ansys螺旋建模的案例
ANSYS中螺旋箍筋的建模
ANSYS中螺旋箍筋的建模
近日，有不少同學向水哥咨詢螺旋箍筋的相關問題，今天終于忙里偷閑，得一閑暇下午，趁空與大家分享下ANSYS中螺旋箍筋的建模方法。
螺旋箍筋可以分為矩形螺旋箍筋以及圓環(huán)螺旋箍筋，兩者建模思路一樣，相對來講，圓環(huán)螺旋箍筋建模會稍微比較繁瑣一點，這里水哥就以圓環(huán)螺旋箍筋建模為例，說說其建模方法。
本文案例如下：
某圓柱，直徑1000，長度2550，采用C40混凝土，HRB400鋼筋，配置螺旋箍筋，間距為150，保護層厚度為50，試采用ANSYS建立該柱有限元模型。結(jié)構(gòu)幾何模型如下：
建模思路以及注意的幾個關鍵點：
一、總體建模思路與常見的通過劃分幾何線形成鋼筋單元不同，螺旋鋼筋建模通過節(jié)點建立單元的方式形成鋼筋單元。
二、建模坐標系為柱坐標系。
三、確定每一半圈鋼筋的劃分段數(shù)，并根據(jù)劃分段數(shù)確定整體模型的豎向劃分段數(shù)。
四、定義數(shù)組，通過位置坐標獲取在特定位置處的節(jié)點編號，存入數(shù)組。
五、建立相應的鋼筋單元。
螺旋箍筋的建模需要一定的編程基礎，限于篇幅，本次僅僅羅列出關鍵地方的命令流，并進行一定的講解。
！========
finish
/clear
/prep7
et,1,solid65
et,2,link8
!==========
材料、實常數(shù)定義
!===========
!建立外圈混凝土，并切分出縱筋線
cyl4,,,450,,500,360,2550
wprota,,,90
*do,i,1,10
wprota,,18
vsbw,all
*enddo
wpcsys,-1
!==============
!按照150距離內(nèi)切分為10份的方法切割出輪廓
!
展開 螺旋槳建模
在samcef環(huán)境下，首先分別對葉片及輪轂進行幾何建模，并單獨進行屬性定義及網(wǎng)格劃分，然后分別將他們的sfield文件導入到新項目中進行裝配。
操作視頻：http://pan.baidu.com/s/1o6DTjn0
操作文檔及練習文件：http://pan.baidu.com/s/1eQzqT3O
samcef螺旋槳傳動建模
在之前的建模案例中，已經(jīng)針對梁單元的長軸及螺旋槳進行了建模和零界狀態(tài)分析，形成了含有有限元網(wǎng)格的模型。在本案例中，將會把之前的模型作為次級模型導入，并通過置位，裝配形成一個完整的帶有傳動軸的螺旋槳推動器。通過隱式非線性求解運算，獲得2s內(nèi)的模型瞬態(tài)響應。
通過本案例，可以了解到：
（1）
如何將已有各個次級模型導入形成整體模型；
（2）
如何重新調(diào)整次級模型的位置，包括幾何模型及網(wǎng)格；
（3）
如何更改原有約束并重新設置；
（4）
如何進行隱式非線性求解；
視頻：優(yōu)酷視頻：http://v.youku.com/v_show/id_XOTQ4NzE2NjAw.html
百度網(wǎng)盤：http://pan.baidu.com/s/1c0CnKR2
前期部件分析準備：http://forums.caenet.cn/showtopic.aspx?topicid=623928&typeid=116
展開 Samcef field實例：螺旋槳建模
本例子介紹了螺旋槳的葉片及輪轂建模裝配方法，并進行了模態(tài)分析。
首先分別對葉片及輪轂進行幾何建模，并單獨進行屬性定義及網(wǎng)格劃分，然后分別將他們的sfield文件導入到新項目中進行裝配。
操作視頻：http://pan.baidu.com/s/1o6DTjn0
http://v.youku.com/v_show/id_XOTI3MDI0NTUy.html
操作文檔及練習文件：http://pan.baidu.com/s/1eQzqT3O
展開 
CAESES船用螺旋槳參數(shù)化建模淺析
四、特征參數(shù)曲線的定義
