圓柱面的案例
Ansys Workbench 估計圓柱面受力變形后的圓柱度 ￥10
問題：
仿真過程中有時會遇到要求提取圓柱面在受力變形后的圓柱度。若此時圓柱面有剛體偏移等，就無法直接在workbench界面中通過創建圓柱坐標系而讀取圓柱度信息。
解決方案：
通過apdl后處理命令，提取待評估圓柱面的幾何信息和變形信息。利用matlab強大的優化計算功能，評估圓柱面在變形后的圓柱度。
matlab評估圓柱度大致過程為，根據圓柱面節點，確定中心軸線，測量每個節點到中心軸線的距離，獲得最大、最小距離差，即為圓柱度。
? 依據初始圓柱面確定中心點O，作為圓柱面的初始中心點；
? 以中心點O，計算O點到壁面的最小距離點A；
? 參考O、A點篩選合適的點B，要求點B盡可能在圓柱面軸線垂直的法平面附近，且∠BOA近似90°；（要求圓柱面圓周方向大于25個節點，軸向大于20層節點）
? 以O、A、B三個點為平面，提取法向向量，作為圓柱面的初始軸線；
? 根據初始中心點和初始軸線，結合圓柱度定義，構建目標函數；
? 利用matlab的優化極值功能，優化和中心點和軸線方向，使得目標函數獲得極小值。此時中心點和軸線方向即為變形后所有節點的理想圓柱中心線；
操作方法：
首先，需要利用APDL后處理命令，在仿真模型計算后，提取待評估圓柱面的幾何信息和變形信息。
1、 在named Selection中選擇要評估的圓柱面，并命名為cyFace1、cyFace2、cyFace3…等。每個圓柱面單獨命名。
2、 在求解Solution下插入Command命令，將附錄1的APDL命令復制進來。并根據上一步補創建的cyFace數量，在command的屬性欄ARG1內，填寫數值。
3、 求解計算。計算完成后會在對應的目錄文件夾下生產cyFace#.txt文檔。
展開 在ABAQUS中基于圓柱坐標系設置關于坐標函數的表面力（keyword 曲面加載,圓柱坐標,面力）
例如下圖所示，受Y方向某拉力作用，各點應力狀態為：
在圓孔中心位置建立圓柱坐標系，該應力狀態在圓柱坐標系下的公式為：
在這種情況下反推物理量，需要對曲面施加基于圓柱坐標系的面力。
案例如下：在圓弧面基于圓柱坐標系施加等效于單向應力狀態的面力。
加載前先建立圓柱坐標系（注意R軸方向為0度位置，T軸方向為角度增大方向，示意圖見文后的加載圖）
具體設置方法為：Load>Create Load>Mechanical>surface traction
選中中間曲面后，先設置徑向力，按以下參數設置：
Distribution：應力分配，點擊后面的f(x)創建一個基于圓柱坐標系的表達式，Local system 要選擇圓柱坐標系，Th為角度變量。
Traction：選擇General，為一般力。
Vector：點擊選擇圖標后，依次選擇（0，0，0） （-1，0，0） ，坐標選擇建立的圓柱坐標系。
注：面力方向矢量是基于所選坐標系，（-1，0，0）就是沿圓柱坐標系下的R軸反向。
Magnitude：選擇應力大小為1。
然后在創建一個Load,設置切向力，如下圖所示，也是基于圓柱坐標系。
再創建一個Load，在整體坐標系下對兩側的平面施加Y方向的面力，大小為1，同時對后面的面施加全約束。
最后加載形式為下圖所示：
求解結果如下圖：
