ansys自由扭轉(zhuǎn)的案例
7自由度/翹曲扭轉(zhuǎn)相關(guān)基本概念 ￥10
什么是自由扭轉(zhuǎn)、約束扭轉(zhuǎn)？什么是雙力矩、圣維南扭矩（也稱為：純扭矩/自由扭矩/主扭矩）、翹曲扭矩（也稱為：彎曲扭矩/約束扭矩/次扭矩）？想必很多工程師在剛接觸抗扭驗(yàn)算時(shí)會(huì)有這樣的疑問(wèn)。
自由扭轉(zhuǎn)
如圖1.1所示，梁的兩端施加大小相等，方向相反的扭矩時(shí)，上下翼緣在其平面內(nèi)繞相反的方向旋轉(zhuǎn)，變形后截面的角點(diǎn)沒(méi)在一個(gè)平面，由于端部截面沒(méi)有翹曲約束，截面可以自由翹曲變形。變形后翼緣的中線仍為直線。
自由扭轉(zhuǎn)只產(chǎn)生圣維南扭矩（純扭矩/自由扭矩/主扭矩）。
展開(kāi) ANSYS與材料力學(xué)之扭轉(zhuǎn)（二）
Step4：網(wǎng)格劃分
使用
自由網(wǎng)格劃分。
Step5：設(shè)置載荷和約束
1. 載荷：一端施加180kN·m的扭矩；
2. 約束：另一端施加固定約束。
也許有人會(huì)有疑問(wèn)，為什么題目中給的載荷是兩端施加180kN·m的外力偶矩，這里只施加一個(gè)
180kN·m的扭矩呢？
答案請(qǐng)?jiān)? 公眾號(hào)文章
ANSYS與材料力學(xué)之扭轉(zhuǎn)（一）尋找。
Step6：求解及后處理
因?yàn)橐崛∽畲蠹魬?yīng)力，所以在求解時(shí)要
打開(kāi)梁截面結(jié)果：
1. 切應(yīng)力
我們?cè)诤筇幚碇胁迦? Maximum Shear Stress（最大切應(yīng)力）結(jié)果，顯示如下：
2. 應(yīng)變能
要查看應(yīng)變能，需要使用后處理中的
Probe工具然后選擇
Energy，應(yīng)變能結(jié)果顯示如下：
03
結(jié)論
材料力學(xué)方法計(jì)算的最大切應(yīng)力為65.58MPa，總應(yīng)變能為492 J；ANSYS計(jì)算的最大切應(yīng)力為65.714MPa，總應(yīng)變能為492.86 J，兩者基本一致。
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下載本案例源文件，提取碼為835f。源文件版本為ANSYS2020R2。
展開(kāi) ANSYS與材料力學(xué)系列教程之扭轉(zhuǎn)（一）
前面的幾篇文章中，我們介紹完了材料力學(xué)的第二章——材料拉伸與壓縮方面的內(nèi)容以及相應(yīng)的ANSYS解法，今天我們正式開(kāi)始學(xué)習(xí)材料力學(xué)第三章——扭轉(zhuǎn)。
工程中，當(dāng)直桿受到的外力是作用在垂直于桿軸線的平面內(nèi)的力偶，桿將會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。單純發(fā)生扭轉(zhuǎn)的桿件不多，但以扭轉(zhuǎn)為主要變形的卻不少，如傳動(dòng)軸，鉆桿等。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)我們可以直接用扭轉(zhuǎn)變形對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。
桿的扭轉(zhuǎn)和桿的拉壓可以
對(duì)比學(xué)習(xí)：桿受到拉（壓）時(shí)，產(chǎn)生拉（壓）應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)變，桿受到扭轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生切應(yīng)力τ和切應(yīng)變?chǔ)茫焕瓑簳r(shí)，在比例極限范圍內(nèi)，拉應(yīng)力和拉應(yīng)變成正比，扭轉(zhuǎn)時(shí)，在比例極限范圍內(nèi)，切應(yīng)力和切應(yīng)變成正比。
τ=Gγ
當(dāng)我們研究桿件軸力與截面位置的關(guān)系時(shí)，需要繪制軸力圖；同樣，當(dāng)我們研究桿件扭矩與截面位置的關(guān)系時(shí)，需要繪制
扭矩圖。與繪制軸力圖的方法一樣，繪制扭矩圖也用到
截面法來(lái)計(jì)算扭矩。下面討論例題3-1的材料力學(xué)解法和AMSYS解法。
一、材料力學(xué)解法：
Step1：分析受力，并計(jì)算外力偶矩。受力計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示：
Step2：由軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，使用截面法計(jì)算各軸段的扭矩。
Step3：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制扭矩圖如下圖所示：
根據(jù)扭矩圖可以看出，最大扭矩Tmax發(fā)生在CA段，其值為9.56kN·m。
二、ANSYS解法：
使用ANSYS求解該問(wèn)題時(shí)，我們從以下幾個(gè)方面入手：
1.
