ansys曲面節(jié)點(diǎn)的案例
Ansys Zemax | 確保自由曲面設(shè)計(jì)的可制造性
本文專門介紹使用單點(diǎn)金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù)，解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外，還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進(jìn)行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進(jìn)行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來(lái)加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機(jī)（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側(cè)面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應(yīng)的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對(duì)而言，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱表面子午斜率對(duì)于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個(gè)參數(shù)是 “弧矢斜率” 角度。當(dāng)我們?cè)谌S金剛石車床上加工自由曲面時(shí)，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來(lái)回移動(dòng)，以加工非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個(gè)圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準(zhǔn)確地說(shuō)，刀具在表面上產(chǎn)生螺旋軌跡，但螺旋的步長(zhǎng)非常小，在大多數(shù)情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對(duì)于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個(gè)方向測(cè)量斜率
有時(shí)，從加工的角度來(lái)看，將工件放置在平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來(lái)幾乎是直線。在這種情況下，我們應(yīng)該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
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此圖將曲面的子午、弧矢、x 和 y 曲率顯示為 2D 彩色、等高線圖或 3D 曲面圖（請(qǐng)參閱 OpticStudio 用戶手冊(cè)了解更多詳情）。局部半徑和曲率之間的關(guān)系很簡(jiǎn)單：
曲率半徑 = 1 / 曲率
通常，刀具的尖端半徑和切削邊緣半徑明顯小于光學(xué)表面的局部半徑，因此在大多數(shù)情況下，我們不必在優(yōu)化過(guò)程中控制它。但在某些復(fù)雜形狀表面的特殊情況下可能需要它。在優(yōu)化的最后階段檢查自由曲面的局部曲率半徑是一種很好的做法，可以確保所選的刀頭沒(méi)有問(wèn)題。
圖10.
Ansys Zemax | 利用 TrueFreeForm 面進(jìn)行網(wǎng)格自由曲面的優(yōu)化
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展開 Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進(jìn)行設(shè)計(jì)
Bajuk，“自由曲面光學(xué)的實(shí)際實(shí)例”，載于《可再生能源與環(huán)境》，OSA 技術(shù)文摘（在線）（美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)，2013 年），論文 FT3B.2。
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展開 
ANSYS中單元解、節(jié)點(diǎn)解以及節(jié)點(diǎn)單元解的概念解析
理論上，任何結(jié)構(gòu)任何位置處的應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)該都是連續(xù)的，而上面所說(shuō)的單元應(yīng)力應(yīng)變解并不連續(xù)，因而就出現(xiàn)了另外一個(gè)解，我個(gè)人稱之為節(jié)點(diǎn)單元解，它是單元解在公共節(jié)點(diǎn)上應(yīng)力應(yīng)變值的平均值，通過(guò)平均化就使得公共節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力應(yīng)變值變得唯一，但這樣會(huì)帶來(lái)另外一個(gè)問(wèn)題，就是節(jié)點(diǎn)單元解和節(jié)點(diǎn)有關(guān)，也即是和單元數(shù)目有關(guān)。在某些情況下，可能會(huì)由于網(wǎng)格劃分的影響，導(dǎo)致畸變較大。
總結(jié)起來(lái)，三個(gè)解的概念如下：
節(jié)點(diǎn)解：節(jié)點(diǎn)位移解，原始解，最為精確的解；
單元解：?jiǎn)卧膽?yīng)力應(yīng)變，派生解，通過(guò)節(jié)點(diǎn)解推導(dǎo)得到；
節(jié)點(diǎn)單元解：節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變，派生解的平均化顯示。
