ansys 圓柱支撐
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
ansys 圓柱支撐的實例教程
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 Ansys高度可擴展和可配置平臺解決方案可對工程業務進行仿真和優化，推動創新設計探索和產品性能提升，通過多物理場仿真、創建可擴展的仿真環境、以及提高工程協作等維度，極大地改善企業在設計、開發和運營新一代產品的方式。
6月19日，Ansys行業應用大講堂第六講『平臺支撐下的仿真協同與設計優化』將作為該系列的收官之作上線，歡迎大家報名參加！4月底全新開啟的系列Ansys行業應用大講堂——仿真體系建設驅動數字創新，以仿真體系建設為基礎，系統地剖析仿真技術在5G、電氣化、自動駕駛、物聯網等領域的前沿趨勢和成功案例。
第六講：
平臺支撐下的仿真協同與設計優化
主題簡介
仿真技術在產品研發過程被廣泛使用，其應用的深度和廣度都在不斷拓展。在仿真規模不斷擴大的情況下，如何支持數據管理與知識積累，協調仿真與設計、試驗等相關團隊間的數據流轉，規范其業務流程，實現仿真與研發創新過程的真正融合，成為行業領先企業需要探討的方向。企業級仿真平臺作為解決這一系列問題的不二之選，近年來得到了長足的發展。
針對仿真問題本身，面對產品設計日趨智能化/復雜化的挑戰，多物理多維度CAE和CAD軟件并存成為普遍現狀，工程師在軟件接口、技巧學習的時間投入日漸增加，如何實現仿真流程的集成、仿真標準化和自動化、多學科優化成為大家的關注點。
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固定支撐是在結構有限元中，大家最常用的一種約束條件。如圖1所示給出了設置固定支撐操作的方法。
圖1 設置固定支撐操作方法
固定支撐約束，可以應用在點，線和面特征上。固定支撐表示被約束為位置為剛性，但是在現實工程結構中，根本不存在完全剛性的約束，因此固定支撐約束是一種理想約束。在實際計算中，用戶應該注意以下幾點：
固定約束附近的應力不準確，不能作為產品強度評估的依據
這個理論依據是圣維南原理，其實固定約束是一種等效約束，它會約束附近的應力有顯著影響，但是遠離約束位置的應力時可信的。如圖2給出了拉伸載荷作用下的軸的有限元計算模型，該模型的截面積1.2503e-005m^2,軸力為10N，則軸向應力7.99e5Pa。
圖2 拉伸載荷作用下的軸的有限元計算模型
圖3給出了軸向應力云圖，通過計算結果發現，固定約束位置的應力明顯大于理論解答，而遠離固定支撐的位置與理論解基本一致，大約為7.96e5Pa，但是目前固定支撐約束的影響范圍，目前還無法通過理論確定，因此在工程應用中，需要進行數據對比確定合理的計算結果。
圖3 軸向應力云圖
固定支撐約束附近不要進行網格細化
因為隨著網格細化，固定支撐約束位置的應力是奇異的。如圖4給出了多次細化后的軸向應力云圖，由圖可知，細化后，固定支撐約束位置的應力迅速上升。
展開 該區域典型地質剖面圖如下：
砂巖原狀斷面特寫圖如下：
本基坑平面較為規則，采用平面框架方法進行支撐結構的內力計算，支撐位置選取第二道支撐，軟件采用ANSYS。
相關結構構件尺寸如下：
環梁：1600mmX800mm
圍檁：1200mmX800mm
立柱：700mmX700mm
連系桿件：400mmX400mm\500mmX500mm
結構采用梁單元beam4進行模擬，邊界平行于XY平面考慮采用土彈簧進行模擬，土彈簧采用combin39,通過對單元關鍵項的設置以及F-D曲線的設置實現單向受壓功能。土彈簧地基反力系數根據經驗取值20MPa。
支撐結構整體平面布置如下所示：
支撐結構所受線荷載最后折算為340KN/m,加載示意圖如下：
結構約束圖：如下
結構內力計算結果
結構彎矩圖：
結構軸力圖：
結構剪力圖
結構位移云圖
從圖中可見，在棧橋與環梁和圍檁相連處桿件所受彎矩和軸力較大，此處桿件應進行加強設計。其余部分桿件可通過后處理提取內力值按構件設計方法進行截面配筋設計。
結語：基坑計算考慮的因素較多，目前尚沒有一套完整的體系來恒定計算結果是否正確，只能根據相應的工程經驗來判定。故在實際工程中，項目經驗尤為重要。
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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
/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
固定支撐是在結構有限元中，大家最常用的一種約束條件。如圖1所示給出了設置固定支撐操作的方法。
圖1 設置固定支撐操作方法
固定支撐約束，可以應用在點，線和面特征上。固定支撐表示被約束為位置為剛性，但是在現實工程結構中，根本不存在完全剛性的約束，因此固定支撐約束是一種理想約束。在實際計算中，用戶應該注意以下幾點：
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仿真技術在產品研發過程被廣泛使用，其應用的深度和廣度都在不斷拓展。在仿真規模不斷擴大的情況下，如何支持數據管理與知識積累，協調仿真與設計、試驗等相關團隊間的數據流轉，規范其業務流程，實現仿真與研發創新過程的真正融合，成為行業領先企業需要探討的方向。企業級仿真平臺作為解決這一系列問題的不二之選，近年來得到了長足的發展。
此次在線研討會吸引了眾多觀眾在線觀看
為加快數字化轉型，客戶需要將仿真和優化與更廣泛的產品生命周期流程相結合。為此，他們必須解決整個開發過程中不同工具、數據和流程管理、高性能計算 (HPC) 集成、可追溯性和結果可訪問性等復雜難題。Ansys高度可擴展和可配置平臺解決方案可對工程業務進行仿真和優化，推動創新設計探索和產品性能提升，通過多物理場仿真、創建可擴展的仿真環境、以及提高工程協作等維度，極大地改善企業在設計、開發和運營新一代產品的方式
所以此時并不能使用ANSYS所提供的圓柱支撐等形式。不過瑕不掩瑜，要想完全的還原出原始幾何體，從理論上來說，本身就是很有難度的事情。ANSYS能夠這樣還原，已經大致能夠滿足我們的要求了。
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作者：【宋博士】
