循環對稱性分析
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
循環對稱性分析的視頻教程
ANSYS-WorkBench基礎教程 剎車盤的循環對稱模型的靜力分析
本課程主要講解了workbench通過循環對稱建模的方式對剎車盤進行靜力分析，并在workbench中調用APDL結果云圖。
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基于workbench的焊點熱循環可靠性仿真分析，免費無聲音，操作細致，提供附件（需購買）練習。
基于workbench的焊點熱循環可靠性仿真分析，免費無聲音，操作細致，提供附件（需購買）練習。熱循環是電子學中最常見的失效模式之一，本例使用Anand粘塑性模型對焊點可靠性進行模擬。這項技術有助于工程師加速預測熱試驗期間的失效時間。
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循環對稱性分析的實例教程
該案例演示了使用循環建模方法和線性攝動解方法進行離心葉輪葉片分析。該問題包括模態分析、全諧分析、使用線性擾動的預應力模態分析、使用非線性擾動的預應力全諧響應分析以及使用線性擾動進行的預應力模態疊加諧響應分析。
循環對稱性分析的結果與從全（360度）模型分析獲得的參考結果進行了驗證。
介紹
循環對稱建模是分析具有圍繞對稱軸360度重復幾何圖案的結構的有力工具。循環對稱性存在于許多土木工程結構中，如圓頂、冷卻塔和工業煙囪。也可以在機械設備中找到，例如銑刀、渦輪葉片盤、齒輪、風扇和泵葉輪。
循環對稱模型可以使用整個結構的單個部分（稱為基扇區）來求解，從而加強循環子結構之間的連續性和兼容性邊界條件。循環對稱性分析大大減少了模型大小和計算成本。
問題描述
本示例中的葉輪葉片組件是航空航天應用中使用的燃氣渦輪發動機的子系統。
以下模型顯示了單個離心葉輪葉片的循環對稱扇形：
該模型由護罩和扇形角為27.692度的葉輪葉片組件組成。整個模型由13個主葉片和分離器組成，如圖所示：
在循環扇形模型上分別進行了模態、帶線性和非線性基礎靜態解的擾動預應力模態、全諧波、帶非線性基礎靜態解的擾動預應力全諧波、以及帶非線性基礎靜態解的擾動模態疊加諧波分析。
擾動模態循環對稱分析包括線性和非線性靜態分析的初始預應力條件。具有線性靜態解的初始應力狀態由旋轉葉輪組件以及施加在葉輪葉片上的壓力載荷產生。非線性靜態分析的初始應力狀態是由旋轉的葉輪葉片、施加在葉輪葉片上的壓力載荷和施加在葉輪葉組件模型所有節點上的熱載荷產生的。
擾動全諧和擾動模態疊加諧循環對稱性分析包括由于非線性靜力分析而產生的初始預應力條件。初始應力狀態由葉輪組件的旋轉和施加在葉輪葉片組件模型的所有節點上的熱載荷產生。
展開 對于失諧強迫響應分析，以EO表示的強迫/激勵頻率如下：
其中fexcite以Hz為單位，以RPM為單位。
激勵頻率由HARFRQ命令指定。
通常，葉片盤的失諧通常被建模為葉片自由度剛度的小的隨機擾動。葉片n的剛度偏差表示如下：
其中是葉片n的失諧參數。
失諧參數以大小為N×1的陣列參數提供，其中N為葉片數量。使用Option=MIST和Value1=K的CYCFREQ命令定義這些失調參數。
對于擾動模式疊加諧波分析，根據發動機階次激勵施加在風扇葉片上的非定常流動壓力被視為諧波變化的負載。
分析和求解控制
非線性預應力模式疊加諧波循環對稱性-線性擾動調諧響應分析
在實際結構的理想化的調諧分析中，所有葉片在葉片特性（例如剛度）方面被認為是相同的。
要執行具有線性擾動的非線性預應力模式疊加諧波循環對稱性分析，必須首先在靜態解中對具有非線性效應的結構施加預應力。擾動程序用于從預應力狀態進行模態分析，然后進行模態疊加諧波分析。
對于該分析，使用CYCFREQ命令應用EO=2發動機指令激勵，Option=EO，Value1=2。
基于模態疊加諧波分析的模態頻率，選擇具有50個子步長的激勵頻率范圍513.76-538.76 Hz。在這個頻率范圍內，葉片盤的前幾個模式被激發。
以下示例輸入顯示了此分析中的步驟：
非線性預應力模式疊加諧波循環對稱性-具有空氣阻尼的線性擾動失諧響應分析
在失諧響應分析（這是一種現實情況）中，考慮了葉片特性（如剛度）的偏差。
為了利用線性擾動進行分析，程序與非線性預應力模式疊加諧波循環對稱性分析-調諧響應中描述的程序相同，但定義了失調參數。使用帶有Option=MIST的CYCFREQ命令將這些失調參數指定為陣列輸入。
展開 1.如圖所示，取一基本區域作為分析對象
2.進入fem環境，劃分網格。
首先，設置網格匹配：2d dependent mesh,具體設置如圖所示
注意：Type:Symmetric
3.劃分主面2d網格
4.劃分從面2d網格
5.可看到主面和從面上節點的個數和位置是對應的
6.劃分體，用tet10單元
7.設置材料屬性，這些不詳述，材料為鋁
8.進入sim環境
9.點 automatic coupling，具體設置如圖所示
這步的目的主要是設置從而的節點的位移與主面上節點的位移保持一致
10.施加邊界條件：
約束主面的節點第二自由度為0，即旋轉自由度為0
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、學習壓力容器的三維模型處理
2、學習線性靜結構分析步的建立
3、學習壓力容器分析的載荷施加