在CAESES中，用來控制螺旋槳徑向參數(shù)主要由特征參數(shù)曲線控制，通過調(diào)整特征參數(shù)曲線，曲線控制參數(shù)的分布規(guī)律，從根部到頂部，X坐標從0-1對應相對半徑位置，Y坐標就是相應參數(shù)的具體數(shù)值，以實現(xiàn)控制螺旋槳幾何的目的。下圖是從0.2r到1.0r的控制曲線示例：
五、螺旋槳葉片幾何的生成
葉面幾何的生成，可以通過generic blade的方式生成螺旋槳的幾何，結(jié)合上述流程，再次總結(jié)
也可以自定義各個r/R位置的二維葉剖面形狀，同過空間轉(zhuǎn)化（一般會用到cylinder transformation）將平面轉(zhuǎn)換到圓柱面，變成三維曲線，，最終使用lofted surface功能生成螺旋槳葉片曲面。
六、螺旋槳專屬格式PFF
CAESES支持一種名為PFF的數(shù)據(jù)格式，通過PFF格式可以導入和導出螺旋槳文件。PFF格式已被船舶和螺旋槳設計公司以及船級社廣泛使用。
導入后，CAESES中會自動生成對應的特征參數(shù)曲線，我們可以根據(jù)設計需要指定新的特征參數(shù)曲線，進而得到新的螺旋槳設計。
使用CAESES進行螺旋槳優(yōu)化的一般步驟，如下參考：
七、螺旋槳的幾何逆向
1）Blade Analysis
CAESES中提供了自帶的blade analysis功能，針對導入的螺旋槳幾何進行自動的逆向分析，自動生成對應的參數(shù)化模型，用戶可以基于生成的參數(shù)化模型進行進一步的分析優(yōu)化工作。需要注意的是blade analysis中，使用NAC66作為默認的剖面形式，這樣某種程度上限制了該工具的應用范圍。
展開 STAR-CCM+運動建模案例：開放水域中的船用螺旋槳
1
問題描述
本教程介紹如何模擬船用螺旋槳在開放水域中的工作過程。螺旋槳置于一個如下所示的虛擬水池中。螺旋槳是一個可變螺距螺旋槳，在前緣和尾緣處的槳轂和螺旋槳葉片之間有一個 0.3 mm 的間隙，在模擬中保持此間隙。使用 MRF 對螺旋槳的旋轉(zhuǎn)建模。本仿真中螺旋槳直徑為0.25m。螺旋槳轉(zhuǎn)速為15 rps。
2
STAR-CCM+設置
（1）在使用MRF 對螺旋槳的運動建模。起始模擬文件包含兩個區(qū)域，一個用于旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，另一個用于靜態(tài)流體域。使用拉伸網(wǎng)格模型來擴展靜態(tài)區(qū)域。
（2）將為旋轉(zhuǎn)區(qū)域及其周圍使用切割體網(wǎng)格生成器網(wǎng)格模型。使用拉伸網(wǎng)格網(wǎng)格生成器網(wǎng)格化軸周圍的靜態(tài)區(qū)域，因為這樣可以最大程度地降低計算成本。本案例采用的網(wǎng)格化策略采用基于零部件的網(wǎng)格化（PBM）方法。這種網(wǎng)格化策略在幾何零部件上執(zhí)行網(wǎng)格操作生成流程；因此，用戶可對輸入零部件進行修改，并通過生成流程將變化傳輸?shù)襟w網(wǎng)格。拉伸網(wǎng)格也是生成流程操作的一部分。右鍵單擊Geometry> Operations節(jié)點，選擇New> Mesh > Automated Mesh，在生成的對話框中，選擇網(wǎng)格重構(gòu)，切割體網(wǎng)格單元，棱柱層網(wǎng)格。
（3）右鍵點擊Operations >Automated Mesh > Custom Controls，選擇New > Surface，Curve Control.對螺旋槳葉片進行細網(wǎng)格細化。
展開 Tcl/Tk與APDL聯(lián)合編程參數(shù)化建模螺旋結(jié)構(gòu)
結(jié)合Tcl/Tk和ANSYS的APDL參數(shù)化語言編寫螺旋結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模程序，程序完成后即可在ANSYS中運行，運行后會彈出編寫好的界面，通過設置其中的幾個參數(shù)即可實現(xiàn)一鍵參數(shù)化建模與分網(wǎng)。