祝好
ANSYS結(jié)構(gòu)院
2017.12.25
展開 基于ANSYS/LS-DYNA曲面手機(jī)玻璃的拋光仿真分析
有限元學(xué)科作為一種新興的專業(yè)軟件分析技術(shù)，分析數(shù)學(xué)，材料力學(xué)，特別是數(shù)字信息技術(shù)的快速發(fā)展極大地推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)和學(xué)科進(jìn)步，本文基于ANSYS有限元顯式動(dòng)力分析軟件，模擬拋光時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，改變聚氨酯材料拋光絲的彈性模量進(jìn)行多次仿真計(jì)算，分析不同彈性模量的聚氨酯拋光絲對(duì)拋光時(shí)玻璃表面應(yīng)力和波動(dòng)率的影響大小。
模擬仿真時(shí)應(yīng)該注意對(duì)時(shí)步和對(duì)沙漏的控制，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)沙漏模態(tài)，以確保模擬的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率；網(wǎng)格劃分一般分為四面體和六面體網(wǎng)格，系統(tǒng)一般會(huì)優(yōu)先選擇四面體網(wǎng)格；材料模型的選擇上，本次仿真模擬拋光過(guò)程所用的材料是通過(guò)選擇LS-DYNA的本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上修改其中所需參數(shù)來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算的主要參數(shù)見表1。
表1 材料參數(shù)
本文主要從對(duì)比不同彈性模量的聚氨酯與玻璃拋光摩擦?xí)r玻璃受到的力學(xué)變化分析，并且根據(jù)分析后的變化進(jìn)一步分析單元的等效應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D。下圖為4個(gè)運(yùn)動(dòng)應(yīng)力變化分別在2 ms、10 ms和20 ms和40 ms的情況下的云圖。
圖1 不同時(shí)刻的應(yīng)力云圖
拋光絲的波動(dòng)率變化，拋光絲在Z軸方向的位移量會(huì)導(dǎo)致表面應(yīng)力發(fā)生大的變化，工件表面的壓力不穩(wěn)定會(huì)進(jìn)一步影響整個(gè)工件表面的平整度，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下會(huì)使工件產(chǎn)生脆性斷裂，因?yàn)榫郯滨伖饨z是一種彈性體，這就要求在選擇材料的時(shí)候不一定彈性模量越高越好，同時(shí)還要考慮其波動(dòng)率。
圖2 10 MPa下Z軸速度變化
圖3 20 MPa下Z軸速度變化
圖4 30 MPa下Z軸速度變化
圖5 40 MPa下Z軸速度變化
由折線圖可以較為明顯地看出彈性模量在10 MPa和40 MPa情況下波動(dòng)要大于彈性模量20 MPa和30 MPa。
展開 Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進(jìn)行設(shè)計(jì)
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在OpticStusio的序列和非序列模式中，我們可以使用各式的工具進(jìn)行自由曲面的光學(xué)設(shè)計(jì)。本文中，我們提供了一個(gè)以切比雪夫多項(xiàng)式表面（Chebyshev Polynomial surface）設(shè)計(jì)出離軸拋物面的范例，且此系統(tǒng)是在系列模式中進(jìn)行設(shè)計(jì)的。另外，在OpticStudio的序列模式中有超過(guò)20種自由曲面供選擇，本文將提到鏡頭數(shù)據(jù)編輯器（Lens Data Editor）中一些好用的篩選功能，可以協(xié)助設(shè)計(jì)者根據(jù)不同的應(yīng)用決定適合的自由曲面。
簡(jiǎn)介
相較于傳統(tǒng)的球形光學(xué)原件，自由曲面是一種復(fù)雜、且擁有更大設(shè)計(jì)自由度的表面。雖然在制程上較為困難，但自由曲面的使用可以大幅的減少系統(tǒng)的體積。自由曲面可被應(yīng)用在各式不同的領(lǐng)域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠(yuǎn)鏡等的設(shè)計(jì)中，早已可見自由曲面的蹤跡。
OpticStudio提供了許多好用的功能，供用戶在序列和非序列模式中進(jìn)行自由曲面的設(shè)計(jì)。這篇文章，我們會(huì)在序列模式中以切比雪夫多項(xiàng)式表面設(shè)計(jì)出離軸拋物面。同時(shí)，我們還會(huì)討論如何快速的針對(duì)不同系統(tǒng)找出適合的自由曲面種類。
切比雪夫多項(xiàng)式表面(Chebyshev Polynomial surface)
在眾多OpticStudio的自由曲面選擇中，唯獨(dú)此表面是由切比雪夫多項(xiàng)式 （Chebyshev Polynomial）所定義的。這種類型的多項(xiàng)式的項(xiàng)次在歸一化方形孔徑上彼此正交，代表構(gòu)成表面幾何形狀的系數(shù)呈線性獨(dú)立。如此一來(lái)，當(dāng)我們對(duì)表面的幾何關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，將不再受到局部最小值（local minima）的限制。與非球面的系統(tǒng)相比，自由曲面的設(shè)計(jì)過(guò)程可因此而變得更直觀。此外，切比雪夫多項(xiàng)式是由卡氏坐標(biāo)推導(dǎo)出的，而多數(shù)的多項(xiàng)式自由曲面則用于描述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)。
