ansys自由分析的案例
初學ANSYS的自由模態分析
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初學ANSYS的自由模態分析：
槳葉的自由模態分析：
槳葉形狀如圖所示，尺寸為29寸逆槳。
材質預設為Structural steel。
任何物體在自由狀態下都存在 6 個剛體運動 - 三個方向的平移和三個方向的轉動。如果不施加任何約束進行模態分析，則至少會出現 6 個零頻率，稱為剛體模態。
槳葉的前六階為零頻和接近零頻。
固有頻率：是指結構系統在受到外界激勵產生運動時，只由系統本身性質決定的特定的頻率。
固有頻率也稱為自然頻率。物體做自由振動時，其位移隨時間按正弦或余弦規律變化，振動的頻率僅與系統固有特性有關如質量、形狀、材質等有關，其對應周期稱為固有周期。
固有頻率與外界激勵沒有關系，是結構的一種固有屬性。不管外界有沒有對結構進行激勵，結構的固有頻率都是存在的，只是當外界有激勵時，結構是按固有頻率產生振動響應的。
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,當物體的性質發生變化時才會改變。
實際的分析對象是無限維的，所以其模態具有無窮階。但是對于運動起主導作用的只是前面的幾階模態。所以計算時根據需要計算前幾階的。
展開 ANSYS求解單自由度系統的振動響應分析
問題： 圖示系統質量塊質量為m=30kg，彈簧剛度為k=30kN/m并且彈簧質量可以忽略，質量塊被向左方向推離位置10mm后放手，求此系統的固有頻率、周期和響應，以及彈簧所受的力。
理論解：
！1求解系統的固有頻率
finish
/clear
/prep7
et,1,mass21
et,2,combin14
keyopt,1,3,4 !mass21二維無轉動慣量的質量點
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求系統的響應曲線
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
最后得到結果質量點的位移響應曲線
展開 基于ANSYS APDL 某梁預應力下的靜力分析（link10與固體通過cp耦合自由度） ￥30
基于ANSYS apdl參數化建模
三維模型
線框模型
自重及預應變下的y方向變形云圖
編輯
跳轉
五自由度機械臂運動學分析（三轉動+兩移動自由度） ￥30
1正運動學分析
采用標準的D-h法進行機械腿模型分析：
D-h表如下
（2）通過（1）求解出機器人各位姿變換矩陣后，求解機器人手臂變換矩陣。通過matlab 計算，寫出機器人末端位置。
正運動學分析
根據D-H表規定得到如下變換矩陣為：
由此可得機器人相鄰兩關節位姿分別為：
所以，坐標系{4}相對于基坐標系的變換矩陣為：
相對于基坐標系的旋轉矩陣
位置矢量
根據DH參數求解變換矩陣的函數trans：
%輸入JD，即6個關節變量的值，求解正運動方程
function [ T ] = trans( theta, d, a, alpha )
T =[
cos(theta), -sin(theta)*cos(alpha), sin(theta)*sin(alpha), a*cos(theta);
sin(theta), cos(theta)*cos(alpha), -cos(theta)*sin(alpha), a*sin(theta);
0, sin(alpha), cos(alpha), d;
0, 0, 0, 1 ];
end
3機器人模型建立
所設計的機器人由多個連桿機構組成，其關節類型包括旋轉關節和移動關節兩種。
展開 
Ansys Zemax | 確保自由曲面設計的可制造性
如果進入 OpticStudio 分析 -> 表面 -> 曲率，我們可以檢查整個表面的曲率分布。此圖將曲面的子午、弧矢、x 和 y 曲率顯示為 2D 彩色、等高線圖或 3D 曲面圖（請參閱 OpticStudio 用戶手冊了解更多詳情）。局部半徑和曲率之間的關系很簡單：
曲率半徑 = 1 / 曲率
通常，刀具的尖端半徑和切削邊緣半徑明顯小于光學表面的局部半徑，因此在大多數情況下，我們不必在優化過程中控制它。但在某些復雜形狀表面的特殊情況下可能需要它。在優化的最后階段檢查自由曲面的局部曲率半徑是一種很好的做法，可以確保所選的刀頭沒有問題。