編寫好的界面如下所示，可以對比界面中的示意圖設置其中的幾個尺寸，包括螺旋半徑R，螺距H，圈數(shù)N和螺紋的半徑Rr，設置完后點擊Creat即可快速創(chuàng)建模型。
基于ANSYS Maxwell的平面螺旋型線圈電感仿真分析
二、不含隔磁片的平面螺旋型線圈
本節(jié)將在ANSYS Maxwell的Magnetostatic靜磁場求解器的RZ軸對稱坐標系中，建立圖1(a)中不含隔磁片的平面螺旋型線圈的2D和3D模型。為了對比結(jié)果，2D和3D模型應設置相同大小的求解區(qū)域。
（一）不含隔磁片的平面螺旋型線圈2D模型
本節(jié)將對線圈采用兩種建模方式。第一種采用導線的圓截面對線圈進行建模，第二種將線圈截面用一個矩形進行近似建模，現(xiàn)在對比兩種建模方法的結(jié)果。
第一種建模方式，每一匝導線用一個半徑為0.5mm、 材料為銅的圓形表示，匝間距為0.15mm，建立好的模型如圖2所示。為線圈添加一個高度和寬度均為100mm的求解區(qū)域Region。給每一匝線圈加載激勵電流1A，并設置求解電感矩陣值，Maxwell 2D→Parameters→Assign→Matrix，在彈出的窗口中勾選加載在10個圓截面上的激勵源。設置完畢后，對模型進行分析求解。
在Maxwell 2D→Results→Solution Data窗口中查看求解結(jié)果，以10匝導線的圓截面對平面螺旋線圈進行建模，得到的電感矩陣為一個10×10的電感矩陣，主對角線元素為每匝導線的自感，其他非主對角線元素為各匝導線之間的互感。由于線圈電感L即為每匝導線的自感Li與各匝導線之間互感Mij之和，得出式(2)：
式(2)中，Li為線圈的自感，Mij為第i匝導線與第j匝導線之間的互感。將ANSYS計算的電感矩陣數(shù)據(jù)導入Matlab中，根據(jù)式(2)計算得到的線圈電感值為3.653 2uH。
此外，利用ANSYS Maxwell軟件可以求出整個求解區(qū)域的能量，再通過線圈電感與線圈總能量的關系求出線圈的電感值。
展開 利用 ANSYS Workbench 模擬高斯熱源在圓柱表面螺旋線移動
本案例模擬三個熱源在圓柱表面移動，三個熱源相差120度，螺旋移動，并且到端部后自動往復，主要是采用激光加熱一個圓柱的案例
一、ANSYS Workbench 與 APDL 基礎
ANSYS Workbench 是一款功能強大的工程仿真平臺，它提供了直觀的圖形用戶界面（GUI），使用戶能夠方便地進行建模、分析和后處理等操作。而 APDL（ANSYS Parametric Design Language）則是一種基于命令流的編程語言，具有更高的靈活性和定制性。
兩者在很多方面存在區(qū)別。Workbench 側(cè)重于可視化操作，對于初學者較為友好，能夠通過拖拽等方式快速搭建分析流程。APDL 則需要用戶熟悉命令語句和語法規(guī)則，但可以實現(xiàn)復雜的參數(shù)化建模和自動化分析。APDL 的主要優(yōu)勢在于可以通過編程實現(xiàn)重復操作的自動化，能夠?qū)δＰ瓦M行參數(shù)化控制，從而快速進行設計優(yōu)化和敏感性分析。
ANSYS Workbench 和 APDL 各有其特點和優(yōu)勢，用戶可以根據(jù)具體的需求和使用場景選擇合適的工具來進行工程仿真分析。
二、圓柱表面螺旋線的數(shù)學模型
圓柱表面螺旋線可以通過以下參數(shù)方程來表示：
X=Rcos(t）
Y=Rsin(t）
Z=v(t）
在實際應用中，圓柱表面螺旋線有著廣泛的用途。例如，在機械制造中，螺旋狀的零件如彈簧的設計就會用到圓柱表面螺旋線的數(shù)學模型。通過精確控制參數(shù)，可以設計出符合特定性能要求的彈簧。
三、高斯熱源的原理與特點
工作原理
高斯熱源是一種在熱分析中常用的熱源模型，其工作原理基于高斯分布函數(shù)。
展開 基于Ansys Workbench的三葉螺旋槳雙向流固耦合分析
