ansys初始的案例
關于ANSYS中初始地應力施加方法的介紹
近日，水哥收到一粉絲對初始地應力施加這塊的疑問，恰逢今天時間較多，便說說在ANSYS中如何施加初始地應力。
針對巖土工程相關的分析而言，初始地應力這個概念比較重要，所謂初始地應力，也即是在我們對巖土進行任何外部操作之前，例如基坑開挖、邊坡開挖、隧道開挖等，其本身內所存在的真實應力，也可稱之為初始應力場。
初始應力場是平衡的，這也是經常聽到的一個概念，初始地應力平衡，更簡單來講，就是我們在進行分析之前的位移清零，應力不清零。
為什么進行這樣一步操作？
答：為了使模型更加的符合實際。
ANSYS中對于初始地應力的平衡沒有類似設計軟件那般（例如Midas NX）方便，也即是我們在做類似基坑開挖分析之前，首先要進行地應力平衡操作，ANSYS中主要分為兩步進行：
第一步：原始應力場計算，導出地應力文件；
第二步：新建模型，導入地應力文件，施加重力，平衡地應力。
關于導入與導出的命令流，ANSYS以前老版本是采用Iswrite與isfile命令，新版本可采用Inistate命令，但是Iswrite和isfile依然可以用，只是幫助文件已經沒了這兩個命令的解釋，其用法同inistate，可具體查詢Help。
通過上兩步操作，能達到位移清零，真實應力不清零的效果，下面以一個小例子來進行說明操作過程。
某二維地塊，長度50m，高度20m，需進行基坑開挖操作，操作之前，需進行初始地應力的平衡，材料為中風化砂質泥巖，彈性模量取1200Mpa,粘聚力取450Kpa，摩擦角取30度，采用DP材料模型。
展開 ANSYS初始應力的施加和獲得
在使用ANSYS進行結構分析時，可以把初始應力指定為一項載荷，但只能在靜態分析和瞬態分析中使用（分析可以是線性,也可以是非線性），初始應力載荷只能施加在分析的第一個載荷步中，執行初始應力命令一次以上將覆蓋先前的初始應力指定。初應力載荷可以是初應力，初應變或者初塑性應變。
Ansys Workbench初始變形+預應力釋放仿真（含ACT插件） ￥20
問題示例大致如下：
板子初始是平板狀態，安裝后工作狀態是貼合一個弧面，并通過四個支點進行連接固定，板子安裝后存在回彈力。
現在需要評估板子安裝變形預應力狀態下，連接面的回彈力。
仿真思路：
仿真對象是一個有初始應力的彎曲板，但是曲面形狀實際可能不是正常弧線而是曲面。
因此仿真步驟大致需要兩步：
第一、初始平板變形為曲面形狀，提取板子的應力狀態；
第二、板子在預應力狀態下產生彈性回復力，查看彈性回復力在連接位置的大小。
第一步的仿真方法：
模擬擠壓形式，在初始平板兩側使用變形后的彎曲板進行擠壓變形。
擠壓變形
第二步的仿真方法：
加載板子的變形預應力，按裝配狀態連接，計算連接處的彈性變形力。
但是：在第一步加載的時候就不是很容易實現。兩個夾層面需要設定接觸面進行接觸非線性仿真，經常發生接觸面穿透現象，需要小載荷步，多次調試。
即使擠壓方式沒有穿透，應力分布也不是很均勻。
此處先擱置擠壓法的計算過程不提，假設已經獲得預期的初始變形應力。
繼續進行第二仿真步，傳遞板子的預應力狀態；
預應力的傳遞方法在微信公眾號文章：“ansys分析中如何考慮殘余應力影響？”中提及了兩種方法，這里分別測試如下：
方法一：使用external Data模塊
首先，在步驟一初始板子變形，有正確應力分布的結果中，分別提取X、Y、Z、XY、YZ、ZX六個方向的法向應力和切向應力。
需要注意的是：
六個方向的應力導出文件需要修改節點坐標位置，不然映射應力會不準確。
展開 ANSYS初始應力的施加和獲得
在使用ANSYS進行結構分析時，可以把初始應力指定為一項載荷，但只能在靜態分析和瞬態分析中使用（分析可以是線性,也可以是非線性），初始應力載荷只能施加在分析的第一個載荷步中，執行初始應力命令一次以上將覆蓋先前的初始應力指定。初應力載荷可以是初應力，初應變或者初塑性應變。
初應力命令如下：
INISTATE, Action, Val1, Val2, Val3, Val4, Val5, Val6, Val7, Val8, Val9
其中Action可以為：
SET
用Action = SET 定義初始應力狀態坐標系，數據類型和材料類型參數
DEFINE
用Action = DEFINE 定義真實的狀態值, 和相對應的單元，積分點，或層信息
WRITE
當solve命令執行之前，用 Action = WRITE 將初應力值寫入文件
READ
用 Action = READ 讀入文件中的初始應力值
LIST
用 Action = LIST讀出初始應力狀態
DELETE
用Action = DELE 刪除所選擇單元的初始應力狀態數據
各個動作對應的用法如下：
INISTATE, SET, Val1, Val2
Val1=
Val2 =
CSYS
坐標系.