展開(kāi) ANSYS分析 vs 理論解 | 矩形截面梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)
扭轉(zhuǎn)角rad
PLNSOL, S,XY, 0,1.0 !切應(yīng)力
來(lái)源：ANSYS學(xué)習(xí)與應(yīng)用
Ansys Zemax | 確保自由曲面設(shè)計(jì)的可制造性
本文專門(mén)介紹使用單點(diǎn)金剛石車(chē)床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù)，解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外，還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進(jìn)行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車(chē)床（圖 1）進(jìn)行直接切割，或者更常見(jiàn)的是利用切割模具來(lái)加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機(jī)（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側(cè)面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應(yīng)的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對(duì)而言，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱表面子午斜率對(duì)于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個(gè)參數(shù)是 “弧矢斜率” 角度。當(dāng)我們?cè)谌S金剛石車(chē)床上加工自由曲面時(shí)，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來(lái)回移動(dòng)，以加工非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個(gè)圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準(zhǔn)確地說(shuō)，刀具在表面上產(chǎn)生螺旋軌跡，但螺旋的步長(zhǎng)非常小，在大多數(shù)情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對(duì)于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個(gè)方向測(cè)量斜率
有時(shí)，從加工的角度來(lái)看，將工件放置在平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來(lái)幾乎是直線。在這種情況下，我們應(yīng)該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開(kāi) 初學(xué)ANSYS的自由模態(tài)分析
jiangyemotaifenxi.avi
初學(xué)ANSYS的自由模態(tài)分析：
槳葉的自由模態(tài)分析：
槳葉形狀如圖所示，尺寸為29寸逆槳。
材質(zhì)預(yù)設(shè)為Structural steel。
任何物體在自由狀態(tài)下都存在 6 個(gè)剛體運(yùn)動(dòng) - 三個(gè)方向的平移和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。如果不施加任何約束進(jìn)行模態(tài)分析，則至少會(huì)出現(xiàn) 6 個(gè)零頻率，稱為剛體模態(tài)。
槳葉的前六階為零頻和接近零頻。
固有頻率：是指結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在受到外界激勵(lì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，只由系統(tǒng)本身性質(zhì)決定的特定的頻率。
固有頻率也稱為自然頻率。物體做自由振動(dòng)時(shí)，其位移隨時(shí)間按正弦或余弦規(guī)律變化，振動(dòng)的頻率僅與系統(tǒng)固有特性有關(guān)如質(zhì)量、形狀、材質(zhì)等有關(guān)，其對(duì)應(yīng)周期稱為固有周期。
固有頻率與外界激勵(lì)沒(méi)有關(guān)系，是結(jié)構(gòu)的一種固有屬性。不管外界有沒(méi)有對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，結(jié)構(gòu)的固有頻率都是存在的，只是當(dāng)外界有激勵(lì)時(shí)，結(jié)構(gòu)是按固有頻率產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)的。
