邊界條件的設(shè)置
關(guān)注創(chuàng)建者：乘風(fēng)破浪_ 創(chuàng)建時(shí)間：2023-08-30
邊界條件的設(shè)置的視頻教程
完全掌握workbench邊界條件設(shè)置和加載設(shè)置
workbench邊界條件設(shè)置和加載設(shè)置。 筆者沒(méi)有見(jiàn)過(guò)一本教材，將它們?nèi)繌氐椎恼f(shuō)清楚。 但愿本教程可以完成這個(gè)任務(wù)。
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邊界條件的設(shè)置的實(shí)例教程
在CFD計(jì)算時(shí)邊界條件的設(shè)置是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，邊界條件的準(zhǔn)確與否會(huì)直接影響最終的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算的收斂速度，計(jì)算假設(shè)的合理性等等。邊界條件表示的是使用數(shù)學(xué)的方法將求解域與外部空間相互作用的結(jié)果，使用邊界上條件進(jìn)行假設(shè)。值得注意的是一個(gè)CFD求解精度只能達(dá)到邊界條件的精度。
1.邊界條件類(lèi)型概述
從求解空間上分可以分為內(nèi)流場(chǎng)和外流場(chǎng)：
下圖是內(nèi)流場(chǎng)示意圖，一般類(lèi)型的內(nèi)流場(chǎng)包含了入口、出口和壁面。入口有速度入口、質(zhì)量流量入口和總壓入口；出口有出口和靜壓出口；壁面有光滑壁面、粗糙壁面、移動(dòng)壁面、絕熱壁面等等。在STARCCM+中使用不同的圖標(biāo)表示出來(lái)。
下圖是外流場(chǎng)示意圖，一般類(lèi)型的外流場(chǎng)包含了入口、出口和壁面。入口有速度入口、質(zhì)量流量入口和總壓入口；出口有出口和靜壓出口；目標(biāo)壁面有光滑壁面、粗糙壁面、移動(dòng)壁面、絕熱壁面等等；地面有光滑壁面、粗糙壁面、移動(dòng)壁面、絕熱壁面等等；頂部面有對(duì)稱和滑移等。在STARCCM+中使用不同的圖標(biāo)表示出來(lái)。
2.壁面邊界條件
在流動(dòng)狀態(tài)下壁面邊界條件包含三種情況，剪切應(yīng)力的假設(shè)、表面粗糙度假設(shè)、表面速度假設(shè)。如下圖所示，剪切應(yīng)力假設(shè)：當(dāng)表面設(shè)置為滑移狀態(tài)時(shí)表面速度與求解域內(nèi)第一層網(wǎng)格內(nèi)速度相等，反之當(dāng)表面無(wú)滑移時(shí)表面速度為0；粗糙度假設(shè)：當(dāng)表面設(shè)置為0時(shí)表面速度將不受粗糙度K的影響，反之則受影響；表面速度假設(shè)：相當(dāng)于在壁面設(shè)置了速度矢量，表面的速度為u不再為0，那么整個(gè)求解域的計(jì)算將受到壁面速度u的影響。
表面速度假設(shè)對(duì)整場(chǎng)速度分布的影響最大，以一個(gè)案例來(lái)解釋對(duì)整場(chǎng)速度分布的影響如下圖所示。求解域有一個(gè)進(jìn)口，兩個(gè)出口，最頂部的壁面考慮靜止和移動(dòng)后對(duì)整場(chǎng)速度的影響。
展開(kāi) 本篇以AZO-Ag-AZO三層平面薄膜為例，在計(jì)算該結(jié)構(gòu)的透射率、吸收率或反射率等參數(shù)過(guò)程中，通過(guò)不同的邊界條件設(shè)置實(shí)現(xiàn)了計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存的縮減，提高仿真效率。
1. 結(jié)構(gòu)布置
2. 模型三維示意圖：中間為Ag層，上下兩層為AZO層
3. 三維FDTD仿真區(qū)域設(shè)定
4. 最常見(jiàn)的構(gòu)造二維周期無(wú)限大結(jié)構(gòu)的方方法是設(shè)置兩對(duì)周期性邊界條件：x min，x max，y min，y max均為periodic。
5. 常見(jiàn)FDTD區(qū)域俯視圖
6. 特殊的，若結(jié)構(gòu)在X或Y方向?qū)ΨQ分布，可選擇該方向上的symmetric條件
7. 結(jié)構(gòu)在X方向?qū)ΨQ分布的FDTD區(qū)域，只計(jì)算其中一半?yún)^(qū)域的電磁場(chǎng)特征
8. 若結(jié)構(gòu)平面在X和Y方向上均對(duì)稱分布，可選其中一組為Anti-symmetric條件
9. 在對(duì)稱-反對(duì)稱邊界條件的設(shè)置下，僅計(jì)算模型FDTD區(qū)域的1/4
10. 三種情況下分別對(duì)應(yīng)的計(jì)算內(nèi)存要求，依次遞減。
11. 上下AZO層厚度不同時(shí)在550 nm波長(zhǎng)下的透射率譜
總結(jié)：周期性邊界條件的設(shè)定可為特殊結(jié)構(gòu)制定合適的計(jì)算策略，可大大降低模型仿真對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的要求，縮減計(jì)算時(shí)間，提高計(jì)算效率，尤其是對(duì)需要大量參數(shù)化掃描結(jié)構(gòu)計(jì)算的情形。
最后,有相關(guān)需求,歡迎通過(guò)公眾號(hào)聯(lián)系我.
