ansys 對稱循環的案例
ANSYS workbench 循環對稱壓力容器靜力分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習壓力容器的三維模型處理
2、學習線性靜結構分析步的建立
3、學習壓力容器分析的載荷施加
4、學習壓力容器對稱循環約束的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 壓力容器分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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循環對稱結構模態分析
對于葉輪機，螺旋槳，電機等這一類具有循環對稱結構的機械來說，其建模分析應充分利用此類結構的特點—重復性和軸對稱性，只需通過對基本扇區的建模分析并對結果加以擴展即可得到整體結構的結果。對于模型復雜、扇區較多的結構利用循環對稱分析可以極大的降低計算規模，減少求解時間。
1.基本理論
通常結構的動力學基本模型可以表示為：
式中M、C、K分別為結構的質量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣。
U代表各節點的位移，f為結構的外力。
結構的循環對稱邊界條件可表示為：
ua，ub分別為低角度邊的基本扇區位移和復制扇區位移
Ua`，Ub`分別為高角度邊的基本扇區位移和復制扇區位移
k表示諧波指數，α為扇區角度，N為扇區數量。
2.算例模型
模型的基本參數如下表所示：
材料參數
幾何參數
彈性模量
2E11 Pa
扇區數量
18
泊松比
0.3
葉片長度
1 m
密度
8000 kg/m3
葉片厚度
0.05 m
算例模型及模型的對稱邊界區域如左圖所示，擴展后的模型如右圖：
在實際操作中需保證對稱邊界上幾何體的一致和網格節點的一一對應。設置好模型的邊界條件后還需要施加模型的轉速并先進行預應力求解，本例施加的轉速為1500r/min。最后再進行常規的模態分析。
3.結果分析
由于分析對象是循環對稱結構，所以最終模態結果是按照節徑數排列的。
展開 高級仿真－－循環對稱分析
1.如圖所示，取一基本區域作為分析對象
2.進入fem環境，劃分網格。
首先，設置網格匹配：2d dependent mesh,具體設置如圖所示
注意：Type:Symmetric
3.劃分主面2d網格
4.劃分從面2d網格
5.可看到主面和從面上節點的個數和位置是對應的
6.劃分體，用tet10單元
7.設置材料屬性，這些不詳述，材料為鋁
8.進入sim環境
9.點 automatic coupling，具體設置如圖所示
這步的目的主要是設置從而的節點的位移與主面上節點的位移保持一致
10.施加邊界條件：
約束主面的節點第二自由度為0，即旋轉自由度為0
實例篇：真●循環對稱結構分析 ￥2
分析具有對稱結構的零部件的時候，我們采取的通用做法一般是對對稱面施加相應的Symmetry/Anisymmetry/Encastre約束，這樣子雖然沒有錯，但是對稱面之間的力值傳遞沒有，與實際情況多少會有些出入，那么有沒有什么好的方法？
采用循環對稱分析，重編inp文件！
Step-1：導入幾何零部件、建立簡單的材料屬性
Step-2：中間輪緣要與兩側的結構連為一體
在connector中，建立tie連接，將兩側的結構耦合
Step-3：將兩側的循環對稱面也施加相關的tie約束
由于施加了tie約束，因此節點之間可以傳遞相應的力與位移，不會像普通的約束那樣造成剛度過大
Step-4：這里，我們做一個簡單的離心力分析
首先，對心部結構施加固定約束
然后對整體結構施加200rpm的旋轉速度
這里，輸入表達式 “2*pi*200/60” 即可，因為pi實際在abaqus中為內建的常量
Step-5：劃分網格
這個不難
Step-6：輸出inp文件，對其進行修改
這里，我們用ultraEdit打開進行編輯
先建立一個對稱循環坐標系
然后對之前對稱面的tie連接進行修改
Step-7：提交作業并做出后處理顯示
展開 
添加循環對稱（含周期邊界）和彈簧的視頻
附件是關于添加循環對稱條件和彈簧單元的例子，歡迎下載
abaqus.part1.rar
abaqus.part2.rar
abaqus.part3.rar
abaqus.part4.rar
Ls-dyna中的循環對稱
*BOUNDARY_CYCLIC
1.需要定義
XC x-component axis vector of axis of rotation
YC y-component axis vector of axis of rotation
ZC z-component axis vector of axis of rotation