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Ansys Zemax | 內窺鏡物鏡系統初始結構的優化提升（下）
總結
本文詳細描述了如何根據內窺鏡物鏡系統的初始結構，分析當前系統的成像質量、畸變情況以及所需的參數控制，并使用相應的優化操作數對系統性能進行進一步提升。除了使用本文中提到的優化操作數，用戶可根據實際情況自行添加其他的優化操作數從多角度對于系統性能進行優化。
Ansys Zemax | 內窺鏡物鏡系統初始結構的優化提升（上）
概述
本文分為內窺鏡系統簡介、主要結構、系統分析、性能提升和總結五個部分，介紹了內窺鏡系統的主要結構，并討論了如何在 OpticStudio 中根據內窺鏡物鏡系統的初始結構進行像差分析，以及如何對其進行后續的優化提升。(聯系我們獲取文章附件)
內窺鏡系統簡介
內窺鏡系統作為具有光學鏡頭、圖像傳感器、光源照明、機械裝置等多重組件的光學系統，一般來說可以分為醫用內窺鏡和工業內窺鏡。醫用內窺鏡可以經人體的天然孔道或手術切口進入人體內，觀察內部成像結果。利用內窺鏡可以看到 X 射線不能顯示的病變，因此它在醫學上有非常重要的作用。常見的醫用內窺鏡有胃鏡、腸鏡、宮腔鏡、神經內鏡等。工業內窺鏡則通常用在無損檢測和孔探技術方面，可分為硬管工業內視鏡、可繞式小直徑軟管內視鏡、影像工業內視鏡等，它們在汽修、安防、安檢等領域有著廣泛的應用。
內窺鏡主要結構
不同種類的內窺鏡會有一些功能和結構上的差別，下圖是一個常見的用于胃腸道檢測的軟管內窺鏡完整結構示意圖。它的主要結構包含了插入導管、目鏡/視頻轉換器、導光管等。其中，光學物鏡包含在插入導管的其中一個通道中。
而下圖則是一幅插入導管的內部結構圖，所示的為硬式導管（硬式導管和軟式導管的內部結構大體相似）。
我們可以看到，導管內的結構包含棒形透鏡 (Rod Lens)、隔圈 (Spacer)、物鏡組合件 (Objective Assembly)，還有位于上部的光纖 (Light Fibers)。本文將討論的模型即位于內窺鏡導管末端的物鏡部分。
內窺鏡系統分析
首先需要說明的是，不同的成像系統所選用的分析評判標準可能有所不同，可選用 RMS光斑尺寸、系統波前差或者 MTF 作為成像質量的評判標準。
展開 為什么用ANSYS做用完全重啟動實現地應力初始化出現DUMP文件為空的錯誤提示？
為什么用ANSYS做用完全重啟動實現地應力初始化出現DUMP文件為空的錯誤提示？
干貨 | ANSYS Fluent多孔介質模型簡介
圖1 多孔介質模型的應用
ANSYS Fluent中可將所需區域設定為多孔介質模型（見圖2），在cell zone conditions中勾選porous zone（通常認為在多孔介質模型內由于阻力原因，流動狀況為層流，故而同時勾選laminar zone）。在其界面中，可設置方向、粘性阻力系數、慣性阻力系數以及孔隙率等參數。其中粘性阻力系數及慣性阻力系數可通過多種方式確定其具體數值，如試驗法（風速及壓降的曲線擬合）、Ergun方程法、經驗方程法等等。
圖2 ANSYS Fluent中多孔介質模型的設置界面
通過一個簡單的仿真案例進行描述：一個用于汽車尾氣凈化的催化劑裝置，其中類似蜂窩結構的區域可認為是多孔區域模型（見圖3）。在ANSYS Fluent中設置求解器、材料、多孔區域、邊界條件等，初始化后進行仿真計算（多孔介質問題的初始化應采用standard initialization，見圖4）。結構后處理中可得到結構內部的速度場、壓力場結果（見圖5）
圖3 汽車尾氣凈化器流動仿真
圖4 ANSYS Fluent初始化界面
圖5 不同截面的速度場云圖、壓力場云圖及壓力曲線
展開 標準漸開線圓柱齒輪APDL建模程序
第一步 初始化ansys環境
finish
/CLEAR
/BATCH
/TITLE,The Process of creating Gear Parametric Modeling
!第二步 定義幾何尺寸參數
!MULTIPRO,'START',5 !通過多參數輸入對話框進行賦值
!*cset,1,3,z,'Number of teeth;',52 !齒數
!*cset,4,6,m,'Model number(mm);',5 !模數
!*cset,7,9,b,'Tooth width(mm);',15 !齒寬
!*cset,10,12,ha,'Addendum coefficient(mm);',1 !齒頂高系數
!*cset,13,15,c,'Headspace coefficient(mm);',0.25 !頂隙系數
!MULTIPRO,'end'
!*IF,_BUTTON,EQ,1,THEN
!/EOF
!*ENDIF
z=52
m=5
b=15
ha=1
c=0.25
ang=360/z !每齒的圓心角
rf=(z-2*ha-2*c)*m/2 !齒根圓半徑
ra=(z+2*ha)*m/2 !齒頂圓半徑
r1=m*c !齒根圓倒角半徑
rb=m*z*cos(3.14159/9)/2
inva=0.014904 !漸開線函數值
*AFUN,RAD
pi=Acos(-1)
*DIM,X,,22 !定義兩個數組用來定義生成的點
*DIM,Y,,22
af=Acos(rb/rf)
invaf=tan(af)-af
Gamaf=pi/(2*z)-(invaf-inva) !計算齒根圓齒厚對應的圓心角
x(1)=rf*cos(Gamaf) !