圖10. Alvarez 透鏡第一表面的子午和弧矢曲率
以下是根據三軸金剛石車床上的加工方法需要控制的表面參數匯總表：
考察孔徑外的自由曲面形狀
從光學設計的角度來看，最好不要刻意限制考察孔徑之外的自由曲面形狀，因為額外的限制會降低優化速度，產生額外的局部最小值，并增加無法將設計收斂至最佳系統性能的風險。
如果我們在考察孔徑之外查看我們的 Alvarez 鏡頭（圖 12），我們可以看到表面形狀變化過于劇烈且絕對無法加工。
圖12. Alvarez 透鏡超出其考察區域時的表面形狀
為了將鏡頭放置在鏡筒上，我們應該在 Alvarez 鏡頭上添加一個法蘭。由于我們的 Alvarez 透鏡超出考察孔徑之外的形狀過于激進，我們應該用一些平滑的過渡區域來代替它，該區域將連接通光的考察區域和法蘭。在 DynaOptics 的應用案例中，使用自己的軟件 uVo，它可以自動創建這樣的過渡區域。我們只需指定法蘭 Z 位置以及表面和法蘭之間的徑向間距，uVo 將自動創建一個平滑的過渡區域（圖 13）。
展開 Ansys Zemax | 利用 TrueFreeForm 面進行網格自由曲面的優化
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展開 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簡介
當出口壓力與速度均未知時，可以使用Outflow邊界條件。該邊界通常無需定義任何物理參數，Fluent利用計算域內部信息通過數值外插獲取該邊界上的物理量分布。
Fluent將outflow邊界視作充分發展邊界，假設該邊界上的流動滿足充分發展流動假設。充分發展的流動是流動速度分布(和/或其他性質的分布，如溫度)在流動方向上不變的流動。需要注意的是，在Outflow邊界上只有法向方向的擴散通量為零，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，不可以使用outflow，此時應該使用壓力出口；
outflow邊界不能用于可壓縮流動，不可壓縮流動最好用壓力出口；
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。但如果出口可能產生回流，或流場在出口位置非充分發展時，通常使用壓力出口邊界。
三、使用說明
在完全展開的流中，流出邊界條件是遵循的，其中出口方向上所有流動變量的擴散通量為零。但是，也可以在流動尚未完全展開的物理邊界處定義流出邊界，如果出口處的零擴散通量假設預計會對流動解決方案產生很小的影響，則可以放心使用。
位置A作為Outflow邊界通常會計算不收斂，計算結果通常是無效的。因為該位置存在嚴重的流動回流，通過該邊界的質量流量是不確定的。此時應當使用壓力出口邊界；
位置B位于后向臺階再循環再附點附近。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，可以預料到該邊界對上游流場影響較大，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充分發展的區域。
展開 Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進行設計
Bajuk，“自由曲面光學的實際實例”，載于《可再生能源與環境》，OSA 技術文摘（在線）（美國光學學會，2013 年），論文 FT3B.2。
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展開 Ansys Zemax | 確保自由曲面設計的可制造性
如果進入 OpticStudio 分析 -> 表面 -> 曲率，我們可以檢查整個表面的曲率分布。此圖將曲面的子午、弧矢、x 和 y 曲率顯示為 2D 彩色、等高線圖或 3D 曲面圖（請參閱 OpticStudio 用戶手冊了解更多詳情）。局部半徑和曲率之間的關系很簡單：
曲率半徑 = 1 / 曲率
通常，刀具的尖端半徑和切削邊緣半徑明顯小于光學表面的局部半徑，因此在大多數情況下，我們不必在優化過程中控制它。但在某些復雜形狀表面的特殊情況下可能需要它。在優化的最后階段檢查自由曲面的局部曲率半徑是一種很好的做法，可以確保所選的刀頭沒有問題。
圖10.
