圓柱支撐ANSYS的案例
Ansys Workbench 估計(jì)圓柱面受力變形后的圓柱度 ￥10
問題：
仿真過程中有時(shí)會(huì)遇到要求提取圓柱面在受力變形后的圓柱度。若此時(shí)圓柱面有剛體偏移等，就無(wú)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(píng)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(jì)算功能，評(píng)估圓柱面在變形后的圓柱度。
matlab評(píng)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(cè)量每個(gè)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(jì)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(gè)節(jié)點(diǎn)，軸向大于20層節(jié)點(diǎn)）
? 以O(shè)、A、B三個(gè)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(shí)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(jì)算后，提取待評(píng)估圓柱面的幾何信息和變形信息。
1、 在named Selection中選擇要評(píng)估的圓柱面，并命名為cyFace1、cyFace2、cyFace3…等。每個(gè)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(jì)算。計(jì)算完成后會(huì)在對(duì)應(yīng)的目錄文件夾下生產(chǎn)cyFace#.txt文檔。
展開 Ansys行業(yè)大講堂 | 平臺(tái)支撐下的仿真協(xié)同與設(shè)計(jì)優(yōu)化
Ansys高度可擴(kuò)展和可配置平臺(tái)解決方案可對(duì)工程業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真和優(yōu)化，推動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)探索和產(chǎn)品性能提升，通過多物理場(chǎng)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(jì)、開發(fā)和運(yùn)營(yíng)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(tái)支撐下的仿真協(xié)同與設(shè)計(jì)優(yōu)化』將作為該系列的收官之作上線，歡迎大家報(bào)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(dòng)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(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的前沿趨勢(shì)和成功案例。
第六講：
平臺(tái)支撐下的仿真協(xié)同與設(shè)計(jì)優(yōu)化
主題簡(jiǎn)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(shí)積累，協(xié)調(diào)仿真與設(shè)計(jì)、試驗(yàn)等相關(guān)團(tuán)隊(duì)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(jí)仿真平臺(tái)作為解決這一系列問題的不二之選，近年來得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。
針對(duì)仿真問題本身，面對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)化、多學(xué)科優(yōu)化成為大家的關(guān)注點(diǎn)。
展開 【Ansys行業(yè)大講堂】平臺(tái)支撐下的仿真協(xié)同與設(shè)計(jì)優(yōu)化
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【實(shí)際項(xiàng)目】基于ANSYS某超高層大型深基坑支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算分析
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(jì)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?jiǎn)卧猙eam4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(duì)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(jì)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(jì)。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(jì)方法進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)。
結(jié)語(yǔ)：基坑計(jì)算考慮的因素較多，目前尚沒有一套完整的體系來恒定計(jì)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。
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Warning | 固定支撐約束在ANSYS有限元計(jì)算中的三大注意事項(xiàng)
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(jì)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(píng)估的依據(jù)
這個(gè)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(huì)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(shí)可信的。如圖2給出了拉伸載荷作用下的軸的有限元計(jì)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(jì)算模型
圖3給出了軸向應(yīng)力云圖，通過計(jì)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(wú)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(duì)比確定合理的計(jì)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 Ansys | 環(huán)肋圓柱體的非線性屈曲分析