大部分位置應力在0.99~1.01之間，為單向應力狀態，加載方式正確。
本問題的關鍵是面力的方向問題，在選擇面力的方向矢量時，是基于所選坐標系。對于圓柱坐標系，切向力矢量為（0，-1，0）時，即力的方向只沿著theta的反方向。
展開 Fluent仿真后處理實戰技巧（一）
圖12 創建剪裁
例如我們在圖10操作得到的圓柱面位置上裁剪出圓柱面的部分范圍，在Iso Clip對話框的Locations列表中選擇需要剪裁的對象，單擊New按鈕添加進行剪裁的控制量，可以同時添加多個量，見下圖13所示，得到了按控制量要求進行剪裁的圓柱面的部分范圍。
圖13剪裁得到新的“位置”
如圖14所示，在圖13剪裁后的部分圓柱面位置上生成溫度的數據，即得到剪裁后部分圓柱面處的溫度云圖。
圖14
6.小結
“位置”的概念是后處理的基礎，后續提取數據、生成數據都是要基于某個特定的“位置Location”。本文介紹的CFD-Post模塊中確定位置的實用技巧，將對ANSYS Fluent仿真計算的結果后處理提供很好的幫助。
文章來源：創依科技CAE
展開 如何在ANSYS WORKBENCH中創建蛛網結構？
選擇圓孔的圓柱面作為遠程點的關聯對象，并設置行為是deformable--可變形的。
打開蛛網顯示
4. 劃分網格
5. 施加邊界條件
固定左右兩端面
在遠程點上施加遠程力
6. 計算并查看位移
【研究】
為了考察關聯幾何體的不同行為，下面修改選項進行研究。
1. 將第3步驟中遠程點與幾何體的關聯行為修改為剛性。
計算的變形結果如下
2. 將第3步驟中遠程點與幾何體的關聯行為修改為耦合。
計算的變形結果如下
【討論】
上述蛛網結構是在圓柱面和圓柱面的中心之間建立了連接關系。
對于deformable而言，施加在圓柱面的中心上的力分配到圓柱面上的各個節點上，然后計算板的變形；
對于rigid而言，它認為整個圓柱面是剛性區域，是不會變形的。
對于couple而言，這里限制了所有的自由度，其含義是圓柱面上所有點的X,Y,Z平移及轉動自由度一致，整體就好像是一個節點一樣。
總之，
deformable-----圓柱面上各個節點根據受力產生自己的位移。
rigid---圓柱面上各個節點剛性固定在一起，圓柱面作為一個剛體參加板的變形。
couple---按照這里的設置，意味著圓柱面上所有的點就相當于一個節點。
來源：宋博士的博客，版權歸作者所有。
展開 
圓柱端面施加扭矩實例
直徑為50mm,長度為120mm的圓柱，在端面施加T=1.5e3 NM的扭矩。
使用ansys模板，導出xxx.inp文件，提交給ansys即可直接計算。
得到的rst文件，可以在hyperview中查看結果。
torque_cylinder.rar
在hyper view中查看結果。
在hyperview中指定兩個文件，即可在hyperview中做后處理：
1.從hm中導出的xxx.inp文件
2.ansys計算得到的結果文件xxx.rst.
如果用hyperview7.0做后處理,ansys的版本不能超過8.1，否則不能識別其xxx.rst文件
如果用hyperview8.0做后處理，ansys的版本不能超過9.0 （10.0？？）,否則不能識別其xxx.rst文件。
還可以在hm中，把ansys的結果文件xxx.rst轉化成hm的結果文件格式：xxx.hmres.
