ANSYS軸的支撐的案例
多軸隨機載荷下支撐構件疲勞壽命評估
本文將以某支撐構件受隨機振動載荷作用下疲勞壽命評估為例，介紹多軸隨機振動載荷下疲勞分析方法和流程。
2022年5月24日-26日，安世亞太大咖慧推出電子行業疲勞壽命專題線上培訓，專題講座包含：隨機振動載荷下支撐構件疲勞壽命評估、PCB電路板中的焊點可靠性分析、PCB電路板疲勞壽命分析內容，不容錯過。
報名方式
分析流程
利用ANSYS Mechanical計算出各方向激勵下應力頻響函數，然后將應力頻響函數和載荷的PSD曲線導入ANSYS Ncode軟件，定義材料的SN疲勞性能曲線，應用其振動疲勞分析求解器計算出結構應力響應的PSD，進而完成應力循環計數并計算損傷值。整個流程可以在ANSYS Workbench平臺中完成，其流程圖如下：
圖片圖1多軸隨機振動疲勞分析流程圖
頻響分析
頻響分析分析時通常施加某方向的單位加速度激勵，得到單位載荷激勵下模型各階頻率上的應力分布。在計算應力頻響函數時，所分析的頻率范圍要覆蓋PSD曲線的頻率范圍，一般取載荷PSD最大頻率范圍的1.5倍。載荷單位一定要與PSD曲線統一。對于多軸激勵，則進行多方向的頻響分析，得到模型各方向的傳遞函數。
圖2 支架三個方向諧響應分析
圖3 應力響應曲線
多軸隨機振動載荷譜輸入
隨機振動載荷常用PSD功率譜密度來表達，針對不同的振動環境可以參考相應的標準查取。載荷譜的輸入在ANSYSNCODE來完成，通過ANSYS NCODE 振動載荷生成器產生相應的PSD譜，將PSD譜導入到載荷譜編輯器中同各方向諧響應傳遞函數相關聯。
展開 Ansys行業大講堂 | 平臺支撐下的仿真協同與設計優化
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。
展開 【Ansys行業大講堂】平臺支撐下的仿真協同與設計優化
誠邀您參加Ansys多學科優化大會 （WOST 2020）！
Ansys多學科優化大會暨第十七屆Dynardo用戶大會將于6月25日-26日舉辦，免費注冊報名即可參與，歡迎積極報名參加，成功報名后獲取參會鏈接。
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【實際項目】基于ANSYS某超高層大型深基坑支撐結構內力計算分析
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。
展開 
Warning | 固定支撐約束在ANSYS有限元計算中的三大注意事項
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 ANSYS Workbench傳動軸優化靜力學仿真 ￥19.89
</p><p><br></p><p>6.2 傳動軸靜力學仿真</p><p>6.2.1 模型導入</p><p>完成傳動軸模型后，在另存為類型中選擇step格式，這是通用的CAD數據交換格式，可以被大多數工程軟件所接受，并將模型導出step格式導入到ansys workbench中。</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/43b3c9a25bc6a1919393c01012de18a9.png"></p><p>6.2.2 設置材料參數</p><p>在Workbench的項目圖表視圖中，找到需要編輯的幾何體，通常位于“幾何”（Geometry）分支下。</p><p>在幾何體上右鍵單擊，選擇“編輯”（Edit）。這將打開一個材料列表，您可以在其中選擇或添加材料。</p><p>在材料列表中查找“結構鋼”，這通常是ANSYS Workbench自帶材料庫中的選項。</p><p>選擇該材料后，系統會自動填充相關的材料屬性，包括密度、彈性模量和泊松比等。</p><p>根據給定的數據，確認所選結構鋼材料的密度為7850kg/m3，彈性模量為2E+11Pa，泊松比為0.3。</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/e039addaf908a1d11be5a66884fc422e.png"></p><p>6.2.3 邊界條件與載荷條件</p><p>將傳動軸連接部位設定為一個固定支撐點，并考慮結構本身重量的作用。在分析中，應設置標準重力場，即重力加速度沿負X軸方向，參照所附示意圖。
展開 Ansys Zemax | 如何建模離軸拋物面鏡
離軸拋物面反射鏡是光學工業中一種重要的設計類型。本文演示了如何根據制造商給出的規格設計一個離軸拋物面反射鏡，并演示如何使用主光線求解將像面中心與主光線路徑對齊。(聯系我們獲取文章附件)
簡介
離軸拋物面反射鏡的優點是光束通過反射到達像面途中將不會受到遮擋。使用 OpticStudio 可以很簡單地建模一個表面的任何離軸部分，不管其是否為拋物面。本教程將向您展示如何建模一個離軸拋物面反射鏡。這里所示的概念適用于任何偏心表面，并不局限于離軸拋物面反射鏡。
