ansys 邊界對稱約束
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys 邊界對稱約束的實例教程
對于三維實體，往往會遇到取對稱單元開展計算的情況。我們需要對實體設置邊界，此外在做結果顯示的時候也希望能對結果進行顯示，能完整顯示實體的結果云圖，而非對稱單元的結果云圖。以下操作基于Workbench進行。
首先對Workbench進行設置。Workbench暫時默認無法對模型進行擴展顯示，如果需要擴展顯示整體模型，還需進行手動設置。打開Workbench，在主界面中依次選擇工具(Tool)->選項(Option)->外觀(Appearance)，勾選試用版選項(Beta Options)的復選框，如圖 1所示。
圖 1 在Workbench中打開對稱擴展顯示設置操作
1 鏡像對稱設置及結果擴展顯示
對于鏡像對稱實體，現有案例如圖 2所示。該模型由兩個同軸同高的半圓筒組成。
圖 2 鏡像對稱實體案例
首先設置對稱邊界。從Workbench進入mechanical界面。項目樹中默認不顯示對稱邊界選項，需要手動添加。點擊項目樹中的“模型”起始級，再點擊功能區中的“模型->對稱”，添加對稱邊界選項。界面操作如圖 3所示。
圖 3 Workbench Mechanical添加對稱邊界選項
添加對稱類型。本案例是鏡像對稱實體，需要添加對稱區域（鏡像對稱）。點擊項目樹中的“對稱”，在功能區中點擊“對稱區域”添加。界面操作如圖 4所示。
圖 4 Workbench Mechanical添加對稱區域操作
添加對稱邊界。點擊項目樹中的“模型->對稱->對稱區域”，在詳細信息框中進行詳細設置。選擇對稱面，選擇一個或多個在同一對稱面上的平面特征即可。
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在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進行網格劃分。
圖 1.
在數字孿生、AI 與新能源革命的驅動下，Adams 將持續迭代升級，拓展應用邊界，未來市場前景廣闊，是工業仿真領域的 “黃金引擎”。
創建一個遠程點，剛性約束頂面的運動。使用 “多區域” 網格劃分方法對各部件劃分網格。
5、分析設置與邊界條件：固定阻尼器底面，對遠程點施加 20000N 的水平力。假設工作載荷頻率在 1000Hz 至 1250Hz 之間，將響應頻率設置為 500Hz 至 1500Hz，并添加 0.02 的阻尼系數。
6、運行仿真并查看結果：請求頂面的 X 向位移頻響曲線。
先進的拓撲優化軟件可以添加拔模方向、對稱性、最小尺寸等制造約束。
四、總結
基于多工況加權柔度響應的拓撲優化是汽車控制臂輕量化設計的強大工具。它通過一個系統的、數學驅動的過程，幫助工程師從無到有地發現既滿足多種性能要求又極致輕量化的創新結構方案，是現代CAE驅動設計（CAE-Driven Design）的典范。
圖4 流體壓強分布和流速分布云圖
(a) V≤0.3 (b) V≤0.5
圖5 不同閾值下的優化截面輪廓
由上圖可以看出，在僅考慮流體荷載的條件下，優化后的結構基本呈左右對稱的U形分布， 隨著體積閾值的增大，優化后結構不斷呈向四周擴散的趨勢。
【注】本次模型設置較為復雜，其中層流區域和約束區域的選擇尤為重要，文中并未展示完全的技巧。
O型圈軸對稱橫截面示意圖
4、將材料賦予幾何模型。
5、對幾何模型進行網格劃分，采用多區域法。
6、定義分析設置并指定邊界條件。固定底部部件，并將頂部部件向下移動2毫米（圖2）。在O型圈與其他兩個部件之間定義接觸。開啟大變形選項，并定義至少50個子步以確保收斂。
圖2. 邊界條件
7、運行仿真并查看結果。
</span></p><p><br></p><p>導入模型，并抑制一半的對稱部分。抑制后半部分模型如圖 1 所示。
邊界條件參照ASTM標準設置，即在 125 mm × 75 mm 矩形框內支撐試件，僅約束面內平移自由度，不約束法向。插件的邊界建模即復現了這一試驗構型。
、Nastran 各自求解后對比偏差
守恒性檢驗
質量/動量/能量守恒殘差監控
驗證數值解在全局上滿足基本物理守恒律
對稱性/伽利略不變性檢驗
對稱邊界條件下的解對稱性檢查
排除網格畸變或算法引入的非物理偏差
05 結語
在 Ansys Workbench 中，雖然沒有直接名為“全局方程”的模塊來求解這種“已知位移反求載荷”的問題，但通過 “位移約束 + 探針提取反力” 這一組合，我們可以更直觀地獲得等效結果。
