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ANSYS——對稱模型對稱邊界的確定以及對稱邊界的約束施加問題

 cloudy855 2022-11-24 發(fā)布于上海

一,、什么是對稱模型(對稱模型的特性)?

1、模型的形狀關于對稱軸對稱

2,、模型的材料一般具有各項同向性,;

3、模型所承受的載荷是對稱的,,即關于對稱軸載荷方向相反,,大小一致;

4,、模型的約束關于對稱軸對稱,。

二、利用模型的對稱特性的目的,?

分析過程中很重要的一步就是對模型做適當?shù)暮喕?,在不影響關心區(qū)域的網(wǎng)格密度的同時控制整個模型的大小。其中的一種方法就是利用模型的對稱性,,只對模型的一部分進行建模分析,。其基本原理就是,如果模型的幾何形狀和載荷滿足一定的對稱條件,,就可以只對其中的一部分進行建模求解,,得到的結果可以代表整個模型的結果。

通過模型的對稱性對一部分模型進行分析不但減少了計算量縮短了計算時間,,而且其分析的部分模型的結果可以用來反映震整個模型的受力情況,。方便建模。

三,、什么是對稱或者反對稱約束(約束條件的施依據(jù)),?

這部分大家細細品味寫的不錯,摘自https://wenku.baidu.com/view/8fece86df18583d048645952.html

1,、對稱邊界條件

在結構分析中是指:不能發(fā)生對稱面外(out-of-plane) 的移動(translations) 和對稱面
(in-plane) 的旋轉(rotations) ,。這句話可以理解為:在結構中施對稱條件為指向邊界的位移和繞邊界的轉動被固定

例如,,若對稱面的法向為X,,如果你在對稱面上的節(jié)點上施了對稱邊界條件,那么:


1)
不能發(fā)生對稱面外的移動導致節(jié)點處的UX(法向位移)0,。
2)不能發(fā)生對稱面內的旋轉導致ROTZ, ROTY ( 繞兩個切線方向的轉角)也為0,。


2、反對稱邊界條件

在結構分析中是指:不能發(fā)生對稱面( out-of- plane)的移動(translations) 和對稱面
(in-plane) 的旋轉(rotations) ,。這句話可以理解為:在結構中施反對稱條件為平行邊界的位移和繞垂直邊界的轉動被固定,。


例如,若對稱面的法向為
X,,如果你在對稱面上的節(jié)點上施了反對稱邊界條件,,那么:


1)
不能發(fā)生對稱面的移動導致節(jié)點處的UYUZ (切向位移)0
2)不能發(fā)生對稱面外的旋轉導致ROTX (法線方向的轉角)也為0,。

四,、怎么對稱和反對稱邊界條件

1、在ANSYS中,,施加對稱約束條件和反對稱約束條件的GUI分別為:

MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Antisymm B.C.>On Nodes

MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Symmetry B.C.>On Nodes

2,、在ANSYS中,施加對稱約束條件和反對稱約束條件的命令操作為:

DSYM,,Lab,,NormalKCN

其中:Lab為對稱的方式:正對稱(Lab=SYMM)或反對稱(Lab=ASYM),。

Normal為對稱面在目前坐標系統(tǒng)(KCN)的法線方向Normal=X,、Y,、Z),。當坐標系為非笛卡兒坐標系時,X代表R,,Y代表θ,,ZΦ坐標系為球坐標系或者環(huán)坐標系)。

注意:

1除了上面的方式,,也可以像一般操作一樣對對稱邊界進行約束的施加,,只要保證對稱邊界的約束條件足夠精確即可。對約束,,表面載荷,,體積載荷和Y方向速度,可以象對任何非軸對稱模型上定義這些載荷一樣來精確地定義這些載荷,。然而,,對集中載荷的定義,過程有所不同,。因為這些載荷大小,、輸入的力、力矩等數(shù)值是在360°范圍內進行的,,即:根據(jù)沿周邊的總載荷輸入載荷值,。

2要指定足夠數(shù)量的約束以防止產(chǎn)生不期望的剛體運動、不連續(xù)或奇異性,。例如,,對實心桿這樣的實體結構的軸對稱模型,缺少沿對稱軸的UX約束,,在結構分析中,,就蘊藏了允許形成虛“voids”

3通過上述的方式進行設置,可以解決對稱面不與坐標系平面平行的問題

4利用對稱性的難點在于要知道施什么樣的邊界條件可以得到對稱的結果,。一個軸或一個對稱面有多個不同的自由度,。對于帶有中間孔的矩形板,其水平對稱軸的垂直位移是相同的,,同樣垂直對稱軸的水平位移是相同的,。雖然這些自由度可以是非零的,但我們可以將其作為零來處理,,并據(jù)之施邊界條件,。如果我們正確的選擇了設置為零的自由度,我們就可以根據(jù)對稱性得到正確的結果,。

五,、2D對稱和3D對稱問題

1、首先需要明確的是:如果使用2D實體單元,,由于都只有UxUy兩個自由度,,無論對稱還是反對稱約束,都不可能去約束轉角自由度,。同樣的,,如果是3D問題,但是采用實體單元建模,,也不可能去約束轉角自由度,,只有在使用了梁單元(2D 3D)殼體單元的情況,才可能約束轉角自由度,。
2,、對于2D問題,建模平面平行于總體坐標系的XOY平面,,2D問題的對稱平面實際上是通過2D建模平面中的對稱線并垂直于2D建模平面的一-個平面,,其兩個切線-一個在2D平面中,即該對稱線,,另一個垂直于2D建模平面:其法線在2D建模平面中,,與對稱線垂直。

對于2D平面中對稱和反對稱條件的設置

(1)對稱條件:沿對稱線法向的位移和繞對稱線的轉角為零,。
(2)反對稱條件:沿對稱線的位移和在建模平面內的轉角為零,。
此外仍需注意,根據(jù)前一點所述,,
如果只定義2D實體單元,,則沒有轉角的條件:如果定義了2D梁單元才有轉角的條件

相關實例分析可見:《ANSYS——分析實例,,平面對稱問題

五,、對稱面與任一坐標軸面不平行時如何處理,?

設置對稱或反對稱條件,可以直接使用 ANSYS 在施位移約束部分提供的 Symm Anti-symm 條件來設置,,當對稱面與總體坐標系平面不平行時,,ANSYS 自己會進行處理;如果自己設置,,則必須創(chuàng)建一個與對稱面平行的局部坐標系,,在其中施對稱或反對稱條件

可以在DM中使用symmetry的命令,自動創(chuàng)建出對稱面,。然后打開mechanical后,,自動定義了對稱條件。

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