ansys 空心圓柱
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys 空心圓柱的實例教程
空心杯電機本體仿真
定子繞組建模是空心杯電機仿真的關鍵
空心杯線圈UDP
-Maxwell內嵌的空心杯線圈CupCoil UDP能夠快速輕松的建立線圈的全參數化幾何模型
-后續可以簡單的對線圈的直邊長、節距等設計參數進行參數和優化分析
空心杯電機繞組建模
-按如下參數生成空心杯電機的單個繞組
-沿Z軸復制生成六個繞組
生成空心杯電機完成模型
-外部輸入或直接在Maxwell內部建立電機定子、轉子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機模型，并賦予相應的材料特性。
空心杯電機3D模型仿真
-外部輸入或直接在Maxwell內部建立電機定子、轉子、永磁體模型，裝配成完整的空心杯電機模型，并賦予相應的材料特性。
-把3D模型沿Z軸切割，可得如下空心杯2D模型，設置合適的模型深度和等效材料特性，并對繞組重新進行分相后，也可以仿真空心杯電機的特性，仿真速度遠快于3D模型。
空心杯電機等效電路模型提取
采用對有限元模型的定子電流和轉子位置進行遍歷的方式，基于高精度的有限元仿真提取出空心杯電機的精確等效電路模型，然后可在TwinBuilder中利用該等效電路模型搭建外部的控制電路和控制算法，從而既保證仿真精度，又保證仿真速度。
-把繞組的激勵類型設置為外部External，并設置繞組初始電流為0。
-插入一個Maxwell外電路激勵。
展開 問題：
仿真過程中有時會遇到要求提取圓柱面在受力變形后的圓柱度。若此時圓柱面有剛體偏移等，就無法直接在workbench界面中通過創建圓柱坐標系而讀取圓柱度信息。
解決方案：
通過apdl后處理命令，提取待評估圓柱面的幾何信息和變形信息。利用matlab強大的優化計算功能，評估圓柱面在變形后的圓柱度。
matlab評估圓柱度大致過程為，根據圓柱面節點，確定中心軸線，測量每個節點到中心軸線的距離，獲得最大、最小距離差，即為圓柱度。
? 依據初始圓柱面確定中心點O，作為圓柱面的初始中心點；
? 以中心點O，計算O點到壁面的最小距離點A；
? 參考O、A點篩選合適的點B，要求點B盡可能在圓柱面軸線垂直的法平面附近，且∠BOA近似90°；（要求圓柱面圓周方向大于25個節點，軸向大于20層節點）
? 以O、A、B三個點為平面，提取法向向量，作為圓柱面的初始軸線；
? 根據初始中心點和初始軸線，結合圓柱度定義，構建目標函數；
? 利用matlab的優化極值功能，優化和中心點和軸線方向，使得目標函數獲得極小值。此時中心點和軸線方向即為變形后所有節點的理想圓柱中心線；
操作方法：
首先，需要利用APDL后處理命令，在仿真模型計算后，提取待評估圓柱面的幾何信息和變形信息。
1、 在named Selection中選擇要評估的圓柱面，并命名為cyFace1、cyFace2、cyFace3…等。每個圓柱面單獨命名。
2、 在求解Solution下插入Command命令，將附錄1的APDL命令復制進來。并根據上一步補創建的cyFace數量，在command的屬性欄ARG1內，填寫數值。
3、 求解計算。計算完成后會在對應的目錄文件夾下生產cyFace#.txt文檔。
展開 圓柱柱體的變形形狀如圖4所示。最大穩定化能量隨時間的值為1.9×1041.9×104mJ，僅占最大應變能6.1×1056.1×105 mJ的2.9%。反力-時間曲線（圖 5）顯示了峰值力的大小，該峰值對應于屈曲載荷。
圖 4. 圓柱柱體的屈曲形狀
圖 5. 反力-時間曲線
總結
本模擬通過圓柱柱體局部屈曲分析，說明了如何向初始幾何引入缺陷。這種缺陷量對于使模型在數值上發生屈曲是必要的。使用非線性穩定化是為了在屈曲點處實現收斂。
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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別。Workbench 側重于可視化操作，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則，但可以實現復雜的參數化建模和自動化分析。APDL 的主要優勢在于可以通過編程實現重復操作的自動化，能夠對模型進行參數化控制，從而快速進行設計優化和敏感性分析。
ANSYS Workbench 和 APDL 各有其特點和優勢，用戶可以根據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學模型
圓柱表面螺旋線可以通過以下參數方程來表示：