展開 基于3d打印結構拓撲優化的四旋翼無人機
工況
單個電機的升力/N
飛控和動力總重/kg
有效載荷/kg
上升階段
6.86
0.433
1
表 2 上升階段工況
三、結構拓撲優化及仿真分析
（一）結構拓撲優化及優化模型確定
分別利用solidThinking Inspire和ANSYS基于設計工況進行拓撲優化。優化設計時以減重為優化目標，動力及控制系統簡化為433g的力作用于四旋翼的中心位置。優化設計流程如下：
圖 7 優化設計流程圖
考慮到拓撲優化結果和設計域的關系，避免由于主觀因素限制拓撲優化的結構形式，最初模型建立只確定四旋翼非設計域軸距為450mm，電機座直徑為34mm，中心設備區為85mm正方形，整體厚度為5cm，模型如下。
圖8 初始設計模型
分別利用solidThinking Inspire和ANSYS對初始模型基于設計工況進行減重優化，二者優化結果隨減重比變化情況如下：
圖9 初始設計模型Inspire系列優化結果
圖10 初始設計模型ANSYS系列優化結果
通過第一次拓撲優化系列結果，尋找兩種仿真軟件的共同點，發現初始模型隨減重比變化的共同趨勢是呈現X型。基于此重新建立第二代優化初始模型如下。
圖11 初始設計模型二
圖12 初始設計模型二——三視圖
對初始模型利用ANSYS進行靜力學分析，其最大等效應力為4.7892MPa,小于100MPa的屈服強度，最大等效位移為0.0029958m,滿足設計要求。
展開 ANSYS模型剛度、質量矩陣快速提取小軟件—km_from_Ansys ￥88
模態分析完成后，在ansys中運行HBMAT命令得到十進制文件：
! 獲取矩陣十進制文件
/aux2
file,Frame,full !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!與文件名一致
hbmat,Stiff,txt,,ascii,stiffness,yes,yes !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 提取剛度矩陣 存儲為Stiff.txt
hbmat,Mass,txt,,ascii,mass,yes,yes !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 提取質量矩陣 存儲為Mass.txt
Finish
運行完成后，在根目錄下生成了四個文件，這便是轉換完成的十進制文件，接著需要做的就是將十進制文件轉換為矩陣形式，就是通過工具來實現。
(3). 通過工具實現提取
A. 打開運行工具，在km_from_Ansys程序目錄下，在Matlab命令行輸入km_from_Ansys，是初始界面
B.點擊“剛度文件路徑”后的“獲取路徑按鈕”，找到剛剛生成的十進制文件的存儲路徑，選擇剛度十進制文件Stiff.txt：
同樣的方法選擇好質量矩陣的文件路徑，和Mapping文件路徑（Mapping文件有兩個，選擇任意一個都可以），以及想要把提取完成后的矩陣文件存儲的路徑，全部選擇完成后，點擊“生成文件”。
C. 接著是大約幾秒的工具處理過程，根據模型大小不同，所需時間不等。處理完成后，根據提示輸入生成的矩陣文件的存儲文件名，比如“KM”。
，點擊“OK”，完成操作，提示信息為文件的存儲路徑，文件格式為Matlab數據文件格式。
D.
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斜拉橋有限元分析系列教程
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【01】基于ANSYS的鋼筋混凝土梁開裂過程模擬(分離式建模)教程
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【05】附加質量/勢流體在ANSYS中的應用
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【13】基于ANSYS的巖體初始地應力反演
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