ansys箱涵模擬
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys箱涵模擬的實例教程
基于ANSYS的箱涵結構二次開發
近期有不少同學咨詢我二次開發的問題，其實對于二次開發，這個問題太大，本人也不盡了解，復雜的二次開發涉及到多種語言的配合使用。但由于ANSYS本身APDL語言的強烈優勢，對于某些簡單的結構，可僅僅通過本身的語言優勢進行相應的二次開發。
恰巧，本人的工作經常與箱涵結構打交道，傳統上，箱涵結構采用MIDAS GTS 或者理正巖土工具箱進行計算。無奈，本人實在受不了理正糟糕的結果顯示，GTS建模的重復性、低效率性，且本人實在太懶，借著回應有關同學期望本人出一個二次開發案例的契機，花了幾個小時做了一個箱涵結構基于ANSYS APDL語言的二次開發，供大家交流。
本次二次開發的大致步驟如下：
一、參數化建模
二、改變參數，并與相關設計軟件計算結果對比
三、確定外部輸入參數
四、定制個性化GUI操作界面
第一步：參數化建模
本次二次開發以某地鐵出入口箱涵結構計算為例，全程采用參數化建模，對比ANSYS計算結果與MIDAS計算結果，兩者彎矩圖分別如下：
ANSYS極值分別為1179（KN.m）、955（KN.m）,GTS極值分別為1180（KN.m）、950（KN.m），兩者誤差不超過0.5%，結果具有一定的可靠性。
第二步：改變參數，對比結果，本人改變了五次尺寸，最后兩者最大誤差不超過1%，說明前一步的參數化命令流可信。
第三步：確定外部輸入參數，通過下述組合命令實現。
展開 ANSYS Workbench模擬齒輪箱變速器齒輪嚙合 ￥19.89
</p><p><br></p><p>1.2 Ansys有限元分析軟件</p><p>1.2.1 Ansys軟件特點</p><p>在ANSYS 7.0版本問世之前，ANSYS公司致力于研發其核心產品ANSYS。這一版本通過其仿真效果的卓越和效率的顯著，贏得了工程界的廣泛贊譽。然而，盡管取得了如此成就，該版本在仿真模擬操作方面存在明顯的不足，即用戶必須通過編寫復雜的程序才能進行仿真，這限制了其在工程領域的普及應用。</p><p>隨著ANSYS公司成功推出ANSYS Workbench這一新型號，局面發生了轉變。ANSYS Workbench以其創新的用戶界面和工作流程，簡化了仿真過程，極大地提升了用戶體驗，因此迅速被廣泛應用，其普及程度甚至超越了傳統的ANSYS經典版本。目前，ANSYS Workbench已經發展到24.0版本，繼續引領著行業的進步。</p><p>ANSYS Workbench作為一個先進的仿真平臺，具備分析和模擬復雜機械系統的能力。它涵蓋了結構靜力學、結構動力學、剛體動力學、流體動力學、結構熱力學、電磁場分析以及多物理場耦合分析等多個領域。這些功能使得工程師能夠對機械系統進行全面的性能評估，從而優化設計，提高產品的可靠性和性能。</p><p>在結構靜力學方面，ANSYS Workbench能夠模擬材料在靜態載荷下的響應，包括應力、應變和位移等參數。在結構動力學分析中，該平臺可以模擬結構在動態載荷下的行為，如振動和疲勞。剛體動力學分析允許工程師研究物體在受到力和扭矩作用時的運動情況。</p><p>流體動力學模塊使工程師能夠模擬液體或氣體在各種條件下的流動行為，這對于設計高效的流體傳輸系統至關重要。結構熱力學分析則關注材料在熱載荷下的行為，包括熱膨脹和熱應力。
展開 鋼箱梁是我國當今橋梁建設中的主要梁結構，在建與已建橋梁中有很大部分橋梁的上部結構采用鋼箱梁。而鋼箱梁一般是由工廠預制加工的，加工過程中必然會有鋼板間的接縫需要進行焊接，使兩塊獨立的鋼板焊接成一個整體。在鋼箱梁的鋼板焊縫焊接過程中，移動的焊頭會在瞬間產生高度集中的熱量輸入，熱量的快速集中輸入會導致鋼板溫度的驟升與驟降。鋼屬于一種溫度敏感型的材料，受熱升溫時其體積會膨脹，降溫時體積會收縮，體積的變化會導致結構內部應力分布的變化，鋼箱梁結構的安全性也可能受到影響。所以若想了解鋼箱梁焊接時的應力分布變化，保證鋼箱梁結構的安全性與穩定性，有必要對焊接溫度場的定量分析、預測、模擬。傳統的焊接溫度場和應力預測依賴于試驗和統計基礎上的經驗曲線或經驗公式，但是在航天、機械、土木等行業，焊接試驗的成本巨大，當試驗的工況較多或者試驗失敗時，會導致經濟上的巨大損失。故本章運用大型商業有限元軟件ANSYS經典界面進行數值模擬，在研究過程中利用了ANSYS內置的腳本語言APDL進行建模，分析鋼板焊接過程的溫度場。
1 鋼板幾何模型建立
為了簡化鋼箱梁的形狀，節約數值模擬與實驗的成本，本章將鋼箱梁結構簡化為一個長為0.2m、寬為0.15m、厚度為0.03m的塊狀幾何模型，ANSYS中的幾何模型效果如下圖所示。
在上圖的模型中，筆者標明了坐標系系統，在本章此后的位置信息的描述中，均采用此坐標系系統。
2 移動焊接熱源的施加
在鋼板焊接過程中，焊點熱源作用在鋼板上有一定面積，在該面積上的熱量分布不是均勻的，中心點附近的熱量較高，周圍的熱量較低。對于該種焊接熱源的不均勻分布，現今很多學者將該熱源的分布形式簡化為高斯積分函數，本章參考前人的研究，采用高斯熱源分布函數。
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