對稱分析
關(guān)注創(chuàng)建者：Martin007 創(chuàng)建時(shí)間：2018-09-06
對稱分析的視頻教程
ABAQUS案例-旋轉(zhuǎn)對稱子模型分析及旋轉(zhuǎn)對稱模型在溫度場和過盈裝配下的應(yīng)力位移分析與過約束檢查
旋轉(zhuǎn)對稱分析可以大大降低工作量以及計(jì)算量，本課程演示了在何種情況下以及如何采用旋轉(zhuǎn)對稱子模型進(jìn)行整結(jié)構(gòu)分析。本實(shí)例中采用了旋轉(zhuǎn)對稱子模型分析結(jié)構(gòu)在溫度場和過盈裝配下的應(yīng)力位移分布及計(jì)算過盈面總裝配作用力。并演示了如何避免過約束以及如何在局部坐標(biāo)系下查看應(yīng)力和位移。
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workbench 對稱平板結(jié)構(gòu)分析
對稱（結(jié)構(gòu)對稱及邊界對稱）平板進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，為對稱模型的分析提供簡化方法。
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對稱分析的實(shí)例教程
該案例演示了使用循環(huán)建模方法和線性攝動(dòng)解方法進(jìn)行離心葉輪葉片分析。該問題包括模態(tài)分析、全諧分析、使用線性擾動(dòng)的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析、使用非線性擾動(dòng)的預(yù)應(yīng)力全諧響應(yīng)分析以及使用線性擾動(dòng)進(jìn)行的預(yù)應(yīng)力模態(tài)疊加諧響應(yīng)分析。
循環(huán)對稱性分析的結(jié)果與從全（360度）模型分析獲得的參考結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
介紹
循環(huán)對稱建模是分析具有圍繞對稱軸360度重復(fù)幾何圖案的結(jié)構(gòu)的有力工具。循環(huán)對稱性存在于許多土木工程結(jié)構(gòu)中，如圓頂、冷卻塔和工業(yè)煙囪。也可以在機(jī)械設(shè)備中找到，例如銑刀、渦輪葉片盤、齒輪、風(fēng)扇和泵葉輪。
循環(huán)對稱模型可以使用整個(gè)結(jié)構(gòu)的單個(gè)部分（稱為基扇區(qū)）來求解，從而加強(qiáng)循環(huán)子結(jié)構(gòu)之間的連續(xù)性和兼容性邊界條件。循環(huán)對稱性分析大大減少了模型大小和計(jì)算成本。
問題描述
本示例中的葉輪葉片組件是航空航天應(yīng)用中使用的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的子系統(tǒng)。
以下模型顯示了單個(gè)離心葉輪葉片的循環(huán)對稱扇形：
該模型由護(hù)罩和扇形角為27.692度的葉輪葉片組件組成。整個(gè)模型由13個(gè)主葉片和分離器組成，如圖所示：
在循環(huán)扇形模型上分別進(jìn)行了模態(tài)、帶線性和非線性基礎(chǔ)靜態(tài)解的擾動(dòng)預(yù)應(yīng)力模態(tài)、全諧波、帶非線性基礎(chǔ)靜態(tài)解的擾動(dòng)預(yù)應(yīng)力全諧波、以及帶非線性基礎(chǔ)靜態(tài)解的擾動(dòng)模態(tài)疊加諧波分析。
擾動(dòng)模態(tài)循環(huán)對稱分析包括線性和非線性靜態(tài)分析的初始預(yù)應(yīng)力條件。具有線性靜態(tài)解的初始應(yīng)力狀態(tài)由旋轉(zhuǎn)葉輪組件以及施加在葉輪葉片上的壓力載荷產(chǎn)生。非線性靜態(tài)分析的初始應(yīng)力狀態(tài)是由旋轉(zhuǎn)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(jié)點(diǎn)上的熱載荷產(chǎn)生的。
擾動(dòng)全諧和擾動(dòng)模態(tài)疊加諧循環(huán)對稱性分析包括由于非線性靜力分析而產(chǎn)生的初始預(yù)應(yīng)力條件。初始應(yīng)力狀態(tài)由葉輪組件的旋轉(zhuǎn)和施加在葉輪葉片組件模型的所有節(jié)點(diǎn)上的熱載荷產(chǎn)生。
展開 旋轉(zhuǎn)對稱分析可以大大降低工作量以及計(jì)算量，本實(shí)例（附件中inp文件）演示了在何種情況下以及如何采用旋轉(zhuǎn)對稱子模型進(jìn)行整結(jié)構(gòu)分析。本實(shí)例中采用了旋轉(zhuǎn)對稱子模型分析結(jié)構(gòu)在溫度場和過盈裝配下的應(yīng)力位移分布及計(jì)算過盈面總裝配作用力。并演示了如何避免過約束以及如何在局部坐標(biāo)系下查看應(yīng)力和位移。