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學模型。通過精確控制參數，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。
展開 接觸理論指出：接觸表面上所承受的壓應力是處處不同的，其分部呈半橢圓柱形。初始接觸線處壓應力最大，以此最大壓應力代表兩零件間接觸受力后的應力。
赫茲公式也是基于一定的假設，其作出的假設如下：
用a表示接觸區的有效尺寸，用ρ表示曲率半徑，用R表示每個物體的有效半徑，用l表示物體橫向和深度兩方面的有效尺寸，則赫茲理論中做出的假設可以簡單表述成：
1. 表面都是連續的，并且是非協調的：a〈〈 ρ；
2. 接觸尺寸遠小于接觸物體尺寸；
3. 小應變；
4. 每個接觸物體都是線彈性的，服從胡克定律；
5. 接觸物體間摩擦力為0。
為了對赫茲公式的計算結果和ANSYS的計算結果進行對比，我們選擇以兩橫截面直徑為100mm、b為100mm，
泊松比為0.3、彈性模量為200Gpa的
長圓柱體為例，假設外載F=20kN，分別基于
赫茲公式和
ANSYS軟件計算一下接觸面面半寬和最大接觸應力：
一、基于赫茲公式的計算：
為了計算方便，此處筆者將赫茲公式編制成了一個簡單的Python小程序，代碼及計算結果如下：
根據計算結果我們發現，該問題中兩物體的接觸面半寬為0.2407mm，遠小于接觸物體的結構尺寸，因此
符合赫茲公式的假設。
二、基于ANSYS軟件的計算：
使用ANSYS求解該問題時，我們從以下幾個方面入手：
1. 確定分析類型：根據例題所示結構，確定分析類型為
靜力學分析；
2. 確定單元類型：
兩長圓柱體的分析計算，為了降低計算量，可使用1/4的平面應變模型計算（具體選用規則請看本公眾號
《ANSYS與材料力學之軸向拉伸和壓縮（二）》
）。
展開 
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本文展示了環肋圓柱體的非線性屈曲分析模擬。該問題說明了如何進行線性特征值屈曲分析，以便為數值模型引入初始缺陷。之所以需要引入幾何缺陷，是因為對于完美對稱的問題，數值上不會出現非對稱屈曲。
目標
熟悉線性特征值屈曲分析
熟悉非線性屈曲分析
步驟
靜力結構分析
1、創建一個靜力結構分析系統。
2、定義鋁合金材料。該鋁材的楊氏模量為71000MPa，泊松比為
問題：
在有限元仿真中有時需要提取某些結構的扭轉角度。Ansys workbench的結果后處理中可以設定圓柱坐標系，然后按圓柱坐標讀取Y軸的變形結果，再進行扭轉角度的換算。
本文這里將該過程利用APDL命令進行處理，避免一下步驟重復操作。
? 每次要單獨記錄變形量，
? 還要測量關鍵節點到坐標系原點的距離，
? 將變形量和距離進行角度換算（弧度）
? 弧度角轉角度
問題：
仿真過程中有時會遇到要求提取圓柱面在受力變形后的圓柱度。若此時圓柱面有剛體偏移等，就無法直接在workbench界面中通過創建圓柱坐標系而讀取圓柱度信息。
解決方案：
通過apdl后處理命令，提取待評估圓柱面的幾何信息和變形信息。利用matlab強大的優化計算功能，評估圓柱面在變形后的圓柱度。
matlab評估圓柱度大致過程為，根據圓柱面節點，確定中心軸線，測量每個節點到中心軸線的距離
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
空心杯電機本體仿真
定子繞組建模是空心杯電機仿真的關鍵
空心杯線圈UDP
-Maxwell內嵌的空心杯線圈CupCoil UDP能夠快速輕松的建立線圈的全參數化幾何模型
-后續可以簡單的對線圈的直邊長、節距等設計參數進行參數和優化分析
空心杯電機繞組建模
-按如下參數生成空心杯電機的單個繞組
/filname,cylindrical shell
/prep7
et,1,shell181
!定義實常數
r=4787.135539 !圓柱殼半徑
L=20000 !艙段長度
t=30 !殼板厚度
關注公眾號：“CAE之道”，享受專屬答疑服務，精彩文章不錯過。
1882年，年僅25歲的德國天才物理學家赫茲發表了關于接觸力學的著名文章《關于彈性固體的接觸（On the contact of elastic solids）》，系統地闡述了兩物體之間接觸面上所傳遞的壓力分布，以及它所引起的垂直于接觸面的彈性位移在接觸區內、外的關系。另外，赫茲在這篇論文中提出了有關彈性體接觸的理論公式——赫茲公式
ansys 如何添加圓柱面上小部分小角度的徑向均布載荷，也就是說在圓柱面上的一小段，比如說120mm的圓柱，在其中間60mm的一段上，60度的扇形面上添加均布的徑向載荷？
