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ANSYS Workbench常用载荷类型

纵横CAE

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正确施加载荷和约束边界条件是进行有限元分析的关键步骤。本篇文章将详细介绍ANSYS Workbench的主要载荷类型，如下图所示。

ANSYS Workbench载荷类型

1. Force：集中力

Loads—>Force，作用在点、线、面上，均匀的分布在所有面上。可以矢量或分量的形式定义，输入数值大小，确定作用方向。

2. Pressure：压力

Loads—> Pressure，只能作用在面上，方向通常垂直于面，指向面内为正，反之为负。可以矢量或分量的形式定义，输入数值大小和方向。

ANSYS Workbench中的压力

3. Line Pressure：线压力

Loads—> Line Pressure，以载荷密度的形式均布作用在边线上，输入数值大小和方向。只能用于三维模拟中。可以用三种方式定义：幅值和向量、幅值和分量、幅值和切向。

4. Moment：力矩

Loads—> Moment，施加在点、线、面上。对于实体，力矩只能施加到面上。施加在面上的力矩，力矩的旋转中心为所选面的几何形心。如果选择多个面，力矩均布在多个面上。遵守右手螺旋法则，可以矢量或分量的形式定义，输入数值大小，确定力矩方向。

5. Reomote Force：远程载荷

Loads—>Reomote Force，施加在点、线、面上，相当于给点、线、面施加一个等效力或等效力矩。可以用矢量或分量的形式定义，输入数值，确定方向和作用点（一般默认）。大质量法中将加速度激励乘以节点质量，得到惯性力，施加在节点上。

6. Hydrostatic Pressure：静水压力

Loads—>Hydrostatic Pressure，在面上施加一个线性变化的压力，模拟结构上的流体载荷。可以分量或矢量的形式定义，输入数值，确定方向。另外，施加静水压力，需要设置流体密度、重力加速度和流体液面位置。

静水压力设置界面

7. Acceleration：加速度

Inertial—> Acceleration，施加在整个模型上。可以用矢量或分量的形式表示，输入数值，确定方向。惯性载荷，必须设置材料密度。加速度经常用于计算过载，动态静强度分析时，利用达朗贝尔法将动载荷变成静载荷，也就是施加一个和加速度方向相反的惯性力。注意：加速度施加在系统上，惯性将阻碍系统的速度变化，因此惯性力的方向与加速度方向相反。

8. StandardEarth Gravity：重力加速度

Inertial—> Standard Earth Gravity，施加在整个模型上，方向定义为整体或局部坐标系的一个坐标轴方向。惯性载荷，必须设置材料密度，物体运动方向与重力加速度的方向相同。

9. RotationalVelocity：角速度

Inertial—> Rotational Velocity，作用在旋转轴、圆孔、圆柱的表面。惯性载荷，必须设置材料密度。整个模型以给定的速率绕轴转动。以分量或矢量的形式定义，输入数值，确定方向。

10. Thermal Condition：热条件

Loads—>Thermal Condition，可以施加在点、线、面、体上，插入温度边界条件，前提是知道系统的温度分布情况。使用热条件进行热固耦合分析时，需确认模型材料是否定义了热膨胀系数。

11. Bolt Pretension：螺栓预紧力

Loads—> Bolt Pretension，选择螺栓的圆柱面、单个体或多个体上，设置Define By为Load和预紧力Preload。给圆柱形截面上施加预紧力以模拟螺栓连接，需要指定一个坐标系，预紧力作用在该坐标系的原点，且方向沿轴向收缩。求解时，自动生成两个载荷步。

螺栓预紧力设置界面

12. Bearing Load：轴承载荷

Loads—>Bearing Load，作用在圆柱内表面或外表面，用于模拟轴与孔接触面上存在法向(径向)压力的作用。以矢量或分量的形式定义，输入数值大小，确定载荷方向。其径向分量将根据投影面积来分布压力载荷，不允许存在轴向分量。每个圆柱面上只能施加一个轴承载荷。注意：若圆柱面被分割为多个面，施加轴承载荷时要同时选中所有面。