CAE分析幫助我們擴(kuò)寬了解決工程實(shí)際問題的思路和方法，但CAE的應(yīng)用也不是隨心所欲，因?yàn)镃AE分析需要有較高計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)，就個(gè)人而言，這也是在進(jìn)行復(fù)雜項(xiàng)目時(shí)最頭疼的問題。那是否沒有高性能計(jì)算機(jī)，就一定不能做復(fù)雜的計(jì)算分析呢？答案是否定的，因?yàn)槲覀兛梢詫δＰ瓦M(jìn)行簡化，ansys提供了對稱分析功能，使得我們可以把一個(gè)復(fù)雜，網(wǎng)格規(guī)模龐大的計(jì)算縮小2倍，4倍等，這樣能不斷的縮小計(jì)算規(guī)模，減少計(jì)算成本，這一節(jié)我們就了解下如何實(shí)現(xiàn)使用ANSYS Workbench進(jìn)行對稱分析！
分析具有對稱結(jié)構(gòu)的零部件的時(shí)候，我們采取的通用做法一般是對對稱面施加相應(yīng)的Symmetry/Anisymmetry/Encastre約束，這樣子雖然沒有錯(cuò)，但是對稱面之間的力值傳遞沒有，與實(shí)際情況多少會(huì)有些出入，那么有沒有什么好的方法？
采用循環(huán)對稱分析，重編inp文件！
Step-1：導(dǎo)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(cè)的結(jié)構(gòu)連為一體
在connector中，建立tie連接，將兩側(cè)的結(jié)構(gòu)耦合
Step-3：將兩側(cè)的循環(huán)對稱面也施加相關(guān)的tie約束
由于施加了tie約束，因此節(jié)點(diǎn)之間可以傳遞相應(yīng)的力與位移，不會(huì)像普通的約束那樣造成剛度過大
Step-4：這里，我們做一個(gè)簡單的離心力分析
首先，對心部結(jié)構(gòu)施加固定約束
然后對整體結(jié)構(gòu)施加200rpm的旋轉(zhuǎn)速度
這里，輸入表達(dá)式 “2*pi*200/60” 即可，因?yàn)閜i實(shí)際在abaqus中為內(nèi)建的常量
Step-5：劃分網(wǎng)格
這個(gè)不難
Step-6：輸出inp文件，對其進(jìn)行修改
這里，我們用ultraEdit打開進(jìn)行編輯
先建立一個(gè)對稱循環(huán)坐標(biāo)系
然后對之前對稱面的tie連接進(jìn)行修改
Step-7：提交作業(yè)并做出后處理顯示
展開 對于葉輪機(jī)，螺旋槳，電機(jī)等這一類具有循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的機(jī)械來說，其建模分析應(yīng)充分利用此類結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)—重復(fù)性和軸對稱性，只需通過對基本扇區(qū)的建模分析并對結(jié)果加以擴(kuò)展即可得到整體結(jié)構(gòu)的結(jié)果。對于模型復(fù)雜、扇區(qū)較多的結(jié)構(gòu)利用循環(huán)對稱分析可以極大的降低計(jì)算規(guī)模，減少求解時(shí)間。
1.基本理論
通常結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)基本模型可以表示為：
式中M、C、K分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣。
U代表各節(jié)點(diǎn)的位移，f為結(jié)構(gòu)的外力。
結(jié)構(gòu)的循環(huán)對稱邊界條件可表示為：
ua，ub分別為低角度邊的基本扇區(qū)位移和復(fù)制扇區(qū)位移
Ua`，Ub`分別為高角度邊的基本扇區(qū)位移和復(fù)制扇區(qū)位移
k表示諧波指數(shù)，α為扇區(qū)角度，N為扇區(qū)數(shù)量。
2.算例模型
模型的基本參數(shù)如下表所示：
材料參數(shù)
幾何參數(shù)
彈性模量
2E11 Pa
扇區(qū)數(shù)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(qū)域如左圖所示，擴(kuò)展后的模型如右圖：
在實(shí)際操作中需保證對稱邊界上幾何體的一致和網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的一一對應(yīng)。設(shè)置好模型的邊界條件后還需要施加模型的轉(zhuǎn)速并先進(jìn)行預(yù)應(yīng)力求解，本例施加的轉(zhuǎn)速為1500r/min。最后再進(jìn)行常規(guī)的模態(tài)分析。
3.結(jié)果分析
由于分析對象是循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)，所以最終模態(tài)結(jié)果是按照節(jié)徑數(shù)排列的。
展開 
對稱分析的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
對稱分析的最新內(nèi)容
此示例還演示了如何應(yīng)用軸對稱分析來簡化仿真過程。
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ansys apdl 熱和電磁場分析案例1個(gè)月前