離軸拋物面鏡設計參數
我們將制作一個商用的離軸拋物面反射鏡。這個設計練習的目標是能夠使反射鏡在光軸（Z軸）上的任意一點繞X軸傾斜。反射鏡的規格如下：
離軸距離:150mm
焦距:1000mm
元件物理直徑:203mm
反射鏡背面的基底垂直于光軸。
如果您不熟悉任何在本教程中使用的步驟，請先參考 “如何使序列光學元件傾斜和偏心” 文章后，再嘗試本文內的詳細步驟。
輸入基礎幾何結構
設計開始時，我們將首先定義系統設置。在系統資源管理器中進行以下調整：
·設置 系統孔徑 (Aperture)…孔徑類型 (Aperture Type) ：入瞳直徑 (Entrance Pupil Diameter) 和孔徑值 (Aperture Value) ：100
·設置 單位 (Units) …鏡頭單位 (Lens Units)：毫米 (Millimeters)
·設置 波長 (Wavelengths) …波長1 (Wavelength 1) : 0.550 um
接下來我們可以開始定義系統的幾何結構。在鏡頭數據編輯器中的光闌面后添加一個表面，然后在表面1-3上輸入以下參數。
展開 如何使用ANSYS繪制拉（壓）桿的軸力圖？
書中第二章第一節介紹了軸向拉伸和壓縮的概念，主要要求掌握軸力的計算和軸力圖的繪制。下面討論例題2-1的材料力學解法和AMSYS解法。
一．材料力學解法：
假定拉力為正軸力，根據材料力學中提供的解法——截面法：
1.求支反力：根據平衡關系，可得支反力FR=10kN;
2.截面法：
根據每段桿件的平衡關系，可得：
FN1=10kN；FN2=50kN；FN3=-5kN；FN4=20kN，軸力圖如下：
二．ANSYS解法：
使用ANSYS求解該問題時，我們從以下幾個方面入手：
1. 確定分析類型：根據例題所示結構，確定分析類型為靜力學分析；
2. 確定單元類型：該結構為拉壓桿，結果需要輸出軸力圖，因此分析時使用beam單元；
Step1:在SCDM中創建線體模型：
1.將草繪平面設置為Z面（根據自己習慣，選擇草繪平面）；
2.根據題目所示幾何尺寸，草繪四條線（草繪四條線，產生五個點，方便在后續步驟中施加四個載荷和一個約束）；
3.為線賦予截面，完成線體建模（由于主要計算軸力，因此截面形狀和幾何尺寸我們可以隨意設置一種，筆者在此使用默認圓截面）；
4.為了保證四個線體連接處的節點連續，需要在選擇share命令進行重合拓撲共享；
Step2：在WB中創建載荷及約束：
1.搭建分析流程：
2.網格劃分：自由網格劃分，網格尺寸設置為10mm。
展開 Ansys案例研究 | 單軸拉伸試驗應變測量
概述：
單軸拉伸試驗是了解大多數材料并獲取應力與應變關系的主要方法。可靠的拉伸數據對于組件設計至關重要。本案例展示了如何進行拉伸試驗并獲取應變圖。
目標：
觀察在施加漸進式位移載荷的單軸拉伸試樣中的應變。
步驟：
1、打開Ansys Workbench，創建一個“靜態結構”系統。
2、定義拉伸試驗樣品的材料屬性。本例中使用的是結構鋼。
3、導入模型，其外觀類似于圖 1 所示。
圖1 單軸拉伸試驗試樣
4、將材料分配給幾何體。
5、按照圖2所示，在試件上施加適當的約束條件。
圖2 樣品的邊界條件
6、按照圖2所示施加位移。
7、對模型進行網格劃分并運行仿真。繪制等效彈性應變(圖3)。
圖3 等效彈性應變圖
總結：
本案例說明了單軸拉伸試驗樣品中應變的測量方法。
如有疑問歡迎留言或私信！
展開 基于ANSYS workbench和designlife的多軸疲勞分析
軸的幾何體用六面體和五面體實體單元進行網格劃分?？拷笨诟康膮^域經過了細化。因為我們需要精確的表面應力用于疲勞損傷計算，軸模型表層覆蓋一層薄的殼單元，它們的材料屬性和實體單元一樣。盡管殼單元增加了計算時間，它們也增加了表面應力預測的精度，而無需從次表面的高斯點進行外插。殼體單元應當足夠薄，這樣不會影響固體單元的應力應變響應。總共有22140個單元，其中3852個是殼體單元。
表中顯示了最差單元的安全因子為1.074。Nastran方法與ANSYS workbench方法分析出來的1.098僅相差2%左右。
4總結
本案例介紹了利用ANSYS workbench和ncode designlife軟件對零件進行多軸疲勞分析的整套流程。我們可以見到ncode軟件功能非常全面、強大，與準確的CAE分析結果搭配起來，可以為工程實際提供很好的參考。愿大家看完有所收獲。
以后本人還會不定期發帖介紹ANSYS workbench和designlife的一些技巧和應用，感謝各位以及技術鄰官方的關注！
文章里用到的模型文件和測試數據放在附件中，可以下載用來練習。
附件：shaft.rar
展開 ANSYS Workbench 計算二維軸對稱結構電場的視頻
ANSYS Workbench模塊中對于電場的計算現在只能計算電流傳導場。今天為大家貢獻一個自己制作的二維軸對稱結構的電場計算視頻，為大家提供參考。 模型也比較簡單，初入門的朋友們可以用來學習。希望大家可以提出寶貴的批評意見。(其實本人對于經典模塊較為熟悉，但是由于本人只會APDL不用GUI，導致了無法錄制視頻。所以只能貼一個WB版本的了。)