在飛行器推進家族中，螺旋槳推進系統(tǒng)是一大分支，例如AG600和C-130運輸機使用螺旋槳作為動力裝置。而隨著飛行器設計要求的不斷提高，特別是在輕量化設計中，需盡量減輕飛行器自重，增加有效載荷。因此目前多使用質(zhì)量小的復材或輕質(zhì)合金作為螺旋槳制造原料。隨之而來的問題是，這種新型材料的剛度較低，高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的變形會影響螺旋槳的推進效果，因此有必要考慮輕質(zhì)螺旋槳的流固耦合效應。基于以上，本文以Ansys Workbench為平臺，集成Fluent、Transient Structural和System Coupling對某直徑為8m的三葉螺旋槳進行了雙向流固耦合分析，對關鍵步驟給出了詳細說明。
FSI.pdf
展開 現(xiàn)場公開課 | Ansys空氣螺旋槳設計、仿真與優(yōu)化專題
本次培訓包含了空氣螺旋槳設計理論、翼型氣動理論及氣動計算、槳葉的建模、氣動性能、氣動噪聲和流固耦合的數(shù)值計算及優(yōu)化設計的完整流程。
一、培訓目標
1.掌握空氣螺旋槳流體設計、數(shù)值計算驗證、優(yōu)化的完整流程;
2.掌握空氣螺旋槳的數(shù)值計算驗證技術；
3.掌握空氣螺旋槳氣動噪聲、流固耦合等高級仿真技術；
4.可成為獨立軸流旋轉(zhuǎn)機械設計或仿真工程師，如風機、壓氣機、渦輪、泵等。
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ANSYS網(wǎng)絡研討會——利用ANSYS Fluent進行發(fā)動機艙熱建模
ANSYS Fluent中包含的不同子模型可用于進行上述各類仿真。本網(wǎng)絡研討會將簡要介紹模型和最新程序。在研討會結(jié)束前，ANSYS專家還將一一解答您的提問。
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利用ANSYS Fluent進行發(fā)動機艙熱建模
ANSYS APDL斜拉橋精細化建模與仿真分析案例 ￥39.9
模型簡介
圖1-1 Ansys斜拉橋全橋模型
圖1-2 恒載位移情況（mm）
圖1-3 索力提取（N）
本案例提供了一套基于ANSYS APDL的斜拉橋全參數(shù)化建模與仿真分析解決方案，涵蓋主梁、索塔及斜拉索的模擬，適用于橋梁工程領域的結(jié)構(gòu)分析、索力優(yōu)化及二次開發(fā)需求。模型采用經(jīng)典單元類型（Beam188、Link180），跨徑布置為100m+220m+100m，包含完整的命令流文件（.mac）與模型數(shù)據(jù)庫文件（.cdb），用戶可直接運行或基于現(xiàn)有框架快速擴展功能。
1.2. 核心內(nèi)容與文件說明
1.2.1. 模型文件
stayedCableBridge.cdb：已生成的有限元模型數(shù)據(jù)庫，包含幾何、單元、材料及邊界條件定義，可直接導入ANSYS進行求解或后處理。【也可以直接接入到命令界面進行修改】
Stayed Cable Bridge.mac：模型分析的APDL命令流腳本，含求解及后處理等關鍵步驟包括。
1.2.2. 模型特點
單元類型科學選擇：
Beam188：適用于主梁與索塔的彎曲-剪切耦合分析，支持自定義截面形狀；
Link180：模擬斜拉索的索-梁/塔錨固行為，可通過初應變法實現(xiàn)索力精準控制。
可通過節(jié)點坐標的修改進行：
參數(shù)化設計：跨徑、塔高、索面布置等關鍵參數(shù)可快速修改，適應不同橋型需求。
非線性兼容性：支持幾何非線性分析（如大位移、索松弛），為復雜工況提供可靠依據(jù)。
案例優(yōu)勢與應用場景
1.2.3.
展開 超大跨懸索橋 ANSYS 建模案例 ￥49.9
本案例基于 ANSYS APDL 平臺，采用魚骨梁建模思路，結(jié)合 BEAM188 與 LINK180 元素的特性，構(gòu)建了一個精細、穩(wěn)定、可擴展的懸索橋仿真模型案例。該模型提供了一個開箱即用、萬變不離其宗的基礎案例。主纜精細化找形筆者也開發(fā)了一個單獨的軟件，有興趣的可以私信一起討論。