来源：纵横CAE

干货｜ANSYS Workbench几何建模工具

通常情况下，CAE前处理时需要简化几何模型，例如去除不需要的孔、圆角、倒角、凸台等，否则即使最简单的物理问题，也很难仿真出满意的结果，然而这些工作需要花费很多精力。前期文章提出了基于UG的CAE‍前处理几何模型简化方法，本文将继续讲解ANSYS Workbench几何建模工具：DesignModeler，以期绘制简单的三维模型，或用于修改和清理导入的几何模型。打开ANSYS Workbench，建立分析流程图，右击Geometry，选择New DesignModeler Geometry，进入几何建模平台。二维图形草绘 Draw：绘制二维草图，与CAD软件相似。Modify：对二维图形进行倒角，剪断，复制，移动等操作。Dimensions：提供测量，尺寸标注，为后续快捷修改提供途径。Constraints：为几何图形施加约束，使其可以变成操作者需要的位置。三维建模操作 Extrude：拉伸操作；Revolve：旋转操作；Sweep：扫掠操作；Skin/Loft：蒙皮/放样操作。Extrude：加宽缩短体工具1）利用extrude去除缩短的体，然后利用delete body删除。2）利用extrude增加加宽的体，然后利用boolean合并。进行拉伸操作时，下方的details view栏里可以修改相关参数：(1) Geometry: 选择要拉伸的曲线；(2) Operation: Frozen生成新体，Material与上一个模型合并；(3) Direction: 模型生成方向选项；(4) FD1，Depth: 设置拉伸深度。Concept：概念建模应用菜单选项里的特征用来创建和修改作为线体和壳体。线体可以指明截面形状和对齐方向。Fill：填充流体工具1）单击菜单栏中的Tools—> Fill；2）右侧模型窗口选择管道的所有内表面，单击下方面板Faces栏中的Apply；3）单击工具栏中的Generate，或右击Fill —> Generate，生成流体模型。Enclosure：流体包覆固体工具1）选择Tools—>Enclosure；2）下方面板中设置流体形状（矩形Box、圆柱形Cylinder、球形Sphere、或根据固体自定义形状User Defined）；3）设置流体域大小（根据到固体面不同的距离进行设定）等。几何模型处理 Thin/Surface：保留面；Blend：倒圆角；Chamfer：倒角操作；Slice：切片操作。Slice：切片工具为了得到高质量的六面体网格，常需对多实体零件进行切分重组，方法如下： 1）选择Create —>Slice； 2）设置Slice Type（必要时创建一个New Plane）;3）选择线、面后点Apply，将零件切分为多个实体。注意：模型必须处于Freeze（冻结，在Tools菜单栏中设置）状态。Split Edges：边线分割工具1）选择Concept—>Split Edges；2）图形中选择需要分割的边线；3）点击Edges后的Apply，其余保持默认。Symmetry：对称模型创建工具1）新建几何模型的对称平面；2）选择Tools —> Symmetry ；3）选择建立的对称平面 —> Apply。Mid-surface：中性面抽取工具1）选择tools —> mid-surface；2）设置selection method为automatic；3）设置最大最小厚度，Crtl+左键，选择所有面对face pairs；4）依次点击Apply，Generate。Multi-body Parts：部件合并工具可以将装配体中的某些零部件或者整个装配体合并成一个多体部件体，这样在仿真计算时形成多体部件体的零部件间就可以实现拓扑共享。Surface Extension：曲面延伸工具1）选择Tools —> Surface Extension，设置Extent为User Defined；2）分别设置或选择延伸方向direction，延伸边线Edges，延伸距离Extent；3）点击Apply，点击Generate。Delete：删除工具1）选择Create —> Delete —> Body/Face/Edge Delete；2）在下方参数面板中，图形区或模型树中选择欲删除的线/面/体，点击下方参数面板中的Apply；3）右击模型树中的Delete，选择Generate。 Boolean：布尔建模对于相交模型，可以借助布尔建模功能快速实现公共部分或非公共部分的删减、保留等操作。1) Operation后的操作下拉命令中选择Add Frozen，将其设为冻结状态；2) 点击Generate按钮，完成冻结操作，被冻结的几何会以半透明状态显示；3) 选择菜单栏上的Create下拉列表中的Boolean，进行布尔建模；4) 使用Ctrl和鼠标左键可选择多个模型，Details View栏中的Operation后的操作下拉命令中选择相应的操作命令：(1) Unite：相加运算。将两个的相交物体变成一个物体；(2) Substract：相减操作。去掉目标物体中与另一个物体的相交部分；(3) Intersect：相交操作。保留两个相交物体的公共部分；(4) Imprint Faces：相交面操作。生成两个物体相交的面。Repair：清理工具用于清理去除导入模型多余的点、线、空等操作，使模型更加利于后续处理。来源：纵横CAE