1 模型：
模型為來自于靜電除塵中裝置中的帶電部分。結構上為內外雙層金屬圓環，內層的環為1000V高電位，外層環為0V地電位。完整的三維模型圖見2樓”三維結構“
由于模型軸對稱，載荷軸對稱，因此可以簡化為二維軸對稱問題的求解。一般三維問題嫩郭建華成二維問題，則瑩盡量簡化。三維計算中由于網格不一定嚴格規整，計算精度也許會降低。
模型是用AutoCAD建立，然后生成面域，輸出為SAT格式的文件。
然后打開workbench，把Electrica模塊拖拽過來，導入之前的sat文件。
在導入workbench中之后進行了簡單的處理。二維軸對稱計算的時候一定要注意，模型對稱軸必須是Y軸，而且模型必須全部在X的正半軸才可以。同時，由于金屬是等電位的，內部沒有電流流過，所以可以不建立實體模型，有外輪廓就可以了。所以最后的二維模型其實就只有空氣了。
見2樓”二維模型“
視頻里我的空氣建立的有些大了，當初隨手畫的。電場計算的時候空氣域一定要建立的足夠大才可以保證電場的精度的，本人一般建立為5-8倍的最大外徑，當然，這個具體的尺寸有興趣的朋友們可以去驗證一下的。
2 材料參數：
添加材料“air”，定義電阻率1e20。
3 網格
圓環的部分，尤其是內層圓環的部分網格要平滑，因為高電位的尖角形狀會造成電場集中。
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ANSYS apdl中如何使齒輪饒定軸轉動
問題描述：在ANSYS中，實體單元和平板單元只有平動自由度，無旋轉自由度，網上提供的方法，在柱坐標系下通過固定徑向位移，在周向施加小位移，但這種方法只適合小位移的轉動，無法實現大位移，本文提出采用MPC184-銷軸單元和MPC-184剛性梁單元完成。本文就GUI的方式來介紹如何來創建齒輪的繞定軸旋轉。達到下圖的效果
step1 定義單元類型
a plat182 單元 模擬齒輪
b mpc184-剛性梁單元
c mpc184-銷軸單元 （本文繞Z軸旋轉，如定義為x軸，需要定義局部坐標系，繞y軸旋轉90°）
step2 定義局部坐標系默認，本文定義12號
step3 定義銷軸截面以及單元坐標系
step3 創建銷軸連接單元
在齒輪的中心點分配3號銷軸單元
step4 創建剛性梁單元
單元屬性旋旋轉2號剛性梁單元，去內徑的節點和圓中心點創建剛性梁單元
step5 施加載荷使齒輪旋轉2圈
setp6 求解設置
step7 時間后處理選擇內徑上的一個節點觀察ux，uy，rotz，可以看出齒輪旋轉2圈
展開 ANSYS workbench彎軸疲勞分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習彎軸的三維模型處理
2、學習靜結構分析步的建立
3、學習彎軸疲勞分析的載荷施加
4、學習疲勞分析的設置
5、學習平均應力修正的設置
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 彎軸疲勞分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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Fepg-Ansys三維靜力單軸拉伸對比
Z軸方向的位移
Fepg計算結果
Ansys計算結果
（2）計算時間比較
Fepg計算時間：138.74s
Ansys計算時間：267.48s
ANSYS中的AROTAT命令——繞軸旋轉線生成面
待旋轉線必須與旋轉軸在同一個平面內。如果NL1=P，則激活圖形拾取功能，忽略命令的其它內容。若NL1=ALL，則旋轉所有選擇的線。此外，NL1也可以是組件名。
PAX1, PAX2：定義旋轉軸的關鍵點號，兩關鍵點的連線即為旋轉軸。
ARC：轉動的弧長（角度表示），PAX1-PAX2矢量的右手法則方向為旋轉正方向。默認360度。
NSEG：旋轉生成的面數。默認90度一個面，旋轉360度即生成四個圓柱面。
注：繞軸旋轉線生成圓柱面。旋轉過程中會生成相關的線和關鍵點，并相應的指定最小的可用編號。
2.操作路徑
Main Menu >Preprocessor >Modeling >Operate >Extrude >Lines >About Axis
3.實例
輸入命令：
/PREP7
K,1,0,0,0
K,2,0,1,0
K,3,1,0,0
K,4,1,1,0
K,5,1.5,0,0
K,6,3,1,0
LSTR,3,4
LSTR,4,5
LSTR,5,6
AROTAT,ALL,,,,,,1,2
則生成的圖形如圖1所示
圖1生成的圖形
4.參考資料
ANSYS HELP 15.0
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