公眾號(hào):320科技工作室.
展開(kāi) 最近，在做超臨界CO2流體的傳熱和流動(dòng)模擬，邊界條件的設(shè)置總是不太清楚，請(qǐng)高手們指點(diǎn)下
在前處理軟件中應(yīng)完成材料、殼單元厚度、螺栓焊縫等除邊界條件以外的其他設(shè)置。腳本會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)通用接觸（包含接觸屬性，摩擦系數(shù)0.15），除此之外的其他接觸仍需在前處理中設(shè)置好。</p><p class="ql-align-justify">注2：擠壓工況包括X、Y兩個(gè)方向，腳本會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建擠壓柱和剛性墻體，但由于電池pack的尺寸與空間位置不同，擠壓柱和墻體的位置需在abaqus的Assembly模塊中手動(dòng)調(diào)整到合適位置，適應(yīng)不同電池包，再提交計(jì)算。除擠壓以外的其他工況不用做任何修改，直接提交計(jì)算即可。</p><p class="ql-align-justify">注3：有任何問(wèn)題可留言交流，歡迎指出bug</p><p class="ql-align-justify"><strong>附件為腳本文件，并附上國(guó)標(biāo)GB38083-2022供大家參考</strong></p><p><br></p>
展開(kāi) 2、Layer Stack中的邊界條件設(shè)置
在Layer Stack中對(duì)于邊界條件的設(shè)置都位于Analysis區(qū)域，如下圖，包括Etch，Rough和Solver三個(gè)部分，對(duì)每一個(gè)金屬層，都可以指定這三項(xiàng)設(shè)置。
? Etch：控制本層的橫截面形狀。
Etch factor（蝕刻因子）定義如下：
etch_factor = layer_thickness / (bottom_dimension - top_dimension) / 2
當(dāng)top值大于bottom時(shí)，蝕刻因子為負(fù)，top值小于bottom時(shí)，蝕刻因子為正。在HFSS中，只有信號(hào)層具有蝕刻因子，介質(zhì)層和負(fù)信號(hào)層不具有信號(hào)因子。
? Rough：設(shè)置本層的金屬表面粗糙度。
金屬表面粗糙度與傳導(dǎo)損耗有關(guān)。其中Top，Bottom和Side的表面粗糙度都可以獨(dú)立設(shè)置。對(duì)于Groisse模型，可將表面粗糙度模型定義為值或變量，Groisse是傳統(tǒng)模型，不具有因果性，僅適用于頻域計(jì)算。最大阻抗倍增因子限制為2，對(duì)應(yīng)高度拋光導(dǎo)體表面。傳統(tǒng)項(xiàng)目默認(rèn)使用Groisse模型。對(duì)于Huray模型，還需要設(shè)置Nodule radius和Hall-Huray surface ratio。Huray模型具有因果性。
? Solver控制HFSS 3D Layout在低頻時(shí)對(duì)本層金屬的處理方法。
推薦使用DC thickness，并設(shè)置為Effective，可以在只使用面網(wǎng)格的情況下，準(zhǔn)確計(jì)算金屬的低頻損耗。
文章來(lái)源于南京安世亞太，作者朱秀珍
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邊界條件的設(shè)置的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
邊界條件的設(shè)置的最新內(nèi)容
初始模型如下：
在step中使用熱力耦合分析步，在子程序中引入溫度相關(guān)的變形梯度
邊界條件設(shè)置：初始溫度場(chǎng)293K，同時(shí)設(shè)定Y+方向?yàn)?93K，所有熱相關(guān)參數(shù)均使用文章的相關(guān)參數(shù)，左側(cè)固定，右側(cè)施加位移邊界條件，并使用C3D8T單元進(jìn)行網(wǎng)格離散。
邊界條件設(shè)置為下端鋼板固定，上端下壓。
模擬結(jié)果如下：
應(yīng)力分布結(jié)果：
晶粒1的剪切滑移：
晶粒2的剪切滑移：
晶粒50的剪切滑移：
單元標(biāo)號(hào)5變形結(jié)束后的50個(gè)歐拉角分布：
如果AI能夠自動(dòng)在軟件中設(shè)置邊界條件，也是可以的，但是目前都是人工設(shè)置，畢竟我們?nèi)斯ぷ约河袝r(shí)候都搞不明天邊界條件如何設(shè)置，更何況AI來(lái)設(shè)置了.
