ansys表面載荷的案例
ANSYS知識普及4——如何施加函數(shù)變化的表面載荷 （ANSYS專家編輯，非原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)摘）
本人準備出一個ANSYS知識普及系列，將有用的網(wǎng)上資料歸攏，由于知識水平有限，不對之處請諒解。也歡迎各位網(wǎng)友提供好的資料分享，讓我們共同完成這個ANSYS知識普及系列。
編輯人：技術(shù)鄰ANSYS專家
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2、如侵犯知識產(chǎn)權(quán)，請聯(lián)系ANSYS專家本人或者技術(shù)鄰，我將第一時間刪除。
小技巧：加本人關(guān)注，可以及時觀看本人發(fā)布的技術(shù)貼
ANSYS具有函數(shù)加載功能，可以很方便地在模型表面施加函數(shù)變化的各種載荷，在ANSYS中，也可以通過變通的方式來實現(xiàn)此功能，其思路是：
首先選定所要施加函數(shù)變化表面載荷的表面上的節(jié)點，利用ANSYS的參數(shù)數(shù)組和嵌入函數(shù)知識寫一簡單的命令流，定義好相應(yīng)節(jié)點位置的面載荷值，然后通過在節(jié)點上施加面載荷來完成。
下面以在一圓柱表面施加函數(shù)變化載荷為例：
/prep7
et,1,45
cyl4,,,0.5,,,,3
vsweep,all
asel,s,loc,y,0.01,1
nsla
!
*get,nmax,node,,num,max,
*get,nmin,node,,num,min,
*afun,deg
*dim,t1,array,nmax,1,1,
csys,1
*do,k,nmin,nmax
*if,nsel(k),eq,1,then
t1(k)=1000*sin(ny(k))
*else
t1(k)=0
*endif
*enddo
!
sffun,pres,t1(1)
sf,all,pres,0
展開 AnsysWB-表面貼片電阻的熱載荷應(yīng)力仿真 ￥15
表面貼裝制造被廣泛用于組裝片式電阻封裝，能夠?qū)㈦娮釉苯淤N裝在印刷電路板（PCB）的表面。對更小的手持設(shè)備不斷增長的需求促使片式電阻器尺寸更小，這反過來又引發(fā)了對焊點熱疲勞壽命以及故障發(fā)生情況的擔憂。
表面貼片電阻會受到熱循環(huán)的影響。材料之間的熱膨脹差異會在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生熱應(yīng)力，
連接電阻與印刷電路板的焊料被視為裝配中最薄弱的環(huán)節(jié)，由于工作溫度高于焊料的
熔點，因此會產(chǎn)生稱為蠕變的變形。
Ansys Workbench ACT插件，在表面施加邊緣區(qū)域漸變大小的力載荷 ￥30
問題：
在結(jié)構(gòu)載荷施加過程中，有時會遇到某些載荷需要加載一個面，且載荷大小在面內(nèi)不是均勻分布，而是中間大邊緣小的載荷形式。類似與手指或球頭橡膠等按壓表面的載荷分布形式。
Ansys Workbench本身只可以按載荷面施加均勻分布的載荷，載荷大小不能實現(xiàn)邊緣逐步減小的效果。導(dǎo)致仿真結(jié)果會在載荷邊緣出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象與實際不符。
解決方法：
一種比較直接的方法就是在幾何切分時，將加載區(qū)域逐層切分為多個區(qū)域；或者利用Named Selection將加載區(qū)域分割為多個加載區(qū)域。再按區(qū)域分段加載，但是每個分區(qū)的載荷大小要仔細計算。
比較應(yīng)力結(jié)果和約束邊界的支持反力可知：分段加載的方法，應(yīng)力分配變均勻。且分割區(qū)域越多，載荷分配越均衡，加載區(qū)域的應(yīng)力結(jié)果更均衡。但是各區(qū)域的載荷大小較難控制。