固有頻率做為某一物體的固有屬性,在某種程度上,就跟物體的大小的概念一樣,當(dāng)物體的性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)才會(huì)改變。
實(shí)際的分析對(duì)象是無(wú)限維的，所以其模態(tài)具有無(wú)窮階。但是對(duì)于運(yùn)動(dòng)起主導(dǎo)作用的只是前面的幾階模態(tài)。所以計(jì)算時(shí)根據(jù)需要計(jì)算前幾階的。
展開(kāi) Ansys Zemax | 確保自由曲面設(shè)計(jì)的可制造性
概要
本文專門(mén)介紹使用單點(diǎn)金剛石車(chē)床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù)，解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外，還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進(jìn)行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車(chē)床（圖 1）進(jìn)行直接切割，或者更常見(jiàn)的是利用切割模具來(lái)加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機(jī)（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側(cè)面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應(yīng)的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對(duì)而言，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱表面子午斜率對(duì)于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個(gè)參數(shù)是 “弧矢斜率” 角度。當(dāng)我們?cè)谌S金剛石車(chē)床上加工自由曲面時(shí)，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來(lái)回移動(dòng)，以加工非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個(gè)圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準(zhǔn)確地說(shuō)，刀具在表面上產(chǎn)生螺旋軌跡，但螺旋的步長(zhǎng)非常小，在大多數(shù)情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對(duì)于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個(gè)方向測(cè)量斜率
有時(shí)，從加工的角度來(lái)看，將工件放置在平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來(lái)幾乎是直線。在這種情況下，我們應(yīng)該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開(kāi) ANSYS Fluent 邊界條件（二）之outflow自由出口
ANSYS Fluent 邊界條件outflow自由出口的介紹及使用。
一、outflow簡(jiǎn)介
當(dāng)出口壓力與速度均未知時(shí)，可以使用Outflow邊界條件。該邊界通常無(wú)需定義任何物理參數(shù)，F(xiàn)luent利用計(jì)算域內(nèi)部信息通過(guò)數(shù)值外插獲取該邊界上的物理量分布。
Fluent將outflow邊界視作充分發(fā)展邊界，假設(shè)該邊界上的流動(dòng)滿足充分發(fā)展流動(dòng)假設(shè)。充分發(fā)展的流動(dòng)是流動(dòng)速度分布(和/或其他性質(zhì)的分布，如溫度)在流動(dòng)方向上不變的流動(dòng)。需要注意的是，在Outflow邊界上只有法向方向的擴(kuò)散通量為零，切向方向依然可以存在梯度。
二、使用限制
入口為壓力入口時(shí)，不可以使用outflow，此時(shí)應(yīng)該使用壓力出口；
outflow邊界不能用于可壓縮流動(dòng)，不可壓縮流動(dòng)最好用壓力出口；
在不可壓縮的情況下，歐拉模型或混合多相模型可以使用outflow邊界。但如果出口可能產(chǎn)生回流，或流場(chǎng)在出口位置非充分發(fā)展時(shí)，通常使用壓力出口邊界。
三、使用說(shuō)明