三維電磁感應(yīng)加熱---感應(yīng)加熱的激勵(lì)源為365000HZ的交流電，線圈電流密度為2.04e8A/m^2，線圈和管子的幾何模型如下圖所示：
鋼球的淬火---淬火是把鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻的一種熱處理工藝方法，下圖為鋼球溫度變化曲線：
二維靜態(tài)磁場分析---把螺線管制動(dòng)器作為2D軸對稱模型進(jìn)行分析，計(jì)算銜鐵部分螺線管制動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)部分
循環(huán)對稱分析：適合用于旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，比如渦輪機(jī)械。只建一個(gè)角度段，加循環(huán)邊界條件，就能節(jié)省模型規(guī)模。
磨損預(yù)測功能：我們加入了磨損計(jì)算模型，通過工況和應(yīng)力場計(jì)算結(jié)構(gòu)磨損量。特別適合鏟斗、接觸輪、支撐件等長期磨損部位。
循環(huán)對稱分析：適合用于旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)，比如渦輪機(jī)械。只建一個(gè)角度段，加循環(huán)邊界條件，就能節(jié)省模型規(guī)模。
磨損預(yù)測功能：我們加入了磨損計(jì)算模型，通過工況和應(yīng)力場計(jì)算結(jié)構(gòu)磨損量。特別適合鏟斗、接觸輪、支撐件等長期磨損部位。
在 ANSYS Workbench 中對風(fēng)扇葉片、螺旋槳等循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析的步驟如下：
1. 幾何模型準(zhǔn)備
創(chuàng)建基礎(chǔ)扇區(qū)，在 DesignModeler 或外部 CAD 軟件中，僅建模一個(gè)完整扇區(qū)（例如單個(gè)葉片及其對應(yīng)的輪轂部分）。
確保扇區(qū)的兩個(gè)邊界（起始面和終止面）與旋轉(zhuǎn)對稱軸形成的角度為 360°/n（n 為葉片總數(shù)）。
1）定義載荷隨時(shí)間變化的幅值
圖31 創(chuàng)建幅值
2）定義集中力
圖32 設(shè)置集中力
圖33 設(shè)置集中力F為1000N（取了1/2）
基于對稱性，只分析模型的1/2，因此作用在對稱面上的集中力F也只取了一半，即1000N，而作用在支架自由端上的剪力ps仍然是原來的大?。?6MPa），因?yàn)槠浜x是單位面積上的載荷。
4.載荷和邊界條件
本例中采用的均是對稱模型進(jìn)行分析。材料力學(xué)的受力分析中假設(shè)對稱面上的變形均是滿足對稱結(jié)構(gòu)在對稱載荷下變形亦是對稱的原理。因此，在本例中，對稱面處節(jié)點(diǎn)應(yīng)施加對稱邊界條件（約束對稱面法向位移和兩個(gè)剪切方向的旋轉(zhuǎn)自由度）。在定義不同對稱面的邊界條件時(shí)需要考慮到引用多個(gè)坐標(biāo)系帶來的求解問題。
最近在使用LS-DYNA進(jìn)行二維軸對稱分析時(shí)候，遇到無反射邊界報(bào)錯(cuò)的問題，一個(gè)簡單的算例如下，二維軸對稱分析空氣爆炸，在邊界處施加無反射邊界，通過關(guān)鍵字*BOUNDARY_NON_REFLECTING_2D 添加。
本文主要參考了哈爾濱工程大學(xué)碩士研究生郝晨偉的學(xué)位論文中有關(guān)非對稱船體振動(dòng)分析的相關(guān)內(nèi)容。對對稱和非對稱船體梁兩種模型進(jìn)行模態(tài)計(jì)算和比較。并將國產(chǎn)自主有限元軟件 iSolver 的計(jì)算結(jié)果與國外商業(yè)軟件 Abaqus 的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)對比，從而驗(yàn)證了 iSolver 在復(fù)雜結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析中的高精度、高可靠性以及良好的工程適用性。以下內(nèi)容詳細(xì)介紹了模型建立、計(jì)算過程、結(jié)果分析以及總結(jié)。
過去的一年，天洑各自研軟件功能持續(xù)完善，在前沿技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)一步突破，加速AI賦能，實(shí)現(xiàn)多種成果轉(zhuǎn)化：流體仿真軟件AICFD前前處理、AI網(wǎng)格、AI加速2.0智能化應(yīng)用不斷豐富，可壓縮流分析能力大幅提升；結(jié)構(gòu)仿真軟件AIFEM已全面覆蓋六大結(jié)構(gòu)分析場景，新增的二維平面應(yīng)變、平面應(yīng)力及軸對稱分析已全面覆蓋分析維度；優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件AIPOD全面升級改造為云原生架構(gòu)，在生態(tài)方面開放了應(yīng)用擴(kuò)展框架，在新能源汽車三電系統(tǒng)開發(fā)場景建立了多個(gè)標(biāo)桿案例