4、學習壓力容器對稱循環約束的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 壓力容器分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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對于葉輪機，螺旋槳，電機等這一類具有循環對稱結構的機械來說，其建模分析應充分利用此類結構的特點—重復性和軸對稱性，只需通過對基本扇區的建模分析并對結果加以擴展即可得到整體結構的結果。對于模型復雜、扇區較多的結構利用循環對稱分析可以極大的降低計算規模，減少求解時間。
1.基本理論
通常結構的動力學基本模型可以表示為：
式中M、C、K分別為結構的質量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣。
U代表各節點的位移，f為結構的外力。
結構的循環對稱邊界條件可表示為：
ua，ub分別為低角度邊的基本扇區位移和復制扇區位移
Ua`，Ub`分別為高角度邊的基本扇區位移和復制扇區位移
k表示諧波指數，α為扇區角度，N為扇區數量。
2.算例模型
模型的基本參數如下表所示：
材料參數
幾何參數
彈性模量
2E11 Pa
扇區數量
18
泊松比
0.3
葉片長度
1 m
密度
8000 kg/m3
葉片厚度
0.05 m
算例模型及模型的對稱邊界區域如左圖所示，擴展后的模型如右圖：
在實際操作中需保證對稱邊界上幾何體的一致和網格節點的一一對應。設置好模型的邊界條件后還需要施加模型的轉速并先進行預應力求解，本例施加的轉速為1500r/min。最后再進行常規的模態分析。
3.結果分析
由于分析對象是循環對稱結構，所以最終模態結果是按照節徑數排列的。
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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、學習壓力容器的三維模型處理
2、學習線性靜結構分析步的建立
3、學習壓力容器分析的載荷施加
4、學習壓力容器對稱循環約束的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 壓力容器分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件
文章信息
基于離散元循環荷載作用下的邊坡穩定性分析
為了突出Mechanical APDL逆解技術，本示例問題不涉及循環對稱性分析。
建模
NASA Rotor 67風扇葉片盤的單扇區模型在默認設置下用SOLID186單元劃分網格：
葉盤和葉片幾何結構分別劃分網格。葉片和葉盤之間形成接觸對。
循環對稱性分析的結果與從全360°模型分析獲得的參考結果進行了驗證。
介紹
渦輪發動機轉子和葉盤在工業中的能源供應和移動性中起著至關重要的作用，它們是已知存在嚴重振動問題的動態系統。這些振動可能由空氣動力引起。因此，研究葉片的氣動彈性特性在渦輪機械設計中具有重要意義。
氣動彈性現象可分為兩類：強迫響應和顫振。
分析和求解控制
模態循環對稱性分析
要開始循環對稱性分析，在模型創建預處理器/PREP7中發出CYCLIC命令。
CYCLIC命令自動檢測循環對稱模型信息，如邊緣成分、扇區數量、扇區角度和相應的循環坐標系。
可以在預處理器中顯示完全展開的模型（/CYCEXPAND，1，ON）。
Block Lanczos特征求解器用于提取10個模態。
對于葉輪機，螺旋槳，電機等這一類具有循環對稱結構的機械來說，其建模分析應充分利用此類結構的特點—重復性和軸對稱性，只需通過對基本扇區的建模分析并對結果加以擴展即可得到整體結構的結果。對于模型復雜、扇區較多的結構利用循環對稱分析可以極大的降低計算規模，減少求解時間。
1.基本理論
通常結構的動力學基本模型可以表示為：
式中M、C、K分別為結構的質量矩陣
一般，在對各向同性材料結構進行分析時，如果結構的幾何（網格）、邊界約束、載荷均關于某個平面有對稱性，則可以根據對稱性對有限元分析模型進行適當簡化，以減小計算量。
如圖1所示的結構，幾何關于XZ平面對稱。
圖1
當載荷也關于XZ平面對稱時，上述模型可以簡化為圖2所示的二分之一模型，（是不是感覺有點殘忍）。對稱面上節點的約束條件應為UY=0,URX=URZ=0。
圖2 二分之一模型
分析具有對稱結構的零部件的時候，我們采取的通用做法一般是對對稱面施加相應的Symmetry/Anisymmetry/Encastre約束，這樣子雖然沒有錯，但是對稱面之間的力值傳遞沒有，與實際情況多少會有些出入，那么有沒有什么好的方法？
采用循環對稱分析，重編inp文件！
Step-1：導入幾何零部件、建立簡單的材料屬性
Step-2：中間輪緣要與兩側的結構連為一體
在connector
1.如圖所示，取一基本區域作為分析對象
2.進入fem環境，劃分網格。
首先，設置網格匹配：2d dependent mesh,具體設置如圖所示
注意：Type:Symmetric
3.劃分主面2d網格
4.劃分從面2d網格
5.可看到主面和從面上節點的個數和位置是對應的
6.劃分體，用tet10單元
7.設置材料屬性，這些不詳述，材料為鋁
8.進入sim環境
9.
有限元分析應當盡量利用對稱性；但是，對于動態分析，似乎不鼓勵使用對稱性，為什么？