在完全展開(kāi)的流中，流出邊界條件是遵循的，其中出口方向上所有流動(dòng)變量的擴(kuò)散通量為零。但是，也可以在流動(dòng)尚未完全展開(kāi)的物理邊界處定義流出邊界，如果出口處的零擴(kuò)散通量假設(shè)預(yù)計(jì)會(huì)對(duì)流動(dòng)解決方案產(chǎn)生很小的影響，則可以放心使用。
位置A作為Outflow邊界通常會(huì)計(jì)算不收斂，計(jì)算結(jié)果通常是無(wú)效的。因?yàn)樵撐恢么嬖趪?yán)重的流動(dòng)回流，通過(guò)該邊界的質(zhì)量流量是不確定的。此時(shí)應(yīng)當(dāng)使用壓力出口邊界；
位置B位于后向臺(tái)階再循環(huán)再附點(diǎn)附近。在該位置使用Outflow邊界是不合適的。該位置垂直于出口平面的梯度很大，可以預(yù)料到該邊界對(duì)上游流場(chǎng)影響較大，因此在該位置選擇Outflow邊界是不合適的；
位置C所示的出口邊界位于流動(dòng)充分發(fā)展的區(qū)域。
展開(kāi) Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進(jìn)行設(shè)計(jì)
Bajuk，“自由曲面光學(xué)的實(shí)際實(shí)例”，載于《可再生能源與環(huán)境》，OSA 技術(shù)文摘（在線）（美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)，2013 年），論文 FT3B.2。
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展開(kāi) ANSYS求解單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)分析
問(wèn)題： 圖示系統(tǒng)質(zhì)量塊質(zhì)量為m=30kg，彈簧剛度為k=30kN/m并且彈簧質(zhì)量可以忽略，質(zhì)量塊被向左方向推離位置10mm后放手，求此系統(tǒng)的固有頻率、周期和響應(yīng)，以及彈簧所受的力。
理論解：
！1求解系統(tǒng)的固有頻率
finish
/clear
/prep7
et,1,mass21
et,2,combin14
keyopt,1,3,4 !mass21二維無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的質(zhì)量點(diǎn)
keyopt,2,3,2 !2d軸向彈簧
r,1,30
r,2,3e4
n,1
n,2,1,0
type,1
real,1
e,2
type,2
real,2
e,1,2
d,1,all
d,2,uy
/solu
antype,modal
modopt,lanb,1
mxpand,1
solve
/post1
set,list
！2求系統(tǒng)的響應(yīng)曲線
finish
/clear
/prep7
et,1,mass21
et,2,combin14
keyopt,1,3,4
keyopt,2,3,2
r,1,30
r,2,3e4
n,1
n,2,1,0
type,1
real,1
e,2
type,2
real,2
e,1,2
/solu
antype,trans
Trnopt,full
outres,all,all
timint,off
d,1,all
d,2,uy
d,2,ux,0.01
time,1
solve
time,2
kbc,0
ddele,2,ux
timint,on
autots,on
deltim,0.01,,0.1
solve
/post26
nsol,2,2,u,x
plvar,2
prvar,2
最后得到結(jié)果質(zhì)量點(diǎn)的位移響應(yīng)曲線
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Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進(jìn)行設(shè)計(jì)
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在OpticStusio的序列和非序列模式中，我們可以使用各式的工具進(jìn)行自由曲面的光學(xué)設(shè)計(jì)。本文中，我們提供了一個(gè)以切比雪夫多項(xiàng)式表面（Chebyshev Polynomial surface）設(shè)計(jì)出離軸拋物面的范例，且此系統(tǒng)是在系列模式中進(jìn)行設(shè)計(jì)的。另外，在OpticStudio的序列模式中有超過(guò)20種自由曲面供選擇，本文將提到鏡頭數(shù)據(jù)編輯器（Lens Data Editor）中一些好用的篩選功能，可以協(xié)助設(shè)計(jì)者根據(jù)不同的應(yīng)用決定適合的自由曲面。
簡(jiǎn)介
相較于傳統(tǒng)的球形光學(xué)原件，自由曲面是一種復(fù)雜、且擁有更大設(shè)計(jì)自由度的表面。雖然在制程上較為困難，但自由曲面的使用可以大幅的減少系統(tǒng)的體積。自由曲面可被應(yīng)用在各式不同的領(lǐng)域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠(yuǎn)鏡等的設(shè)計(jì)中，早已可見(jiàn)自由曲面的蹤跡。