下面是nastran版本實例；
附件中是hm文件和從hm中導出的xxx.bdf文件；
把xxx.bdf文件直接提交給nastran計算，即可得到結果。
torque_cylinder(1).rar
然后直接在HM中做后處理(hmres在hyperview中當然也可以)。
展開 --圓柱度淺析 - --
日常生活中圓柱形的物體是非常常見的，比如柱子、旗桿都是圓柱體，圓柱體也是機械行業中的最重要的組成元素之一，軸類零件可以看作是一段一段不同大小的圓柱體組成的，盤類零件的外形也可以看作是一個扁平的圓柱體，零件中的孔也可以看作是加工中切除了一個圓柱體所留下的剩余空間，所以圓柱體存在于機械行業的每個角落。
圓柱體平移定義法：以一個圓為底面，向上或向下移動一定的距離，所經過的空間叫做圓柱體。
理想圓柱體的各截面是等大的標準圓，公共軸線是一條垂直于所有截面標準直線，沒有任何的缺陷（如圖A）。現實中圓柱體并不是一個理想的圓柱體，可能就會像圖B所示，軸線方向歪歪曲曲、兩端大小不一、彎曲、中間鼓起或者凹下去等等現象，端面展現的效果也不是一個標準的圓(如圖C)，它可能是一個三角形的、橢圓的、或者是不規則曲線形成的圓形輪廓。
為了讓圓柱體在參數上與理想狀態更為接近，機械行業中有相關的要求：圓柱度公差。
圓柱度定義：公差帶是半徑差為公差值t的兩個同軸圓柱面之間的區域。如圖D
圓柱度的符號：
它是控制實際圓柱面對理想圓柱面變動量的一項重要指標，同時控制了圓柱體的橫向剖切面和軸向剖切面的各項形狀誤差，諸如圓柱面的直線度，圓柱面上素線的直線度，圓柱面的每個截面的圓度及圓柱面的錐度，所以，圓柱度是圓柱面的各項形狀誤差的綜合控制指標。
圓柱度公差是一個控制圓柱面形狀的公差，它沒有基準，但是，這并不是說它的公差大小就可以隨意規定，一般情況下圓柱度的公差值t不能夠大于半徑公差值。如圖E所示，零件的直徑尺寸為φ50h8（0/-0.039），它的公差為0~-0.039，根據圓柱度公差定義，那么我們的圓柱公差的公差值t就不能夠大于0,0195（直徑公差絕對值的一半）。
展開 Proe/Creo教程-插床機構仿真分析【轉載】
3.插入wheel，連接方式選擇銷釘，選擇下圖兩個紅色箭頭所指的孔圓柱面完成銷釘連接的初步定義。
選擇下圖紅色箭頭所指的兩個平面，完成銷釘連接的完全定義。
4.插入link3，連接方式選擇銷釘，點擊下圖兩個紅色箭頭所指的孔圓柱面，再點擊兩個平面完成銷釘連接的定義。
5.插入link2，連接方式選擇銷釘連接，選擇下圖兩個紅色箭頭所指的孔圓柱面，再選擇兩個平面完成銷釘連接的定義。
點擊【放置】-【新建集】，添加一個圓柱連接。
選擇下圖兩個紅色箭頭所指的孔圓柱面即可完成圓柱連接的定義。
6.插入link，選擇銷釘連接，選擇下圖紅色箭頭所指的孔圓柱面再點擊相應的平面完成銷釘連接的定義。
7.插入slider，連接方式選擇滑動桿，選擇下圖紅色箭頭所指的兩個邊。
選擇下圖黑色箭頭所指的平面完成滑動桿連接的定義。
點擊【放置】-【新建集】，添加一個圓柱連接。
選擇下紅色箭頭所指的兩個孔圓柱面完成圓柱連接的定義。
8.點擊【應用程序】-【機構】，進入機構環境。點擊【伺服電機】，選擇下圖紅色箭頭所指的銷釘連接作為運動軸。
按照下圖定義電機的參數。
9.點擊【機構分析】，類型選擇運動學，終止時間設置為5s，即正好旋轉一圈。點擊【運行】按鈕即可。
10.點擊【測量】，彈出下面的窗口。點擊下圖紅色方框中的按鈕即可新建測量。
展開 淺析Workbench工程結構應用中的重要概念和常見錯誤
2、第二個問題
在Mechanical組件中有一個Cylindrical約束，可以約束圓柱面的徑向、軸向以及切向的任意一個、兩個或三個方向，如下圖所示。
這個Cylindrical約束表面上是針對圓柱面的，但在實際上，ANSYS內自動定義了局部的柱坐標系，并且把圓柱面的節點都轉換到了圓柱坐標系方向。此外，施加于圓柱面的Frictionless Support也涉及到約束圓柱面任意一點的徑向，內部實際上也涉及到了節點坐標轉換的問題。
3、第三個問題
在Cylindrical Support的基礎之上，我們再來看第三個問題
Cylindrical Support可以對圓柱面施加局部坐標方向的約束了，但如果需要施加非零位移，比如在圓柱面上施加一個徑向的位移，那么就無法直接引用Cylindrical Support，而需要用戶自行定義并轉換節點坐標系。
如下圖所示為一個圓筒，內、外直徑分別為0.8m和1.0m，軸向長度2.0m，外表面施加一個徑向的壓縮位移5mm，這如何來操作呢？
實現的方法如下：
■ 第一步，建立一個與圓柱體同軸的局部的圓柱坐標系。
■ 第二步，選擇外表面形成Named Selection。
■ 第三步，添加新的Named Selection并選擇Worksheet方式，通過Convert方法將表面集合轉換為節點集合。
■ 第四步，對外表面節點組成的Named Selection施加Nodal Orientation，轉換節點坐標至第一步定義的局部柱坐標系。
展開 螺栓預緊載荷..