上述方式可以手動實現(xiàn)用戶漸變載荷加載的需求，只是操作步驟多，分割區(qū)域繁復(fù)，且每個分區(qū)的載荷定義較難控制。并且通過支反力結(jié)果可知，這種分割的方式由于邊界線區(qū)域載荷大小不易控制，從而導(dǎo)致總載荷大小108N與目標載荷110N稍有差異。
基于上述需求和問題，本文以分割加載區(qū)域，逐步漸變施加載荷的思想為基礎(chǔ)。利用ansys workbench 的二次開發(fā)平臺，封裝了ACT插件，可以簡便快捷的實現(xiàn)上述加載方案。
將附件中的ACT插件下載至本地，并加載。
ACT插件安裝和使用：
ACT插件示例：
與上述初始方案或手工分割方案相比，不需要幾何切分，省去了Named selection的節(jié)點分組。只需要定義加載所在的幾何面和建立坐標系。并且ACT插件有WB界面友好交互，簡便易上手。
展開 Ansys Zemax光學(xué)設(shè)計軟件技術(shù)教程：單擊表面類型會自動打開表面屬性怎么辦？
單擊表面類型會自動打開表面屬性，突然這樣了，不知道如何設(shè)置回來。根據(jù)描述的情況，該問題已經(jīng)作為bug記錄在我司系統(tǒng)內(nèi)。具體有以下幾種方式可能可以幫助到您：1.最簡單的情況是重啟電腦可以解決問題。2.如果重啟電腦無效，可以使用 Express View 解決問題：3.將 OpticStudio 進行重裝4.前往Windows系統(tǒng)中的 TEMP file 文件夾，將內(nèi)部文件清空，詳情可以參考：https://helpx.adobe.com/x-productkb/global/delete-temporary-files-using-disk.html
光研科技南京有限公司是國內(nèi)可靠的Ansys Zemax光學(xué)設(shè)計軟件代理商！公司已經(jīng)為廣大企業(yè)，研究所以及高校提供了很多優(yōu)秀的相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)，在行業(yè)內(nèi)建立了值得信任的口碑。
Ansys Zemax光學(xué)軟件
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ansys Workbench螺栓載荷提取時，如何計算載荷偏心距離（VDI2230） ￥10
問題：
VDI2230關(guān)于螺栓的計算中對于螺栓載荷的提取沒有過多的涉及，本文針對偏心載荷的提取問題進行簡單說明。
VDI2230中，對于載荷偏心距a的定義如下，虛擬軸線到截面彎矩為0的點之間的距離。
對于實際螺栓連接問題，幾何結(jié)構(gòu)和載荷狀態(tài)復(fù)雜多變，使用經(jīng)驗公式估計并不理想。本文介紹使用有限元仿真的方法確定載荷偏心距離。
示例：
以VDI2230中的案例5為例進行對比計算，依據(jù)案例5的幾何信息創(chuàng)建仿真模型。
約束筒體底面，在內(nèi)表面施加20Mpa壓力載荷，同時給螺栓施加約150KN的預(yù)緊力（加不加結(jié)果變化不大），連接面設(shè)定為摩擦面。
將兩個側(cè)面設(shè)定為，frictionless Support，等效對稱邊界。（這里沒有使用圓周循環(huán)對稱邊界，是因為圓周對稱邊界不能支持截面彎矩提?。? 注意，在輸出控制中 打開“Nodal Forces”，用于端蓋截面的彎矩提取。
計算完成后，在結(jié)果提取中，插入Probe——Moment Reaction——使用surface類型進行端蓋截面彎矩載荷的提取，這里只需要關(guān)注X軸彎矩。
依次變更截面位置，就可以獲得一條彎矩隨位置變化的曲線，讀取彎矩為0位置的距離值，再進一步處理加上螺栓偏心距Ssym，就可以換算到載荷偏心距a。
個人認為仿真結(jié)果17.535，除了在循環(huán)對稱設(shè)置上與案例給出條件不同外，其余均能反應(yīng)案例邊界。
補充案例：