對于軸對稱問題要定義旋轉軸
2.side1 和side2 對應的節點數目要一致
3.對于R7以后的版本，不需要side1 和side2 的節點順序一一對應，但是要激活ISORT選項，即等于1
4對于軸循環問題IGLOBAL =0
展開 非對稱循環荷載下的高周疲勞壽命預測
這部分具體的理論大家可以查看DesignLife Theory Guide中相應位置，這里我們只需要知道這個對于非對稱循環荷載是一個很重要的參數（不是可選可不選，是大部分時候都需要選擇），并且根據材料的不同，需要合理選取相應的修正方法。
圖 4 軟件help對應查詢位置
4 軟件操作
上面大篇幅講了平均應力修正的作用，下面具體說下相對于前文的對稱循環荷載，對于非對稱循環荷載需要注意哪些。
圖 5 非對稱恒幅荷載修改
首先，如上圖所示，載荷的形式仍為恒幅荷載（Constant Amplitude），默認是對稱循環荷載，載荷范圍為-1~1，我們可以將auo configure前面的√去掉，這樣就能自己定義載荷的上下限，本文由于是0~0.2，而有限元分析的荷載為0.1，因此這里施加0~2就行。我們也可以有限元分析施加1，這里施加0~0.2，具體的疊加規則參照下面的式子：
其次，我們在如下位置更改平均應力修正方式，默認為None，這個一定要注意：
圖 6 平均應力修正方法修改
來源：CAE交流之家
作者：ansys-聰聰
展開 對稱循環荷載下的高周疲勞壽命預測
圖 18 疲勞壽命云圖
來源：CAE交流之家
作者：ansys-聰聰
添加循環對稱（含周期邊界）和彈簧的視頻
附件是關于添加循環對稱條件和彈簧單元的例子，歡迎下載
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abaqus.part1.rar
abaqus.part2.rar
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案例13-離心葉輪的循環對稱和線性攝動分析
該案例演示了使用循環建模方法和線性攝動解方法進行離心葉輪葉片分析。該問題包括模態分析、全諧分析、使用線性擾動的預應力模態分析、使用非線性擾動的預應力全諧響應分析以及使用線性擾動進行的預應力模態疊加諧響應分析。
循環對稱性分析的結果與從全（360度）模型分析獲得的參考結果進行了驗證。
介紹
循環對稱建模是分析具有圍繞對稱軸360度重復幾何圖案的結構的有力工具。循環對稱性存在于許多土木工程結構中，如圓頂、冷卻塔和工業煙囪。也可以在機械設備中找到，例如銑刀、渦輪葉片盤、齒輪、風扇和泵葉輪。
循環對稱模型可以使用整個結構的單個部分（稱為基扇區）來求解，從而加強循環子結構之間的連續性和兼容性邊界條件。循環對稱性分析大大減少了模型大小和計算成本。
問題描述
本示例中的葉輪葉片組件是航空航天應用中使用的燃氣渦輪發動機的子系統。
以下模型顯示了單個離心葉輪葉片的循環對稱扇形：
該模型由護罩和扇形角為27.692度的葉輪葉片組件組成。整個模型由13個主葉片和分離器組成，如圖所示：
在循環扇形模型上分別進行了模態、帶線性和非線性基礎靜態解的擾動預應力模態、全諧波、帶非線性基礎靜態解的擾動預應力全諧波、以及帶非線性基礎靜態解的擾動模態疊加諧波分析。
擾動模態循環對稱分析包括線性和非線性靜態分析的初始預應力條件。具有線性靜態解的初始應力狀態由旋轉葉輪組件以及施加在葉輪葉片上的壓力載荷產生。非線性靜態分析的初始應力狀態是由旋轉的葉輪葉片、施加在葉輪葉片上的壓力載荷和施加在葉輪葉組件模型所有節點上的熱載荷產生的。
擾動全諧和擾動模態疊加諧循環對稱性分析包括由于非線性靜力分析而產生的初始預應力條件。初始應力狀態由葉輪組件的旋轉和施加在葉輪葉片組件模型的所有節點上的熱載荷產生。
展開 風扇循環對稱模態計算－－1節徑和2節徑各有兩階振頻相同，怎么解釋？
小弟做風扇葉片的循環對稱模態分析，計算結果如下：
SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE HRM-INDEX
1 232.29 1 1 1 0
2 421.05 1 2 2 0
3 516.10 1 3 3 0
4 1168.8 1 4 4 0
5 1435.7 1 5 5 0
6 239.84 2 1 6 1
7 239.84 2 2 7 1
8 465.82 2 3 8 1
9 465.82 2 4 9 1
10 930.28 2 5 10 1
11 238.95 3 1 11 2
12 238.95 3 2 12 2
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ANSYS Workbench周期對稱模型的模態分析方法 ￥10