目前網(wǎng)絡(luò)上最成功的AI設(shè)計(jì)莫過(guò)于發(fā)動(dòng)機(jī)的AI設(shè)計(jì)了，形如人體構(gòu)造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，3D打印出來(lái)。當(dāng)然其結(jié)果是合理的。
邊界條件參照ASTM標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，即在 125 mm × 75 mm 矩形框內(nèi)支撐試件，僅約束面內(nèi)平移自由度，不約束法向。插件的邊界建模即復(fù)現(xiàn)了這一試驗(yàn)構(gòu)型。
第四步：邊界條件與載荷設(shè)置（核心步驟）
固定端約束：
點(diǎn)擊 Static Structural -> Support -> Fixed Support。
選擇彈簧的底部端面，點(diǎn)擊 Apply。
給定位移（代替未知力）：
點(diǎn)擊 Static Structural -> Supports -> Displacement。
Ansys 案例研究 | 吉他弦調(diào)弦前后的頻率分析1個(gè)月前
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</figure><p class="ql-align-center"><em style="color: rgb(136, 136, 136);">圖 3 邊界條件設(shè)置
基于ABAQUS的拱橋三維拓?fù)鋬?yōu)化1個(gè)月前
圖2 邊界條件設(shè)置
【優(yōu)化參數(shù)設(shè)置】首先在ABAQUS中設(shè)置拓?fù)鋬?yōu)化，選擇凍結(jié)荷載和邊界區(qū)域，然后設(shè)置應(yīng)變能和體積，通過(guò)不斷縮小體積閾值實(shí)現(xiàn)規(guī)定條件下的最大剛度，本次體積閾值分別設(shè)置為0.1，0.2和0.3。
圖2 優(yōu)化參數(shù)設(shè)置
【優(yōu)化結(jié)果云圖】提取在不同閾值下的結(jié)構(gòu)云圖。
有限元分析結(jié)果顯示，上柱窩與下柱窩作為主要受力集中區(qū)域，其峰值應(yīng)力分別約為 330?MPa 與 334?MPa，均處于材料屈服強(qiáng)度以下，且應(yīng)力分布連續(xù)、無(wú)數(shù)值異常，驗(yàn)證了模型的可靠性與邊界條件設(shè)置的合理性。
綁定、無(wú)摩擦與摩擦接觸的對(duì)比分析1個(gè)月前
圖 3 梁與柱之間的摩擦接觸
4、定義分析設(shè)置并施加邊界條件。
設(shè)置兩個(gè)分析步：
第一步，施加螺栓預(yù)緊力；
第二步，在梁的頂面施加豎向荷載。
邊界條件示意圖如圖 4 所示。施加螺栓預(yù)緊力時(shí)需要建立局部坐標(biāo)系，且z 軸需與螺栓軸線保持一致（見(jiàn)圖 5）。
第四步：邊界條件與載荷設(shè)置
時(shí)間：13:00 - 14:30
4.1 工況管理器配置
李工使用PreSys 2026R1新增的工況管理器，統(tǒng)一配置側(cè)碰工況。