任何載荷步都可使用Opent 設置
1）如果在同一個面上多次施加預載荷，那么除了第一個，其它的預載荷都會被忽略
保證施加預載荷的面或體上有足夠好的網格，其網格才能沿軸線方向正確的切分開（也就是，至少在長度方向要有2個單元）用多個劈分面模擬一個螺栓預拉伸時（比如，分成兩半的圓柱面），只能施加一個螺栓預拉伸載荷到其中一個劈分面上，因為螺栓預拉伸載荷會整個圓柱面切分開（即使只選擇了圓柱面的一部分）
2）在對包含綁定接觸的圓柱面施加螺栓預拉伸載荷時，需要小心使用有可能出現施加螺栓預拉伸載荷到包含綁定接觸的圓柱面上后，綁定接觸會阻止螺栓預拉伸變形的情況。
螺栓預拉伸載荷需要施加在包含體積的圓柱面上（也就是，不能對孔施加螺栓預拉伸載荷）通過3D體和局部坐標系定義螺栓載荷時也須注意，整個體是沿著局部坐標系XY平面切分開的。
3）指定對象
螺栓預緊載荷可以指定1個或更多的體作為作用對象。這種情況下，所有被指定的體都會被切分開對多體部件構成的一個螺栓，也只需創建一個螺栓預緊載荷對象，如下圖所示，這時構成螺栓多個體都會被切分開。
展開 【專業積累】詳細解說國際通用的“14項形位公差”，磨刀不誤砍柴工！
▲圖樣示例2：在公差值前加注記號φ、則公差帶必須在直徑0.08mm的圓柱面內的區域。
02平面度
平面度 ，即通常所說的平整程度，表示零件的平面要素實際形狀，保持理想平面的狀況。平面度公差是實際表面對理想平面所允許的最大變動量。
▲圖樣示例：公差帶是位于距離0.08mm的兩個平行平面之間的區域。
03圓度
圓度，即通常所說的圓整程度，表示零件上圓的要素實際形狀與其中心保持等距的狀況。圓度公差是在同一截面上，實際圓對理想圓所允許的最大變動量。
▲圖樣示例：公差帶必須在同一正截面上，半徑差為公差值0.03mm的兩個同心圓之間的區域。
04圓柱度
圓柱度是表示零件上圓柱面外形輪廓上的各點，對其軸線保持等距狀況。圓柱度公差是實際圓柱面對理想圓柱面所允許的最大變動量。
▲圖樣示例：公差帶是半徑差為公差值0.1mm的兩個同軸圓柱面之間的區域。
輪 廓 公 差
05線輪廓度
線輪廓度是表示在零件的給定平面上，任意形狀的曲線，保持其理想形狀的狀況。線輪廓度公差是指非圓曲線的實際輪廓線的允許變動量。
▲圖樣示例：公差帶是由包絡一系列直徑為公差0.04mm的圓的兩包絡線之間的區域。諸圓的圓心位于具有理論正確幾何形狀的線上。
06面輪廓度
面輪廓度是表示零件上的任意形狀的曲面，保持其理想形狀的狀況。面輪廓度公差是指非圓曲面的實際輪廓線，對理想輪廓面的允許變動量。
▲圖樣示例：公差帶是由包絡一系列直徑為0.02mm的球的兩條包絡線之間，諸球的中心理論上應位于理論正確幾何形狀的面上。
展開 跳動公差與其他幾何公差（二）
附：《跳動公差與其他幾何公差（一）》
那么接下來我們來了解徑向跳動公差與圓度、圓柱度、同軸度（同心度）之間的相互關系。
01
徑向圓跳動與圓度、同軸度的關系
下表為GB/T 1182-2018中對徑向圓跳動、圓度及同軸度/同心度的定義。
幾何公差項目
公差帶含義
圖示
徑向圓跳動
垂直于基準軸線的任意測量平面，半徑差為t且圓心在基準軸線上的兩個同心圓之間的區域
圓度