以機械設(shè)計手冊兩端固支梁，在均布載荷下的反彎點計算模型為例進行驗證。
仿真結(jié)果
公式計算值42.2mm，仿真結(jié)果42.23mm。
展開 Ansys Zemax | 如何使用瓊斯矩陣表面
在序列模式下，該模型表示為“瓊斯矩陣”表面；在非序列模式下該模型表示為“瓊斯矩陣”物體?！碍偹咕仃嚒备鶕?jù)下式描述瓊斯向量（表示電場）：
其中A, B, C, D均為復(fù)數(shù)。您可以在透鏡數(shù)據(jù)編輯器或非序列元件編輯器中分別輸入這些復(fù)參數(shù)的實部和虛部。
需要特別注意的是，瓊斯矩陣沒有定義Ez分量。這意味著使用瓊斯矩陣表面或物體的前提假設(shè)是入射光線需垂直于瓊斯矩陣表面，例如將瓊斯矩陣表面放置在平行光束中。該假設(shè)也與大部分實際應(yīng)用環(huán)境相符：多數(shù)起偏器或波片都是在平行光或發(fā)散角較小的光束中使用的。
如果一束平行光垂直入射至瓊斯矩陣表面，則由于k·E = 0 并且向量k可表示為{0, 0, 1} 因此Ez必須為零，這樣我們就可以只用Ex和Ey分量來描述偏振。如果入射光的方向向量為其他任意值 {l, m, n}，則OpticStudio將自動調(diào)整Ez或{Ex, Ey}以使k·E = 0且E的大小不會增加。這個調(diào)整有可能導(dǎo)致E的大小降低，進而導(dǎo)致透過能量的降低。
下表為一些典型偏振器件的瓊斯矩陣參數(shù)，該表格取自用戶手冊“The Setup Tab”一章:
使用實例
接下來是使用瓊斯矩陣模擬四分之一波片的實例。請聯(lián)系工作人員獲取附件。
需要注意的是：瓊斯矩陣表面不使用曲率半徑這一參數(shù)，該表面類型總是一個平面。這是因為該類型表面通常都是在垂直入射的平行光中使用。矩陣的每個參數(shù)可以在透鏡數(shù)據(jù)編輯器中的參數(shù)欄中輸入。在示例系統(tǒng)中，瓊斯矩陣設(shè)置為X軸方向的四分之一波片：
最簡單直接的觀察瓊斯矩陣表面所產(chǎn)生的影響的方法是使用偏振光瞳圖 (Polarization Pupil Map) 功能。該功能位于分析 (Analysis) 選項卡 > 偏振 (Polarization) 菜單中。
展開 Ansys | 什么是表面等離子體光子學(xué)及其應(yīng)用
業(yè)界正在做出巨大努力，旨在利用表面等離子體的獨特屬性，將電子器件的尺寸效率與光子學(xué)的數(shù)據(jù)效率相結(jié)合。
表面等離子體光子學(xué)的挑戰(zhàn)
表面等離子體的傳播僅在其移動幾毫米之后就會受到歐姆損耗的抑制，因此業(yè)界正在研發(fā)由石墨烯、金屬氧化物和氮化物等等離子體納米粒子構(gòu)建的等離子體學(xué)納米結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對該挑戰(zhàn)。
熱是另一項挑戰(zhàn)——它會影響等離子體信號的傳播長度和振幅。
具有合適電氣和光學(xué)屬性組合的金屬納米結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)可能可以解決這些挑戰(zhàn)。這是因為銅、銀、鋁、金等其他材料中的金屬納米結(jié)構(gòu)允許表面等離子體激元（SPP）傳播。
SPP是在金屬-電介質(zhì)界面?zhèn)鞑サ墓舱耠娮诱袷?。其會產(chǎn)生強烈的光-物質(zhì)相互作用，從而增強光電應(yīng)用中的弱光學(xué)效應(yīng)。
表面等離子體光波導(dǎo)
SPP可以被視為特殊類型的光波。因此，金屬互連可支持這些波在金屬-電介質(zhì)界面?zhèn)鞑?，并用作光波?dǎo)或表面等離子體光波導(dǎo)。
SPP可用復(fù)波矢量表示。該矢量的虛部與SPP傳播長度成反比，而實部與約束成正比。
表面等離子體與電路設(shè)計的實際集成，取決于傳播長度和約束之間的反比關(guān)系的平衡。理想情況下，表面等離子體光波導(dǎo)可同時最大限度增加表面等離子體的約束和傳播長度，以獲得最佳效果。