展開 Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進行設計
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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行自由曲面的光學設計。本文中，我們提供了一個以切比雪夫多項式表面（Chebyshev Polynomial surface）設計出離軸拋物面的范例，且此系統是在系列模式中進行設計的。另外，在OpticStudio的序列模式中有超過20種自由曲面供選擇，本文將提到鏡頭數據編輯器（Lens Data Editor）中一些好用的篩選功能，可以協助設計者根據不同的應用決定適合的自由曲面。
簡介
相較于傳統的球形光學原件，自由曲面是一種復雜、且擁有更大設計自由度的表面。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的體積。自由曲面可被應用在各式不同的領域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠鏡等的設計中，早已可見自由曲面的蹤跡。
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行自由曲面的設計。這篇文章，我們會在序列模式中以切比雪夫多項式表面設計出離軸拋物面。同時，我們還會討論如何快速的針對不同系統找出適合的自由曲面種類。
切比雪夫多項式表面(Chebyshev Polynomial surface)
在眾多OpticStudio的自由曲面選擇中，唯獨此表面是由切比雪夫多項式 （Chebyshev Polynomial）所定義的。這種類型的多項式的項次在歸一化方形孔徑上彼此正交，代表構成表面幾何形狀的系數呈線性獨立。如此一來，當我們對表面的幾何關系進行優化時，將不再受到局部最小值（local minima）的限制。與非球面的系統相比，自由曲面的設計過程可因此而變得更直觀。此外，切比雪夫多項式是由卡氏坐標推導出的，而多數的多項式自由曲面則用于描述旋轉對稱的系統。
展開 自由模態分析和約束模態分析的區別
結構的模態是與結構本身的特性和約束有關的，至于需要求解自由模態還是約束模態，完全取決于工作的需要，模態分析時的約束方式應與實際工作條件下一致，當然，如果工作時結構沒有約束，如飛機、火箭等，則需要進行只有模態的分析；
2. 在作自由模態分析時，可能會得出前幾階固有頻率為0，這些為0的固有頻率表現為剛體模態；
3. 自由模態和約束模態不能被認為是“帶約束的模態是自由模態的子集，約束后，模態數變少”，模態數與系統的自由度數有關，與約束無關，自由模態和約束模態并沒有什么誰包含誰的概念；
4. 自由模態和工作模態的作用完全一樣，都用于結構的模態分析，自由模態分析的對象主要是無約束的結構，如火箭、飛機等.
文章來源：CAE人內參
展開 
三自由度機械臂運動學分析+仿真 ￥40
具體程序編制如下：
Clear %情況matlab軟件的數據緩存，避免影響本次運行
Clc %清空運行窗口的數據
L(1) = Link( 'd', 0, 'a' , 0.292 , 'alpha', pi/2 ,'offset',0);
L(2) = Link( 'd', 0 , 'a' ,0 , 'alpha', pi/2, 'offset',pi/2);
L(3) = Link( 'd', 0.328, 'a' , 0 , 'alpha',0 ,'offset',0);%
robot = SerialLink(L, 'name' , '機械臂'); %建立三自由度模型
robot.teach; %畫出模型并進行調控
robot.display(); %顯示建立的機器人的DH參數
運行上述程序，即可得到機器人模型如圖 3-3
圖 33機器臂模型
運動空間分析
依據機器人三個自由度的運動范圍，采用三自由度機器人模型進行計算。
展開 【ansys電磁實例】【APDL】-1-自由空間線圈軸心磁場計算（附視頻）
一 模型描述：
圓柱形線圈，放置于自由空間。參數見圖
二 前處理
單元類型solid97,線圈和空氣相對磁導率均為1 。線圈掃掠網格劃分，空氣四面體網格。線圈定義局部柱坐標施加環形電流。
1 單元類型
2 材料
3 建模
空氣
布爾操作
彈出對話框-pick all
4 定義屬性
定義局部柱坐標
定義體屬性，需要將線圈的坐標系定義為11號
5網格
彈性小球自由跌落反彈分析
彈性小球自由跌落反彈分析
某車型機罩自由模態分析 ￥2
摘要：自由模態分析是模態分析的一個重要組成部分，它不考慮任何約束的影響，得到的是結構本身的固有特性。通過自由模態的分析，可以了解結構的性能。本文以某款機罩為例，運用Hypermesh建模，并用nastran進行求解，最后在Hyperview中進行后處理，得到機罩的一階自由模態頻率。
一、網格劃分
通常網格劃分用hypermesh或ansa，比較而言，ansa更具有優勢，針對鈑金件，batch一下，就能得到比較好的質量，基本不用再調質量。以下幾點需要注意：
1、機罩總成需要包邊處理，在幾何處理時，就要考慮內外板包邊，避免內外板網格劃分完了再刪單元補包邊，費時費力還不準確；包邊厚度=2倍外板+內板，材料同外板材料，單獨賦予PID；
2、鉸鏈劃分六面體單元（模態分析也可以劃分殼單元，其他分析，推薦實體單元），厚度方向至少劃分3層，螺栓孔處做washer處理，節點數為偶數；其他打螺栓或者螺釘的孔位均做washer處理。
3、劃分網格時，保證幾何特征，特別是針對一些需要考察的位置，一定要保留幾何特征。
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