同時空間時間聚焦
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-05
同時空間時間聚焦的實例教程
如何在ANSYS WORKBNCH中施加一個同時隨時間和空間變化的載荷
注：本文轉自宋博士的博客
如何在ANSYS WORKBENCH中施加一個同時隨時間和空間變化的載荷？
例如對一個長為1米，截面是50mm*50mm的梁，施加一個隨時間和軸線坐標X變化的載荷
其變化規(guī)律是
這里的x是從左端點開始的桿件上各點的X坐標
而t是時間。
因此這是一個 瞬態(tài)動力學問題。要求在此載荷規(guī)律作用下梁的變形。
下面是用ANSYS WORKBENCH計算該問題的過程。
（1）打開ANSYS WORKBENCH14.5。
（2）創(chuàng)建瞬態(tài)動力學項目示意圖。
（3）創(chuàng)建幾何模型。
雙擊geometry,打開DM,在其中創(chuàng)建一個長1米，截面是50mm*50mm的長方體。
其細節(jié)視圖的設置是
然后退出DS.
（4）創(chuàng)建局部坐標系。
雙擊Model，進入到mechanical中，并把長度單位切換成米，角度單位切換成radian.然后添加一個局部坐標系，把該坐標系的坐標原點定位在長方體的上表面的左邊一個頂點上。
該坐標系用于對后面施加的載荷提供坐標系，以確定方程中的X是從哪里開始定義的。
（5）劃分網(wǎng)格。
設置單元尺寸為25mm,劃分網(wǎng)格如下
（6）設置載荷步。
對于分析設置進行如下定義
即計算1秒，而只有1個載荷步，該載荷步被均分為10個載荷子步。
（7）固定左端面。
選擇左邊的端面進行固定。
（8）施加隨時間和空間變化的分布載荷。
選擇上表面，施加分布載荷。在其細節(jié)視圖的magnitude中首先選擇function.說明要用函數(shù)進行定義
然后在magnitude中輸入表達式如下
注意到此時的坐標系統(tǒng)切換成了上面定義的坐標系。
展開 無論是在交通安全導航，還是在游戲、家庭影院中營造逼真聲場，聲音的空間屬性都至關重要。
我們如何定位聲音？
首先，聽覺系統(tǒng)會利用雙耳時間差（圖1a）。
正前方或正后方傳來的聲音會同時到達雙耳。但如果聲源偏左或偏右，聲音就會先后到達兩只耳朵，產(chǎn)生微小的時間差。從另一個角度看，雙耳接收到的其實是同一聲音的不同相位。
兩耳時差 圖1a：當聲音來自前方，雙耳時間差為零（左）。當聲音來自側面，頭的尺寸約為20厘米，聲速為340米/秒，最大時差為0.58毫秒（右）
在低頻情況下，我們的大腦能很好地解析相位差。但頻率升高后，波長可能短于頭部尺寸，導致雙耳接收到的相位出現(xiàn)混淆，甚至出現(xiàn)“虛假匹配”（圖1b）。
兩耳相位差 圖1b：通常耳朵會感測到相位差（左），根據(jù)頻率和入射角度，它們可以檢測到虛假相位匹配（右）。
幸運的是，我們還有第二條線索：頭部遮擋效應。
當聲音從側面?zhèn)鱽?，頭部會在另一側形成“聲影區(qū)”。頻率越高，遮擋效果越明顯。低頻聲音波長較長，能繞過頭部，雙耳聽到的聲音強度相近；而高頻聲音波長較短，會被頭部阻擋，導致遠離聲源的那只耳朵聽到的聲音變弱。
此外，耳廓的形狀也會提供重要的頻譜線索。
耳廓不僅會阻擋非正前方的高頻聲，其復雜結構還會對聲音進行反射和濾波，增強或減弱某些頻率。你可以試著轉動頭部感受一下：當偏離聲源時，高頻會略微減弱——這種細微變化平時不易察覺，卻是定位聲源的重要依據(jù)。
雙耳聲記錄和重放
我們通常需要雙耳才能獲得真實的空間聽感，因為左右耳的聽覺差異是定位聲源最強的線索。
展開 同時，構建各向異性共暴露晶面被認為是一種使光生電子和空穴實現(xiàn)晶面選擇性高效空間分離的新手段，電子和空穴沿不同方向向表面遷移可以有效抑制其在體相和表面的復合程度，極大促進光催化性能。然而目前這兩種手段還很少被同時用于調節(jié)光生電荷遷移與空間分離。能否利用層結構調控與暴露晶面協(xié)同作用促進CO2還原性能增強是一項很值得探索的課題。
【成果簡介】
中國地質大學（北京）材料科學與工程學院資源綜合利用與環(huán)境能源新材料創(chuàng)新團隊黃洪偉教授、張以河教授與紐卡索大學馬天翼博士指導博士生陳芳，以層狀鉍系材料BiOIO3單晶納米片為研究對象【之前該課題組已經(jīng)通過增強宏觀極化來提高此材料的電荷分離和光催化以及壓電催化性能（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 11860–11864）】，可控制備了厚度可調的BiOIO3{010}/{100}晶面結，用于高效光催化轉化CO2氣體。通過控制合成條件，實現(xiàn)了BiOIO3單晶納米片沿[010]方向（層堆積方向）厚度的逐漸減小，從而縮短了體相電荷向表面的遷移距離，增強了光催化性能。然而研究人員發(fā)現(xiàn)該納米片并不是厚度越薄性能越高，當{010}面暴露比例為77.4%時，BiOIO3納米片光催化性能最高， 其CO2還原制CO產(chǎn)率達到其塊體的300%。通過結合對不同晶面的第一性原理計算和選擇性光沉積實驗發(fā)現(xiàn)，{010}晶面為電子聚集的還原位點面，而{100}為空穴聚集的氧化位點面。構建薄層結構有效縮短了光生電子層間遷移至表面還原位點的路徑，同時具有合適比例的{010}/{100}晶面結使電子和空穴在兩晶面間實現(xiàn)高效選擇性空間分離，兩種效應共同促進BiOIO3納米片高的CO2光還原活性。