表面等離子體激元傳播造成的耗散損耗可以通過增益放大或集成光纖等光子元件來抵消，從而產(chǎn)生混合表面等離子體光波導(dǎo)。
表面等離子體光波導(dǎo)呈亞波長模態(tài)，小于光的衍射極限。在小于光的波長下的SPP傳播方式是可能的，這一想法讓業(yè)界振奮不已，從而為能夠在光學(xué)頻率下進行納米級信息處理的芯片級器件開辟了可能性。
展開 Ansys Zemax | 解析 OpticStudio 中復(fù)合表面的工作原理
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展開 Ansys Zemax｜如何使用 Jones Matrix 表面
范例
下方是一個將 Jones Matrix 表面作為1/4玻板 (quarter wave plate) 的案例。
注意，上圖中 Jones Matrix 表面并沒有曲率半徑 (Radius) 的欄位。如上一個小節(jié)所說，這種表面通常用在準直光束垂直入射的情況，因此必須是一個平面。我們可以在下圖的分類數(shù)據(jù)報告 (Prescription data) 看到矩陣中的元素已被輸入鏡頭數(shù)據(jù)編輯器 (Lens Data Editor)。在這個案例中，Jones Matrix 被用來當作 x 方向上的1/4玻板。
觀察 Jones Matrix 表面產(chǎn)生的結(jié)果最簡單的方式是利用偏振光瞳圖 (Polarization Pupil Map)。依序選取 Analyze...Polarization...Polarization Pupil Map，我們可以看到如下圖的結(jié)果。
觀察上圖，我們可以看到輸入的圓偏振被轉(zhuǎn)為線偏振。假如我們將 Jones Matrix 當作 x 方向上的半玻板 (Areal = -1, Dreal = +1，其余元素皆為0)，這時輸出的圓偏振方向會與輸入時相反(例如輸入左旋圓偏振后會產(chǎn)生右旋圓偏振的結(jié)果)。
假如我們將 Jones Matrix 當作 x 方向上的檢偏鏡 (analyzer) (Areal = +1，其余元素皆為0)，則只有 x 方向的偏振光可以順利通過，穿透率 (Transmission) 也因此減為原本的一半。
注意: Analyze...Polarization 中的所有分析功能均有 Settings 的選項，提供使用者直接輸入入射光的偏振態(tài)。
展開 Ansys Zemax | 如何使用瓊斯矩陣表面
在序列模式下，該模型表示為“瓊斯矩陣”表面；在非序列模式下該模型表示為“瓊斯矩陣”物體。“瓊斯矩陣”根據(jù)下式描述瓊斯向量（表示電場）：
其中A, B, C, D均為復(fù)數(shù)。您可以在透鏡數(shù)據(jù)編輯器或非序列元件編輯器中分別輸入這些復(fù)參數(shù)的實部和虛部。
需要特別注意的是，瓊斯矩陣沒有定義Ez分量。這意味著使用瓊斯矩陣表面或物體的前提假設(shè)是入射光線需垂直于瓊斯矩陣表面，例如將瓊斯矩陣表面放置在平行光束中。該假設(shè)也與大部分實際應(yīng)用環(huán)境相符：多數(shù)起偏器或波片都是在平行光或發(fā)散角較小的光束中使用的。
如果一束平行光垂直入射至瓊斯矩陣表面，則由于k·E = 0 并且向量k可表示為{0, 0, 1} 因此Ez必須為零，這樣我們就可以只用Ex和Ey分量來描述偏振。如果入射光的方向向量為其他任意值 {l, m, n}，則OpticStudio將自動調(diào)整Ez或{Ex, Ey}以使k·E = 0且E的大小不會增加。這個調(diào)整有可能導(dǎo)致E的大小降低，進而導(dǎo)致透過能量的降低。
下表為一些典型偏振器件的瓊斯矩陣參數(shù)，該表格取自用戶手冊“The Setup Tab”一章:
使用實例
接下來是使用瓊斯矩陣模擬四分之一波片的實例。請聯(lián)系工作人員獲取附件。