對于風扇葉片、螺旋槳類型的產品模態分析，往往采用循環對稱的方式來進行計算，這樣建立其中的一份，剩余的自動擴展計算就可以了，這樣可以極大的縮小網格數量，降低計算量。在ANSYS Workbench中如何設置操作設置循環對稱的方法呢？
在 ANSYS Workbench 中對風扇葉片、螺旋槳等循環對稱結構進行模態分析的步驟如下：
1. 幾何模型準備
創建基礎扇區，在 DesignModeler 或外部 CAD 軟件中，僅建模一個完整扇區（例如單個葉片及其對應的輪轂部分）。
確保扇區的兩個邊界（起始面和終止面）與旋轉對稱軸形成的角度為 360°/n（n 為葉片總數）。例如，對于 6 葉片風扇，單個扇區角度為 60°。
定義坐標系，在 DM 中創建全局坐標系，確保 Z 軸與旋轉對稱軸重合（即葉片繞 Z 軸旋轉）。
2. 循環對稱設置（Modal 模塊）
導入幾何到 Modal 分析系統，將扇區模型拖入 Modal 分析系統的 Geometry 模塊。
進入 Mesh 模塊，激活循環對稱：右鍵點擊 Mesh → Insert → Cyclic Symmetry。
選擇循環對稱類型：
Full Cyclic：適用于所有葉片完全相同的結構。
定義循環對稱邊界
Source Face：選擇扇區的起始面（例如 0° 位置的面）。
Target Face：選擇扇區的終止面（例如 60° 位置的面）。
Axis Definition：選擇局部坐標系的 Z 軸作為旋轉對稱軸。
3. 網格劃分優化
網格控制，對葉片邊緣、輪轂等關鍵區域使用更精細的網格（如 Sizing 或 Inflation）。
展開 在ansys中怎么施加對稱載荷
比如一個圓柱體如圖所示怎施加對稱載荷呢？
ANSYS Workbench模型對稱簡化計算及節點結果導出方法
(8)右鍵單擊模型樹節點上已經插入的對稱工具Symmetry，選擇Insert→Symmetry Region。
(9)由于使用了八分之一對稱模型，所以模型一共有3個對稱面，在Details of Symmetry Region中選擇模型中的其中一條對稱邊，同時確定該對稱面的法向為全局坐標系的X軸，如圖4所示。
圖4 對稱面法向X軸
(10)使用同樣的方式，新建兩個Symmetry Region，確定模型的另外兩個對稱面，分別為Y軸法向，如圖5所示，以及Z軸法向，如圖6所示。
圖5 對稱面法向Z軸
圖6 對稱面法向Y軸
(11)右鍵單擊模型樹節點Static Structural，選擇Insert→Force，在模型頂點加載一個豎直向下，即-Y方向的外載荷25N，整體模型中外載荷F=100N，由于使用了對稱模型，外載荷為整體載荷的四分之一，如圖7所示。
圖7 模型外載荷
(12)右鍵單擊模型樹節點Solution，選擇Solve進行計算。
(13)使用Solution→Insert→Directional Deformation，插入一個模型的沿Y方向的變形結果，右鍵點擊Directional Deformation，選擇Evaluate All Results，得到模型沿Y軸方向，即豎直方向的變形量，最大為0.0377mm，位于外載荷加載位置，如圖8所示。
圖8 模型X方向變形
(14)左鍵單擊模型樹節點Symmetry，發現有對稱模型的擴展顯示功能，如圖9所示。
展開 ANSYS中的循環載荷加載，最易理解的案例來了！
本文的主要目的就是展示在ANSYS中循環加載是如何實現的。
計算結果
橡膠塊循環拉伸變形結果（可以看到有四次循環變形）
本文以一個正方形橡膠塊為例說明，橡膠塊如圖約束（約束XY面節點Z自由度，約束XZ面節點Y自由度，約束YZ面節點X自由度）,在側面施加循環載荷。
計算模型示意圖
循環載荷施加正弦形狀的位移載荷，分為4個正弦周期，四個正弦周期載荷幅值分別為0.1，0.2，0.3，0.4，4個周期加載過后，橡膠內部積累的應力釋放。具體定義分為幾個步驟：
步驟一：首先定義4個周期載荷幅值向量。
*DIM,AMPL,ARRAY,4 ! Amplitude Vector Definition
AMPL(1)=0.01
AMPL(2)=0.02
AMPL(3)=0.03
AMPL(4)=0.04
步驟二：定義離散時間加載點
*DIM,SOLTIME,ARRAY,161 ! Time Vector Definition
SOLTIME(1)=0.0
*DO,I,2,161,1
SOLTIME(I)=SOLTIME(I-1)+0.1
*ENDDO
步驟三：計算每個時間點下的位移激勵大小,也就是正弦曲線上的y值大小。
*DIM,BC_X,ARRAY,161 !
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