ANSYS圓柱支撐
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-08
ANSYS圓柱支撐的實(shí)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(chuàng)建圓柱坐標(biāo)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(qiáng)大的優(yōu)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(jù)圓柱面節(jié)點(diǎn)，確定中心軸線，測量每個節(jié)點(diǎn)到中心軸線的距離，獲得最大、最小距離差，即為圓柱度。
? 依據(jù)初始圓柱面確定中心點(diǎn)O，作為圓柱面的初始中心點(diǎn)；
? 以中心點(diǎn)O，計算O點(diǎn)到壁面的最小距離點(diǎn)A；
? 參考O、A點(diǎn)篩選合適的點(diǎn)B，要求點(diǎn)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(jié)點(diǎn)，軸向大于20層節(jié)點(diǎn)）
? 以O(shè)、A、B三個點(diǎn)為平面，提取法向向量，作為圓柱面的初始軸線；
? 根據(jù)初始中心點(diǎn)和初始軸線，結(jié)合圓柱度定義，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)；
? 利用matlab的優(yōu)化極值功能，優(yōu)化和中心點(diǎn)和軸線方向，使得目標(biāo)函數(shù)獲得極小值。此時中心點(diǎn)和軸線方向即為變形后所有節(jié)點(diǎn)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(dú)命名。
2、 在求解Solution下插入Command命令，將附錄1的APDL命令復(fù)制進(jìn)來。并根據(jù)上一步補(bǔ)創(chuàng)建的cyFace數(shù)量，在command的屬性欄ARG1內(nèi)，填寫數(shù)值。
3、 求解計算。計算完成后會在對應(yīng)的目錄文件夾下生產(chǎn)cyFace#.txt文檔。
展開 Ansys高度可擴(kuò)展和可配置平臺解決方案可對工程業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真和優(yōu)化，推動創(chuàng)新設(shè)計探索和產(chǎn)品性能提升，通過多物理場仿真、創(chuàng)建可擴(kuò)展的仿真環(huán)境、以及提高工程協(xié)作等維度，極大地改善企業(yè)在設(shè)計、開發(fā)和運(yùn)營新一代產(chǎn)品的方式。
6月19日，Ansys行業(yè)應(yīng)用大講堂第六講『平臺支撐下的仿真協(xié)同與設(shè)計優(yōu)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(yè)應(yīng)用大講堂——仿真體系建設(shè)驅(qū)動數(shù)字創(chuàng)新，以仿真體系建設(shè)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地剖析仿真技術(shù)在5G、電氣化、自動駕駛、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的前沿趨勢和成功案例。
第六講：
平臺支撐下的仿真協(xié)同與設(shè)計優(yōu)化
主題簡介
仿真技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)過程被廣泛使用，其應(yīng)用的深度和廣度都在不斷拓展。在仿真規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下，如何支持?jǐn)?shù)據(jù)管理與知識積累，協(xié)調(diào)仿真與設(shè)計、試驗(yàn)等相關(guān)團(tuán)隊間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，規(guī)范其業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)仿真與研發(fā)創(chuàng)新過程的真正融合，成為行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)需要探討的方向。企業(yè)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(fā)展。
針對仿真問題本身，面對產(chǎn)品設(shè)計日趨智能化/復(fù)雜化的挑戰(zhàn)，多物理多維度CAE和CAD軟件并存成為普遍現(xiàn)狀，工程師在軟件接口、技巧學(xué)習(xí)的時間投入日漸增加，如何實(shí)現(xiàn)仿真流程的集成、仿真標(biāo)準(zhǔn)化和自動化、多學(xué)科優(yōu)化成為大家的關(guān)注點(diǎn)。
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固定支撐是在結(jié)構(gòu)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(shè)置固定支撐操作的方法。
圖1 設(shè)置固定支撐操作方法
固定支撐約束，可以應(yīng)用在點(diǎn)，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(xiàn)實(shí)工程結(jié)構(gòu)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(shí)際計算中，用戶應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
固定約束附近的應(yīng)力不準(zhǔn)確，不能作為產(chǎn)品強(qiáng)度評估的依據(jù)
這個理論依據(jù)是圣維南原理，其實(shí)固定約束是一種等效約束，它會約束附近的應(yīng)力有顯著影響，但是遠(yuǎn)離約束位置的應(yīng)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(yīng)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(yīng)力云圖，通過計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固定約束位置的應(yīng)力明顯大于理論解答，而遠(yuǎn)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(yīng)用中，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)對比確定合理的計算結(jié)果。
圖3 軸向應(yīng)力云圖
固定支撐約束附近不要進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化
因?yàn)殡S著網(wǎng)格細(xì)化，固定支撐約束位置的應(yīng)力是奇異的。如圖4給出了多次細(xì)化后的軸向應(yīng)力云圖，由圖可知，細(xì)化后，固定支撐約束位置的應(yīng)力迅速上升。
展開 該區(qū)域典型地質(zhì)剖面圖如下：
砂巖原狀斷面特寫圖如下：
本基坑平面較為規(guī)則，采用平面框架方法進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算，支撐位置選取第二道支撐，軟件采用ANSYS。
相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸如下：
環(huán)梁：1600mmX800mm
圍檁：1200mmX800mm
立柱：700mmX700mm
連系桿件：400mmX400mm\500mmX500mm