需要注意的是：瓊斯矩陣表面不使用曲率半徑這一參數(shù)，該表面類型總是一個平面。這是因為該類型表面通常都是在垂直入射的平行光中使用。矩陣的每個參數(shù)可以在透鏡數(shù)據(jù)編輯器中的參數(shù)欄中輸入。
展開 Ansys Zemax | 如何模擬部分反射和散射的表面
在本例中，我們需要在反射鏡表面上定義60%的反射。因此，表面的透過率為40%。我們需要插入一個理想的膜層來定義這個百分比：
當新的理想膜層輸入到膜層文件后，將文件以適當?shù)拿Q進行保存，例如MYCOATING.DAT。需要注意的是，文件的擴展名必須為 .DAT文件，并保存在與COATING.DAT文件相同的路徑下。
使用理想膜層
如果想要OpticStudio識別新創(chuàng)建的理想膜層，您必須首先在系統(tǒng)選項中的文件選項卡的膜層文件欄中選擇新創(chuàng)建的膜層文件。
我們要在矩形體的前表面使用該膜層。首先打開物體2的物體屬性 (Object Properties)，選擇膜層/散射 (Coating/Scattering) 選項卡。該選項卡下的第一項輸入欄為物體的表面 (Face)。對于矩形體物體來說一共包含三個表面組：0，表示側(cè)面；1，表示前面；2，表示后面。
因此，物體的不同表面可以定義不同的膜層和散射屬性。對于本例來說，選擇表面1，前表面。
默認情況下，物體的任何表面都沒有定義膜層。對于矩形體的前面，通過下方的膜層 (Coating) 下拉菜單選擇新創(chuàng)建的理想膜層60REFLECT：
在選擇了合適的膜層之后，點擊OK將膜層添加到物體表面上并退出物體屬性菜單。為了證實膜層已經(jīng)被使用并正確工作，我們可以運行光線追跡（勾選使用偏振 (Use Polarization) 選項）來進行驗證。
如我們預(yù)期的一樣，此時探測器接收到的總能量降低到初始能量的60%：
對表面添加散射效應(yīng)
與膜層的定義類似，散射屬性也是在物體屬性中的膜層/散射選項卡里進行定義的。在當前示例中，重新打開矩形體的物體屬性，在膜層/散射選項卡中選擇表面為1，前面。
在OpticStudio中內(nèi)置了多種散射模型；默認情況下，表面不會定義任何散射。
展開 
Ansys Zemax | 表面不規(guī)則度的公差分析
Zernike多項式次數(shù)可以控制表面波峰和波谷（凹凸）的頻率。
這是很重要的一點：當我們把表面平滑度從 λ/5 減小到 λ/10 、λ/20、 λ/50時，RMS表面偏差減小了，但是表面“凹凸”頻率增大了。也就是說當表面平滑度為λ/5，其表面不規(guī)則度的空間頻率小，當表面平滑度為λ/50時，其表面不規(guī)則度的空間頻率大。
表面的光學(xué)性能不僅僅取決于RMS幅值還取決于表面不規(guī)則度的空間頻率。我們可以舉例說明這一點，我們可以舉一個簡單的例子。
系統(tǒng)中表面2在Y方向上有一個周期性的結(jié)構(gòu)。在保持振幅不變的情況下，當周期結(jié)構(gòu)的頻率增加時，從3D Layout圖中就可以看到兩者的差異。
當然，OpticStudio 中也可以使用公差操作數(shù)TEXI指定PTV（Peak to Valley）公差，兩種使用方法類似，但目前我們推薦使用TEZI指定RMS公差分析表面不規(guī)則度。
總結(jié)
需要使用蒙特卡羅分析對表面不規(guī)則度進行公差分析，可以用TEZI或TEXI公差操作數(shù)自動生成表面的不規(guī)則；
對表面不規(guī)則度公差分析時，需要同時考慮RMS幅值和表面不規(guī)則度空間頻率。
展開 Ansys Lumerical | 用于增強現(xiàn)實系統(tǒng)的表面浮雕光柵
但是，可以通過Ansys optiSLang使用更高級的優(yōu)化技術(shù)，也可以通過Lumerical Python API使用Python 庫。用戶還可以通過腳本使用內(nèi)置實用程序定義不同的優(yōu)化方法。參數(shù)空間的初始探索也可以使用參數(shù)掃描工具執(zhí)行。
相關(guān)出版物