展開 但是，此法如果用表格輸入，所加的載荷只能隨單一坐標變化，不能隨時間變化；如果用函數(shù)輸入，可以以時間及某一坐標為自變量，但要有這樣的函數(shù)；而且，此法并不利于大量數(shù)據(jù)的輸入。這個帖介紹用external data的方法，這個方法只能用表格方式輸入，但可以施加隨三個方向的坐標變化同時隨時間變化的載荷。輸入支持坐標值，temperature，pressure，heat transfer coefficient，displacement(beta)。
施加同時隨三向坐標和時間變化的載荷.pdf
具體操作方法如下（以一塊10*10*1的板為例子）：
1.
在excel（或txt等）生成坐標及載荷文件。其中第一至三列分別為x、y、z坐標值，第四列是pressure，第五列是displacement。數(shù)據(jù)的使用后面再說。這里建議大家把excel文件另存為csv格式，因為記得以前apdl導出數(shù)據(jù)時都是csv格式的，個人覺得這種格式對于后面的導入數(shù)據(jù)比較方便。
2.導入第一步中生成的數(shù)據(jù)。先把external data拖出來，然后連到分析模塊的setup位置，如左圖。打開external data，如右圖步驟操作，1選擇需導入文件；2、3選擇數(shù)值的格式，由于之前以csv格式保存，所以這里選擇comma（csv格式的數(shù)據(jù)就是用comma來隔開每列數(shù)據(jù)）；4選擇數(shù)據(jù)類型；5相當于可以弄個局部坐標系。右下角就能看到所導入的數(shù)據(jù)，不知道為什么只顯示10行數(shù)據(jù)（不知道有沒有方法顯示所有數(shù)據(jù)），但確實是已經(jīng)全部導入的。
3.分析時間為2s，第一秒是加壓力，第二秒加位移載荷。
展開 利用派生值求積分
積分的一般形式如下：
其中， 是時間間隔、 是一個空間域，而 則是因變量 的任意一個表達式。表達式可以包括相對空間與時間的派生值，或任何其他派生值。
通過功能區(qū)（在非 Windows? 操作系統(tǒng)中則為‘模型開發(fā)器’）‘結果’部分的“派生值”，可以最便捷地訪問積分選項。
如何將體、面或線積分增加作為派生值。
您可以通過選定對應的數(shù)據(jù)集來引用任何可用的解。表達式框為被積函數(shù)，并支持因變量或派生變量。在瞬態(tài)仿真中，會計算每一個時間步長的空間積分?；蛘?，設定窗口提供了‘數(shù)據(jù)系列操作’，可在此為時域選擇積分選項。這將得到空間和時間的積分。
面積分設定示例，并通過‘數(shù)據(jù)系列操作’增加了額外的時間積分。
平均是另一個與積分相關的派生值。它等于積分結果除以所考察域的體積、面積或長度。平均中的‘數(shù)據(jù)系列操作’還可以將結果除以時間范圍。派生值非常有用，但由于它們僅能用于后處理，所以無法處理所有的積分類型；因此 COMSOL還提供了更加強大和靈活的積分工具。我們將通過下方的模型示例演示這些方法。
傳熱示例模型中的空間和時間積分
我們將介紹一個簡單的傳熱模型，即 (x, y) 二維平面內的單位正方形鋁。上側和右側固定為室溫 (293.15 K)，左側和下側規(guī)定有 的‘廣義流入熱通量’。下圖顯示了 100s 后的穩(wěn)態(tài)解和瞬態(tài)解。
穩(wěn)態(tài)解，點擊圖片放大。100s 后的瞬態(tài)解，點擊圖片放大。
利用組件耦合算子求空間積分
舉例來說，當一個表達式中綜合了幾個積分，或在計算中需要積分，或需要一組路徑積分時，就需要組件耦合算子。可以在對應組件的定義部分中定義組件耦合算子。在這個階段，我們尚未計算這些算子，只是確定了它們的名稱和對象選擇。
如何增加組件耦合算子方便后續(xù)使用。
展開 
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作者：Matthias Scholz
用戶界面設計師、應用聲學博士
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