展開 ANSYS中單元解、節(jié)點(diǎn)解以及節(jié)點(diǎn)單元解該怎么理解
總結(jié)起來(lái)，三個(gè)解的概念如下：
節(jié)點(diǎn)解：節(jié)點(diǎn)位移解，原始解，最為精確的解；
單元解：?jiǎn)卧膽?yīng)力應(yīng)變，派生解，通過(guò)節(jié)點(diǎn)解推導(dǎo)得到；
節(jié)點(diǎn)單元解：節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變，派生解的平均化顯示。
來(lái)源：ANSYS學(xué)習(xí)與應(yīng)用
ansys中的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力
我想知道ansys中的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力是如何得到的？因?yàn)槔碚撋现v應(yīng)力應(yīng)該是針對(duì)微元體來(lái)講的，單純的節(jié)點(diǎn)是不存在應(yīng)力的，那么ansys中結(jié)果所提供的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力是怎樣得到的？與單元表所顯示的應(yīng)力往往存在較大差別，那實(shí)際進(jìn)行強(qiáng)度分析的時(shí)候應(yīng)該以哪個(gè)為準(zhǔn)呢？
ansys導(dǎo)入節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù) 附80多種ANSYS常用材料的參數(shù)文件下載
有時(shí)候，再用ansys做一些復(fù)雜的模型分析時(shí)候（如：桁架，拱形架，繩網(wǎng)等），因?yàn)槠淠Ｐ蛿?shù)量很多，模型空間位置相對(duì)復(fù)雜，采用apdl語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)可能比較繁瑣或者會(huì)遇到調(diào)試方面的不便。所以，我們可以用數(shù)據(jù)處理功能更為強(qiáng)大的matlab或者c++進(jìn)行編程，將節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)直接導(dǎo)入到ansys中進(jìn)行分析。
matlab可用如下格式導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)：
接下來(lái)，采用apdl語(yǔ)言定義存放數(shù)據(jù)的數(shù)組：（如下圖）注意：（3F5.2要和matlab的fprintf中%5.2f對(duì)應(yīng)）
將存放數(shù)組的.txt文件與坐標(biāo).txt放在工作目錄下：
在菜單中選擇file——read to file——選擇“wang.txt”，程序自動(dòng)搜索到存放在nn.txt的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
接下來(lái)，我們就可以在數(shù)組文件中看到導(dǎo)入的數(shù)據(jù)了：
下載地址：80多種ANSYS常用材料的參數(shù)文件
展開 ANSYS如何提取某一節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)程 ￥100
那么如何提取某一個(gè)節(jié)點(diǎn)的von Mises stress呢？
首先明確ANSYS的節(jié)點(diǎn)附加在單元上，可以通過(guò)選擇單元上節(jié)點(diǎn)的方法提取節(jié)點(diǎn)應(yīng)力。
1 確定節(jié)點(diǎn)所在單元，顯示節(jié)點(diǎn)編號(hào)。
例單元號(hào)8560，節(jié)點(diǎn)號(hào)8678。
2 進(jìn)入TimeHist Postpro, 定義變量。
3變量顯示。
付費(fèi)內(nèi)容為相關(guān)命令流。
ansys導(dǎo)入外部節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的方法 ￥4.9
用ANSYS做一些復(fù)雜的模型分析時(shí)候（如：桁架，拱形架，網(wǎng)架等），{網(wǎng)架模型如下（引自《空間鋼結(jié)構(gòu)APDL參數(shù)化計(jì)算與分析》，P122）}
因?yàn)檫@種模型組成的單元數(shù)量很多，模型空間位置相對(duì)復(fù)雜，采用apdl語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)可能比較繁瑣或者會(huì)遇到調(diào)試方面的不便（具體APDL程序可參考上書）。所以，我們可以用數(shù)據(jù)處理功能更為強(qiáng)大的matlab或者c++進(jìn)行編程，將節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)直接導(dǎo)入到ansys中構(gòu)建出幾何模型/網(wǎng)格模型。以下是引用另篇論文（因整理時(shí)間過(guò)早，具體出處丟失）對(duì)我上述過(guò)程的補(bǔ)充。
類似的，若定義出節(jié)點(diǎn)關(guān)系、單元連接關(guān)系在ABAQUS中也可以直接編寫inp文件，inp文件本身并沒(méi)有ANSYS中數(shù)據(jù)傳遞格式上的麻煩，但是本身自帶的二維線性單元可能并沒(méi)有ANSYS或LSDYNA好用（如ABAQUS的beam單元、truss,而ANSYS中BEAM4,LINK8,LINK167等），各有利弊。
展開 ANSYS Workbench模型對(duì)稱簡(jiǎn)化計(jì)算及節(jié)點(diǎn)結(jié)果導(dǎo)出方法