圓柱柱體的變形形狀如圖4所示。最大穩(wěn)定化能量隨時(shí)間的值為1.9×1041.9×104mJ，僅占最大應(yīng)變能6.1×1056.1×105 mJ的2.9%。反力-時(shí)間曲線（圖 5）顯示了峰值力的大小，該峰值對(duì)應(yīng)于屈曲載荷。
圖 4. 圓柱柱體的屈曲形狀
圖 5. 反力-時(shí)間曲線
總結(jié)
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(duì)于使模型在數(shù)值上發(fā)生屈曲是必要的。使用非線性穩(wěn)定化是為了在屈曲點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)收斂。
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平行圓柱體的赫茲接觸計(jì)算與ANSYS實(shí)現(xiàn)
接觸理論指出：接觸表面上所承受的壓應(yīng)力是處處不同的，其分部呈半橢圓柱形。初始接觸線處壓應(yīng)力最大，以此最大壓應(yīng)力代表兩零件間接觸受力后的應(yīng)力。
赫茲公式也是基于一定的假設(shè)，其作出的假設(shè)如下：
用a表示接觸區(qū)的有效尺寸，用ρ表示曲率半徑，用R表示每個(gè)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(shè)可以簡(jiǎn)單表述成：
1. 表面都是連續(xù)的，并且是非協(xié)調(diào)的：a〈〈 ρ；
2. 接觸尺寸遠(yuǎn)小于接觸物體尺寸；
3. 小應(yīng)變；
4. 每個(gè)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(duì)赫茲公式的計(jì)算結(jié)果和ANSYS的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(zhǎng)圓柱體為例，假設(shè)外載F=20kN，分別基于
赫茲公式和
ANSYS軟件計(jì)算一下接觸面面半寬和最大接觸應(yīng)力：
一、基于赫茲公式的計(jì)算：
為了計(jì)算方便，此處筆者將赫茲公式編制成了一個(gè)簡(jiǎn)單的Python小程序，代碼及計(jì)算結(jié)果如下：
根據(jù)計(jì)算結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，該問題中兩物體的接觸面半寬為0.2407mm，遠(yuǎn)小于接觸物體的結(jié)構(gòu)尺寸，因此
符合赫茲公式的假設(shè)。
二、基于ANSYS軟件的計(jì)算：
使用ANSYS求解該問題時(shí)，我們從以下幾個(gè)方面入手：
1. 確定分析類型：根據(jù)例題所示結(jié)構(gòu)，確定分析類型為
靜力學(xué)分析；
2. 確定單元類型：
兩長(zhǎng)圓柱體的分析計(jì)算，為了降低計(jì)算量，可使用1/4的平面應(yīng)變模型計(jì)算（具體選用規(guī)則請(qǐng)看本公眾號(hào)
《ANSYS與材料力學(xué)之軸向拉伸和壓縮（二）》
）。
展開 ANSYS命令流——圓柱殼靜強(qiáng)度分析 ￥2
圓柱殼半徑
L=20000 !艙段長(zhǎng)度
t=30 !殼板厚度
利用 ANSYS Workbench 模擬高斯熱源在圓柱表面螺旋線移動(dòng)
本案例模擬三個(gè)熱源在圓柱表面移動(dòng)，三個(gè)熱源相差120度，螺旋移動(dòng)，并且到端部后自動(dòng)往復(fù)，主要是采用激光加熱一個(gè)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(tái)，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。而 APDL（ANSYS Parametric Design Language）則是一種基于命令流的編程語(yǔ)言，具有更高的靈活性和定制性。
兩者在很多方面存在區(qū)別。Workbench 側(cè)重于可視化操作，對(duì)于初學(xué)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(yǔ)句和語(yǔ)法規(guī)則，但可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的參數(shù)化建模和自動(dòng)化分析。APDL 的主要優(yōu)勢(shì)在于可以通過編程實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作的自動(dòng)化，能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行參數(shù)化控制，從而快速進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化和敏感性分析。
ANSYS Workbench 和 APDL 各有其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，用戶可以根據(jù)具體的需求和使用場(chǎng)景選擇合適的工具來進(jìn)行工程仿真分析。
二、圓柱表面螺旋線的數(shù)學(xué)模型
圓柱表面螺旋線可以通過以下參數(shù)方程來表示：
X=Rcos(t）
Y=Rsin(t）
Z=v(t）
在實(shí)際應(yīng)用中，圓柱表面螺旋線有著廣泛的用途。例如，在機(jī)械制造中，螺旋狀的零件如彈簧的設(shè)計(jì)就會(huì)用到圓柱表面螺旋線的數(shù)學(xué)模型。通過精確控制參數(shù)，可以設(shè)計(jì)出符合特定性能要求的彈簧。
三、高斯熱源的原理與特點(diǎn)
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(shù)。
展開 Ansys Workbench后處理中，利用APDL命令提取繞圓柱坐標(biāo)系的扭矩角度 ￥10
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(cè)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
APDL后處理命令功能介紹：
1. 在坐標(biāo)系中創(chuàng)建所需的圓柱坐標(biāo)系，并在屬性ADPL name中進(jìn)行命名：aix （用戶隨意命名）
2. 在Named selection 定義需要查看的區(qū)域，并命名：load（用戶隨意命名）
3. 在后處理中插入command 命令，并將上述坐標(biāo)系和NS的名稱修改。
4. 在command的結(jié)果屬性中就會(huì)有最大/最小/平均扭轉(zhuǎn)角度。并且為了方便校核準(zhǔn)確性還提供了沿圓柱坐標(biāo)系Y軸的變形量。
并且，除了界面顯示的結(jié)果外，還會(huì)在WB的結(jié)果文件夾中，顯示named Selection區(qū)域所有節(jié)點(diǎn)的編號(hào)/距離選定坐標(biāo)系的距離/沿坐標(biāo)系Y軸的變形量/換算后的角度值等信息，以便進(jìn)行其它數(shù)據(jù)處理。
展開 ansys 如何添加圓柱面上小部分小角度的徑向均布載荷
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？