OpticStudio提供了許多好用的功能，供用戶在序列和非序列模式中進(jìn)行自由曲面的設(shè)計(jì)。這篇文章，我們會(huì)在序列模式中以切比雪夫多項(xiàng)式表面設(shè)計(jì)出離軸拋物面。同時(shí)，我們還會(huì)討論如何快速的針對(duì)不同系統(tǒng)找出適合的自由曲面種類。
切比雪夫多項(xiàng)式表面(Chebyshev Polynomial surface)
在眾多OpticStudio的自由曲面選擇中，唯獨(dú)此表面是由切比雪夫多項(xiàng)式 （Chebyshev Polynomial）所定義的。這種類型的多項(xiàng)式的項(xiàng)次在歸一化方形孔徑上彼此正交，代表構(gòu)成表面幾何形狀的系數(shù)呈線性獨(dú)立。如此一來(lái)，當(dāng)我們對(duì)表面的幾何關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，將不再受到局部最小值（local minima）的限制。與非球面的系統(tǒng)相比，自由曲面的設(shè)計(jì)過(guò)程可因此而變得更直觀。此外，切比雪夫多項(xiàng)式是由卡氏坐標(biāo)推導(dǎo)出的，而多數(shù)的多項(xiàng)式自由曲面則用于描述旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)。
展開(kāi) 【ansys電磁實(shí)例】【APDL】-1-自由空間線圈軸心磁場(chǎng)計(jì)算（附視頻）
一 模型描述：
圓柱形線圈，放置于自由空間。參數(shù)見(jiàn)圖
二 前處理
單元類型solid97,線圈和空氣相對(duì)磁導(dǎo)率均為1 。線圈掃掠網(wǎng)格劃分，空氣四面體網(wǎng)格。線圈定義局部柱坐標(biāo)施加環(huán)形電流。
1 單元類型
2 材料
3 建模
空氣
布爾操作
彈出對(duì)話框-pick all
4 定義屬性
定義局部柱坐標(biāo)
定義體屬性，需要將線圈的坐標(biāo)系定義為11號(hào)
5網(wǎng)格
Ansys 院士私享講堂｜“一天跑完上億自由度”——大規(guī)模裝配-接觸仿真的最新突破
10 月 24 日 · 線下零距離 · 與 Ansys Fellow 朱永誼博士面對(duì)面
當(dāng)產(chǎn)品復(fù)雜度從“零件”躍遷到“系統(tǒng)”，有限元模型動(dòng)輒上億自由度，接觸對(duì)數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。如何讓“超大規(guī)模裝配模型在 8 小時(shí)內(nèi)完成建模-求解-校核”成為日常，而非傳奇？
10 月 24 日（周五）下午，Ansys 總部院士朱永誼博士首次線下開(kāi)講，帶來(lái)四大“黑科技”：
1
混合多點(diǎn)約束
“一個(gè)接觸對(duì)”自動(dòng)識(shí)別固體-殼任意組合，依局部幾何秒選最優(yōu)約束，無(wú)需手動(dòng)修正偏移或?qū)R法向，前處理更省力，結(jié)果更精準(zhǔn)。
2
并行-接觸對(duì)自動(dòng)分割
大接觸對(duì)智能拆分子域，核心數(shù)越高并行效率越穩(wěn)，拆分前后結(jié)果一致，全程無(wú)需手動(dòng)干預(yù)。
3
統(tǒng)一非光滑接觸檢測(cè)
節(jié)點(diǎn)、高斯、Mortar 三法合一，求解器實(shí)時(shí)切換，輕松應(yīng)對(duì)棱邊、角點(diǎn)等極端接觸，復(fù)雜裝配收斂更穩(wěn)健。
4
自適應(yīng)穩(wěn)定求解
隱式?瞬態(tài)?半隱式自動(dòng)接力，局部屈曲、材料軟化、接觸躍遷全程“一鍵求解”，原先難收斂的模型也能順利收斂。
關(guān)鍵詞：混合多點(diǎn)約束方法、接觸檢測(cè)、高性能計(jì)算、自適應(yīng)求解器方案
時(shí)間：2025年10月24日（周五），14:00-16:30
地點(diǎn)：上海
費(fèi)用：免費(fèi)（報(bào)名需審核，請(qǐng)正確填寫(xiě)完整的單位名稱及郵箱等基本信息，以便成功報(bào)名）
嘉賓介紹：
朱永誼 博士 | Fellow, Ansys Inc (Part of Synopsys)
朱永誼博士是Ansys的院士，擁有超過(guò)40年的計(jì)算力學(xué)與有限元研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。
展開(kāi) 基于ANSYS APDL 某梁預(yù)應(yīng)力下的靜力分析（link10與固體通過(guò)cp耦合自由度） ￥30
基于ANSYS apdl參數(shù)化建模
三維模型
線框模型
自重及預(yù)應(yīng)變下的y方向變形云圖
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