結(jié)構(gòu)采用梁單元beam4進(jìn)行模擬，邊界平行于XY平面考慮采用土彈簧進(jìn)行模擬，土彈簧采用combin39,通過對單元關(guān)鍵項(xiàng)的設(shè)置以及F-D曲線的設(shè)置實(shí)現(xiàn)單向受壓功能。土彈簧地基反力系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值20MPa。
支撐結(jié)構(gòu)整體平面布置如下所示：
支撐結(jié)構(gòu)所受線荷載最后折算為340KN/m,加載示意圖如下：
結(jié)構(gòu)約束圖：如下
結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算結(jié)果
結(jié)構(gòu)彎矩圖：
結(jié)構(gòu)軸力圖：
結(jié)構(gòu)剪力圖
結(jié)構(gòu)位移云圖
從圖中可見，在棧橋與環(huán)梁和圍檁相連處桿件所受彎矩和軸力較大，此處桿件應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計。其余部分桿件可通過后處理提取內(nèi)力值按構(gòu)件設(shè)計方法進(jìn)行截面配筋設(shè)計。
結(jié)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(jié)果是否正確，只能根據(jù)相應(yīng)的工程經(jīng)驗(yàn)來判定。故在實(shí)際工程中，項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)尤為重要。
展開 
ANSYS圓柱支撐的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
ANSYS圓柱支撐的最新內(nèi)容
本文展示了環(huán)肋圓柱體的非線性屈曲分析模擬。該問題說明了如何進(jìn)行線性特征值屈曲分析，以便為數(shù)值模型引入初始缺陷。之所以需要引入幾何缺陷，是因?yàn)閷τ谕昝缹ΨQ的問題，數(shù)值上不會出現(xiàn)非對稱屈曲。
目標(biāo)
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(jié)構(gòu)分析
1、創(chuàng)建一個靜力結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。
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(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)角度。Ansys workbench的結(jié)果后處理中可以設(shè)定圓柱坐標(biāo)系，然后按圓柱坐標(biāo)讀取Y軸的變形結(jié)果，再進(jìn)行扭轉(zhuǎn)角度的換算。
本文這里將該過程利用APDL命令進(jìn)行處理，避免一下步驟重復(fù)操作。
? 每次要單獨(dú)記錄變形量，
? 還要測量關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)到坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離，
? 將變形量和距離進(jìn)行角度換算（弧度）
? 弧度角轉(zhuǎn)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(chuàng)建圓柱坐標(biāo)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(qiáng)大的優(yōu)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(jù)圓柱面節(jié)點(diǎn)，確定中心軸線，測量每個節(jié)點(diǎn)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(fù)，主要是采用激光加熱一個圓柱的案例
一、ANSYS Workbench 與 APDL 基礎(chǔ)
ANSYS Workbench 是一款功能強(qiáng)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(jìn)行建模、分析和后處理等操作
/filname,cylindrical shell
/prep7
et,1,shell181
!定義實(shí)常數(shù)
r=4787.135539 !圓柱殼半徑
L=20000 !艙段長度
t=30 !殼板厚度
關(guān)注公眾號：“CAE之道”，享受專屬答疑服務(wù)，精彩文章不錯過。
1882年，年僅25歲的德國天才物理學(xué)家赫茲發(fā)表了關(guān)于接觸力學(xué)的著名文章《關(guān)于彈性固體的接觸（On the contact of elastic solids）》，系統(tǒng)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(qū)內(nèi)、外的關(guān)系。另外，赫茲在這篇論文中提出了有關(guān)彈性體接觸的理論公式——赫茲公式
固定支撐是在結(jié)構(gòu)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(shè)置固定支撐操作的方法。
圖1 設(shè)置固定支撐操作方法
固定支撐約束，可以應(yīng)用在點(diǎn)，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(xiàn)實(shí)工程結(jié)構(gòu)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(shí)際計算中，用戶應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
『點(diǎn)擊觀看直播回放』
仿真技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)過程被廣泛使用，其應(yīng)用的深度和廣度都在不斷拓展。在仿真規(guī)模不斷擴(kuò)大的情況下，如何支持?jǐn)?shù)據(jù)管理與知識積累，協(xié)調(diào)仿真與設(shè)計、試驗(yàn)等相關(guān)團(tuán)隊間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，規(guī)范其業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)仿真與研發(fā)創(chuàng)新過程的真正融合，成為行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)需要探討的方向。企業(yè)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(fā)展。
此次在線研討會吸引了眾多觀眾在線觀看
為加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型，客戶需要將仿真和優(yōu)化與更廣泛的產(chǎn)品生命周期流程相結(jié)合。為此，他們必須解決整個開發(fā)過程中不同工具、數(shù)據(jù)和流程管理、高性能計算 (HPC) 集成、可追溯性和結(jié)果可訪問性等復(fù)雜難題。Ansys高度可擴(kuò)展和可配置平臺解決方案可對工程業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真和優(yōu)化，推動創(chuàng)新設(shè)計探索和產(chǎn)品性能提升，通過多物理場仿真、創(chuàng)建可擴(kuò)展的仿真環(huán)境、以及提高工程協(xié)作等維度，極大地改善企業(yè)在設(shè)計、開發(fā)和運(yùn)營新一代產(chǎn)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(jīng)大致能夠滿足我們的要求了。
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作者：【宋博士】
