標原點)、球體的半徑和晶體參數等。
五. 其他任意形態晶體模型
按第一步啟動三維多晶模型生成插件，啟動后界面如圖所示，切換到任意形態（Other）晶體模型生成頁面。
展開 abaqus的三維幾何體建模插件(線條/圓柱/橢球/球體)--Abaqus Geometry 2.0
三維骨料填充模型
2.1 纖維填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充纖維，可控制纖維長度在某一范圍內變化，同時可控制纖維間的最小間距。
圖2.1 三維纖維填充模塊
2.2 圓柱骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充圓柱骨料，可控制骨料長度在某一范圍內變化，同時可控制圓柱骨料間的最小間距。
圖2.1 三維圓柱骨料填充模塊
2.3 橢球骨料填充模塊
用于在長方體邊界內隨機填充橢球骨料，可控制橢球骨料間的最小間距。
圖2.2 三維橢球骨料填充模塊
2.4 球體骨料填充模塊
2.3.1 長方體邊界球體骨料填充模塊
用于在長方體邊界內填充球體骨料，支持指定球體骨料尺寸范圍，并可控制球體骨料間的最小間距。
圖2.3 三維球體骨料填充模塊(長方體邊界)
2.3.2 圓柱邊界球體骨料填充模塊
用于在圓柱邊界內填充球體骨料，支持指定球體骨料尺寸范圍，并可控制球體骨料間的最小間距。
圖2.4 三維球體骨料填充模塊(圓柱邊界)
2.3.3 雙層球體骨料填充模塊
用于在長方體邊界內填充雙層球體骨料，每一種尺寸骨料可帶一個偏置層（如指定0，則表示不附加偏置層）。
圖2.5 三維雙層球體骨料填充模塊
2.4 梯度球體骨料填充模塊
用于在長方體邊界內梯度填充球體骨料，可控制球體骨料間的最小間距。
圖2.6 三維梯度球體骨料填充模塊
3. 使用示例
3.1 二維矩形骨料填充模塊
在50x50的矩形邊界上填充寬度為2.5，長度在1~10變化的矩形骨料，按最大數量填充，填充結果如下圖所示，填充率可達40%左右。
展開 