圖1 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型
0
2
分析流程
(1)啟動(dòng)ANSYS Workbench，加載Static Structurall結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模塊。
(2)右鍵單擊A3單元格，選擇彈出菜單項(xiàng)Import Geometry→Browse...，彈出文件選擇對(duì)話框，選擇幾何模型文件ex1-4\ex1-4.stp。（案例文件下載地址見文章底部）
(3)雙擊A4單元格進(jìn)入結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模塊。
(4)模型為整體的八分之一模型，殼單元，確定殼單元的厚度為2mm，模型使用默認(rèn)材料，如圖2所示。
圖2 殼單元厚度
(5)單擊模型樹節(jié)點(diǎn)Mesh，在Details of Mesh中確定模型單元長(zhǎng)度為5mm。
(6)右鍵單擊模型樹節(jié)點(diǎn)Mesh，單擊彈出菜單項(xiàng)Generate Mesh生成模型網(wǎng)格，如圖3所示。
圖3 模型網(wǎng)格劃分
(7)右鍵單擊模型樹節(jié)點(diǎn)Model，選擇Insert→Symmetry，插入一個(gè)對(duì)稱工具。
展開 如何正確理解ANSYS的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系
節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系用以確定節(jié)點(diǎn)的每個(gè)自由度的方向，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有其自己的坐標(biāo)系， 在缺省狀態(tài)下，不管用戶在什么坐標(biāo)系下建立的有限元模型，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系都是與總 體笛卡爾坐標(biāo)系平行。有限元分析中的很多相關(guān)量都是在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下解釋的，這些量包括：
輸入數(shù)據(jù)：
1 自由度常數(shù)
2 力
3 主自由度
4 耦合節(jié)點(diǎn)
5 約束方程等
輸出數(shù)據(jù)：
1 節(jié)點(diǎn)自由度結(jié)果
2 節(jié)點(diǎn)載荷
3 反作用載荷等
但實(shí)際情況是，在很多分析中，自由度的方向并不總是與總體笛卡爾坐標(biāo)系平行，比如有時(shí)需要用柱坐標(biāo)系、有時(shí)需要用球坐標(biāo)系等等，這些情況下，可以利用ANSYS的“旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系”的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的變化，使其變換到我們需要的坐標(biāo)系下。具體操作可參見ANSYS聯(lián)機(jī)幫助手冊(cè)中的“分析過(guò)程指導(dǎo)手冊(cè)->建模與分網(wǎng)指南->坐標(biāo)系->節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系”中說(shuō)明的步驟實(shí)現(xiàn)。
展開 ANSYS使用APDL語(yǔ)言提取節(jié)點(diǎn)編號(hào)及對(duì)應(yīng)坐標(biāo) ￥10
首先選取好你想選取的節(jié)點(diǎn)
NSEL,S,…………………..
然后使用*vget讀取節(jié)點(diǎn)編號(hào)及相應(yīng)坐標(biāo)
*Get,nnod,NODE,0,COUNT
*vget,nl,node,,nlist !得到表面節(jié)點(diǎn)編號(hào)
*vget,locx,node,,loc,x
…………………….
*DIM,locx1,array,nnod,1 !定義一個(gè)數(shù)組，其為nnod行1列
………………………….
要注意，這里面得到的nl是從小到大排列的，只包含一部分節(jié)點(diǎn)，而我們得到的locx卻是所有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，所以我們還需要定義一個(gè)locx1，再用一個(gè)循環(huán)把你想選擇的節(jié)點(diǎn)編號(hào)和其坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。具體的關(guān)系從下面的圖可以看出。
*DO, j,1,nnod,1
locx1(j)=locx(nl(j)) !節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)
…………………………….
*ENDDO
這時(shí)我們就已經(jīng)得到了想選取的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)及對(duì)應(yīng)編號(hào)，此時(shí)我們需要運(yùn)行一個(gè)Output.mac文件，把得到的數(shù)組輸出。
Output.mac 中包含的內(nèi)容
!----------------------------------!
*cfopen,node_number.dat, ! Generate Ist File
*vwrite,nl(1)
(1F6.0)
*cfclos
*cfopen,node_locx.dat,
*vwrite,locx1(1)
(1E15.6)
*cfclos
………………….剩下的按照同樣格式寫
!----------------------------------!
最后得到的txt文件的內(nèi)容分別如下：
展開 