[1]Jonathan S. Maikisch 和 Thomas K. Gaylord，“最佳平行面傾斜表面浮雕光柵”，Appl. Opt. 46， 3674-3681 （2007）
武漢宇熠科技是 ANSYS 全線產(chǎn)品中國區(qū)官方指定代理商，提供 Ansys Zemax、Ansys Lumerical、Ansys Speos 等軟件產(chǎn)品的培訓(xùn)、銷售、技術(shù)支持、二次開發(fā)、解決方案及這些軟件相關(guān)全方位定制服務(wù)。
展開 Ansys Zemax | 如何模擬部分反射和散射的表面
可以看到我們已經(jīng)在 OpticStudio 中完成了部分反射和散射表面的創(chuàng)建。在本例中使用的工具和概念可以應(yīng)用到更復(fù)雜的系統(tǒng)之中，其中使用到的定義膜層和散射屬性的基本方法都是相同的。
將屬性應(yīng)用到其他表面
假設(shè)我們想在矩形體的側(cè)面和后面也添加相同的膜層和散射屬性以用于后續(xù)的分析。我們可以使用物體屬性中膜層/散射選項卡中的保存 (Save) 功能，將當前表面的設(shè)置參數(shù)保存，并快速應(yīng)用到其他表面上。
當完成了當前表面的膜層/散射設(shè)置后，點擊保存按鈕即可完成設(shè)置參數(shù)的保存。
在彈出的對話框中，您可以將該設(shè)置參數(shù)命名為其他名稱：
保存成功后，您可以在矩形體的其他表面上使用這些參數(shù)設(shè)置：
小結(jié)
通過設(shè)置理想膜層以及定義特定的散射屬性，我們可以在 OpticStudio 中定義部分反射和散射的表面。在 OpticStudio 非序列元件編輯器中的物體屬性中的膜層/散射選項卡下，您可以在物體的不同表面上定義不同的膜層和散射屬性。
通過考慮偏振、分裂光線和散射光線，我們可以對不同散射類型的表面進行詳細的建模。
展開 Ansys Zemax | 表面不規(guī)則度的公差分析
一般情況下，如果MAX#數(shù)值較小，那么表面不規(guī)則度的頻率就會降低，表面凹凸就不明顯，反之，如果MAX#數(shù)值較大，那么表面不規(guī)則度的頻率就會升高，表面凹凸劇烈（下面我們會詳細討論）。
MAX#數(shù)值的選擇需要根據(jù)實際生產(chǎn)的零件而定，使其能夠與實際生產(chǎn)過程匹配。同時，公差分析過程中，OpticStudio會忽略Zernike多項式的第一項，因此Min#的最小值為2。
本例中我們先將MAX# 和MIN#設(shè)置為2和9。
打開Tolerance > Tolerancing，按如下步驟進行公差分析：
點擊OK進行公差分析,公差分析報告如下圖所示：
表面不規(guī)則度分析
打開保存的蒙特卡洛分析文件（本例中我們只保存了一個計算結(jié)果，當然我們也可保存所有計算結(jié)果）。注意觀察此時表面2的面型已經(jīng)變?yōu)閆ernike Standard Sag surface。
打開表面矢高分析圖并選擇表面2：Analysis > Surface > Sag
如果我們將MAX#設(shè)置為27，重新進行公差分析。再次打開表面矢高分析圖，可以看到相似的結(jié)果，但是產(chǎn)生了更多的“凹凸”。
Zernike多項式次數(shù)可以控制表面波峰和波谷（凹凸）的頻率。
這是很重要的一點：當我們把表面平滑度從 λ/5 減小到 λ/10 、λ/20、 λ/50時，RMS表面偏差減小了，但是表面“凹凸”頻率增大了。也就是說當表面平滑度為λ/5，其表面不規(guī)則度的空間頻率小，當表面平滑度為λ/50時，其表面不規(guī)則度的空間頻率大。
表面的光學(xué)性能不僅僅取決于RMS幅值還取決于表面不規(guī)則度的空間頻率。我們可以舉例說明這一點，我們可以舉一個簡單的例子。
系統(tǒng)中表面2在Y方向上有一個周期性的結(jié)構(gòu)。
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