公差帶為在給定橫截面內半徑差為t的兩同心圓限定的區域
同軸度/同心度
直徑為?t且與基準中心同軸的圓柱面/圓周線所限定的區域
根據國標中的對三者公差帶的定義，當我們需要控制一個圓柱的形狀和位置時，可以同時標注圓度及同軸度，也可以只標注一個徑向圓跳動。
由此可以看出徑向圓跳動是一個綜合性公差，可以同時控制圓度誤差、同軸度/同心度誤差。
其中徑向圓跳動與圓度的公差帶是半徑差區域，而同軸度/同心度的公差帶是直徑區域，那么他們之間存在什么樣的關系，下面以一個軸類零件上標注了徑向圓跳動公差的例子來說明：
由于實際生產過程中，不可能加工出是理想的圓柱面，軸類零件的實際輪廓圓柱面是不規則的圓柱表面，圓柱面上必然存在圓柱度誤差（單個圓柱截面上存在圓度誤差）。
同時根據實際輪廓表面擬合的軸中心線相對于基準軸線存在同軸度誤差（單個圓柱截面上存在圓心度誤差），如下圖所示。
展開 
基于SimSolid的扳手受力分析
在圓管的外端面建立固定約束。
在手握處根據實際情況施加軸承載荷（bearing load）。軸承載荷會在圓柱面上建立非均勻的壓力分布。SimSolid施加軸承載荷非常方便，可以通過矢量方向定義力的方向，并且可以通過角度來設置圓柱面上受力的范圍。
手握處一共有四個圓柱面，給每個圓柱面施加一個x軸正向的、作用角度60°的一個軸承載荷。因為最大受力是未知的，所以將每個圓柱面的受力大小先假定為25N進行試算，即四個圓柱面總受力為100N。
四個圓柱面的軸承載荷均已設置完。這時幾何、材料、分析類型、邊界條件和載荷都已經設置完成，可以進行運算了。
不到10秒鐘，結果已經計算出來了。在受力100N的情況下，可以看到把手處變形為1.4mm，最大應力為圓管側面處的45MPa。
因為不銹鋼的屈服強度低于7075的屈服強度，最大應力也發生在不銹鋼圓管上，所以以不銹鋼的屈服強度207MPa進行校核，即載荷引起的不銹鋼管應力不能超過207MPa。又因為這是線性分析，所以載荷可以根據應力情況線性放大，計算得載荷最大為460N。也就是說，在把手受力不超過460N的情況下，該扳手不會發生塑性變形。
將4個軸承載荷均改為115N進行驗證。再次分析得到最大受力情況下把手處變形為6.5mm，最大應力為207MPa。以上結論得到了驗證。
同時，使用ANSYS對該問題在相同的輸入條件下也進行了分析，得到在最大受力時，把手最大變形為6.4mm，最大應力為218MPa。SimSolid的結果的誤差為5%，驗證了SimSolid無網格法結果的可信度。
展開 【原創案例】WorkBench平臺下兩圓柱雙向流固耦合案例
核工業及其他行業領域越來越重視流固耦合作用帶來的影響，本案例以最具代表性的細長圓柱為例，分析在流體力的激勵下，往復顫振的效果，并考慮固體圓柱的變形。（本案例為原創案例，轉載請注明出處）
流體介質為水，圓柱材料為鋼，以下為核心的仿真流程和結果。
創建雙圓柱及外流場的幾何模型
在Workbench中搭建流固耦合流程
一、流體求解設置
（1）網格劃分：抑制2個固體圓柱，對流場區域的網格進行劃分，并進行邊界命名，包括入口、出口、圓柱面等。
（2）求解設置。選擇LES大渦模擬，給定介質材料為水，并設置邊界條件，采用速度入口、outflow出口。
（3）動網格區域設置。采用Smoothing動網格方法，并設定兩圓柱面為System Coupling邊界。
（4）時間步控制。設置瞬態時間步為0.00002s。
二、結構求解設置
（1）網格劃分。抑制流體區域網格，對結構網格進行劃分，并重命名。
（2）約束和邊界設置。對兩端圓柱面施加固定約束，對圓柱面定義流固耦合面。
（3）求解設置。設置求解時間步等信息。
三、流固耦合System Coupling設置
（1）耦合求解時間設置。包括時間步，總計算時間等。
（2）定義流固數據傳遞。共4組，流體向固體傳遞力的數據，固體向流體傳遞位移數據。
（3）定義流、固計算順序。先計算流體，后計算結構。
四、仿真結果
（1）截面網格
（2）截面速度
（3）渦
（4）圓柱變形和振動
展開 NX10實例教程——柱形箱殼體（常規命令大綜合）
圓柱，點構造器，以絕對0點進行z方向偏置
確定后，設置圓柱參數，不進行布爾運算
圓柱，點構造器，依據圖形標注，以圓柱體右側象限點為參考點，進行偏置，方便計算
確定后，設置參數求和與圓柱體
圓角，設置半徑大小，選擇棱邊
圓柱，點構造器，以圓弧圓心為參考，沿矢量偏置，如果直接以圓心開始，可能有一部分圓柱體在上殼體內部，不便于后續修改，所以在此把這段圓柱弄長一些
高度采用測量，只要在中間體內部即可，投影方向可以直接選擇圓柱面，界限可以任意選擇大一些和已知實體相交即可
確定，直徑按照內孔面進行設置，求和
孔，簡單孔，參數如下
求和，大殼體減去內殼體，同時對內殼體進行保留操作，后續還需要使用
抽殼，設置厚度，刪除底和側端面，備選厚度進行內腔e厚度反向
求和，兩個殼體求和操作
刪除面，多余管道面刪除進行截斷
測量體積
距離
面積
展開 解析Workbench工程結構應用中的重要概念和常見錯誤
2、再來看第二個問題，在Mechanical組件中有一個Cylindrical約束，可以約束圓柱面的徑向、軸向以及切向的任意一個、兩個或三個方向，如下圖所示。
這個Cylindrical約束表面上是針對圓柱面的，但在實際上，ANSYS內自動定義了局部的柱坐標系，并且把圓柱面的節點都轉換到了圓柱坐標系方向。此外，施加于圓柱面的Frictionless Support也涉及到約束圓柱面任意一點的徑向，內部實際上也涉及到了節點坐標轉換的問題。
3、在Cylindrical Support的基礎之上，我們再來看第三個問題。
Cylindrical Support可以對圓柱面施加局部坐標方向的約束了，但如果需要施加非零位移，比如在圓柱面上施加一個徑向的位移，那么就無法直接引用Cylindrical Support，而需要用戶自行定義并轉換節點坐標系。
如下圖所示為一個圓筒，內、外直徑分別為0.8m和1.0m，軸向長度2.0m，外表面施加一個徑向的壓縮位移5mm，這如何來操作呢？
實現的方法如下：
第一步，建立一個與圓柱體同軸的局部的圓柱坐標系。
第二步，選擇外表面形成Named Selection。
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