快速学会一项分析-轴对称结构分析OS-T: 1070
轴类单体零件在进行有限元分析时，可以采用轴对称分析，这种分析方法能够显著简化模型，减少计算资源的需求，同时保持分析结果的准确性。由于轴类零件通常沿轴线具有对称性，因此可以通过零件的一个截面来代表整个零件，从而减少模型的复杂性和计算时间，优势在于不仅提高了分析效率，轴对称模型在施加边界条件和载荷时更为直观和简单。
在本教程中，将介绍在OptiStruct中建模轴对称问题的方法。
图1：完整的模型，包括Elements, Material, Props和bc
一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件
1.启动HyperMesh。用户配置对话框打开。
2.选择OptiStruct，单击确定。这将加载用户配置文件。它包括适当的模板，宏菜单，和导入阅读器，削减HyperMesh的功能为关于OptiStruct生成模型。
二、打开模型
1.点击文件>打开>模型。
2.选择axis -symmetry_full_geometry.Hm文件保存到你的工作目录。
3.单击Open，axi-symmetry_full_geometry.hm数据库被加载到当前HyperMesh会话中，替换任何现有的数据。
三、练习1:全模型分析
你会发现，结构模型已经建立了必要的元素、边界条件、属性和材料数据，这样就可以求解了。压力载荷被施加在几何体的顶面上，约束被定义在底面上。请注意，模型在z轴上是对称的，载荷和边界条件在同一轴上也是对称的。这些都代表了对轴对称问题进行建模所必需的条件。首先，获得完整模型的结果，然后用适合执行轴对称行为的边界条件对模型的一小部分进行建模。最后，将轴对称模型的结果与完整模型的结果进行比较。
3.1、提交作业
1.从Analysis页面，单击OptiStruct面板。 
图2.访问OptiStruct面板
2.点击另存为。
3.在另存为对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并为filename输入axis -symmetry_full_geometry。
对于OptiStruct求解器，.fem是推荐的扩展名。
4.单击Save。输入文件字段显示在另存为对话框中指定的文件名和位置。
5.将导出选项开关设置为all。
6.设置运行选项切换为analysis。
7.将内存选项切换为memory default。
8.单击OptiStruct以启动OptiStruct作业。如果作业成功，新的结果文件应该在axis -symmetry_full_geometry.fem文件所在的目录中。axi-symmetry_full_geometry.out文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些消息可以帮助调试输入模型。
四、查看结果
1.从OptiStruct面板中，单击HyperView。启动HyperView并加载结果。将出现一个消息窗口，通知已成功加载到HyperView中的模型和结果文件。
2.如果出现消息窗口，单击Close关闭该消息窗口。位移和应力结果输出到每个子case的axis-symmetry_full_geometry.h3d文件。
本节介绍如何在HyperView中查看这些结果。
3.查看结构的位移
首先查看模型的变形是有帮助的，可以确定边界条件是否定义正确，也可以查看模型是否按预期变形。
1.将动画模式设置为线性模式。
2.在结果工具栏上，单击打开Contour 面板
。
3.选择结果类型下面的第一个下拉菜单，并选择Displacement [v]。
4.选择结果类型下面的第二个下拉菜单并选择Mag。 
图3
5.点击应用，显示位移轮廓，提示:要查看整个模型的位移变化，可以屏蔽一半的结构。
6.在结果浏览器中展开Components文件夹。
7.单击组件底部前面的元素图标，以隐藏组件的显示。
图4
8.单击 XZ Left Plane View 
，显示左侧视图。
下图显示了通过模型的位移云图。
图5
四、练习2:用轴对称边界条件下全模型的一小部分进行分析
4.1、设置New Analysis
返回到HyperMesh删除大部分元素，仅保留部分，并设置轴对称边界条件。在继续下一节之前，先看一下轴对称问题建模的标准。即使几何是围绕一个轴对称的，如果任何载荷或边界条件都不是围绕同一轴对称的，那么它就不能被建模为轴对称模型。因此，下面所示的模型都是不能被建模为轴对称模型的例子。
图6.左:非轴对称荷载;右:非轴对称边界条件
4.2、建立轴对称模型
1.点击进入删除面板，或者点击
F2。
2.确保对象选择类型设置为单元。
3.单击黄色按钮元素打开扩展对象选择窗口并by sets选择。
4.单击SetA前的复选框。在SetA之前出现一个复选标记，表明它已被选中。
5.点击选择。
选中的元素将被高亮显示。
6.单击删除实体，删除所选元素。
7.单击返回可退出删除面板。使用保留的部分对轴对称模型进行建模，并设置合适的边界条件。
4.3应用附加边界条件
轴对称条件是通过约束所有的节点在切向θ方向上移动来应用的。这是通过首先将所有节点分配到一个圆柱坐标系中，然后将所有节点约束在切向θ 自由度中来实现的。
1.从分析页面，进入Systems 面板。
2.选择assign 单选按钮。
3.确保set：前面的实体选择类型设置为node。
4.点击黄色按钮节点，打开扩展实体选择窗口，然后全选。
5.点击黄色按钮system 激活它，并从建模窗口中选择红色system 。
6.点击set displacement。在页脚栏出现analysis system has been assigned appears.的消息。
7.点击返回。
模型中的所有节点都被分配到一个圆柱坐标系中。柱坐标系的z轴与模型对称的轴重合。现在，在切向自由度上约束分配给圆柱坐标系的节点，强制执行轴对称边界条件。
4.4、创建约束
1.在模型浏览器中展开Load Collectors文件夹。
2.右键单击spc并单击 Make Current 以使spc成为当前组件(如果还没有这样做的话)。
3.单击bc > Create > Constraints打开Constraints面板。
4.确保实体选择开关设置为节点。
5.点击黄色按钮节点，打开扩展实体选择窗口，全选。
6.限制dof2。
有选择的自由度将受到约束，而没有选择的自由度将是自由的。
自由度 1、2和3是x、y和z的平移自由度。
自由度4、5和6分别是x、y和z旋转自由度。
7.单击create。这将这些约束应用于所选节点。
8.点击返回返回到主菜单。接下来你要提交作业，就像练习1中完成的那样。
9.从Analysis页面进入OptiStruct面板。
10.求解文件名为axis -symmetry_model.fem的作业，步骤与前面章节中解释的相同。
如果作业成功，可以在编写OptiStruct模型文件的目录中看到新的结果文件。axi-symmetry_mode.out文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些消息将有助于调试输入模型。
4.5、提交作业
1.从Analysis页面，单击OptiStruct面板。
图7.访问OptiStruct面板
2.点击另存为。
3.在另存为对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并为文件名输入axis -symmetry_model。对于OptiStruct模型，.fem是推荐的扩展名。
4.单击Save。
输入文件字段显示在另存为对话框中指定的文件名和位置。
5.将导出选项开关设置为all。
6.设置运行选项切换为analysis。
7.将内存选项切换为memory default。
8.单击OptiStruct以启动OptiStruct作业。
如果作业成功，则新的结果文件应该位于axis -symmetry_model.Fem文件夹。axi-symmetry_model.Out文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些消息可以帮助调试输入模型。
4.6、查看结果
位移和应力结果输出到轴对称y_model的每个subcase 。h3d文件来自OptiStruct。轴对称模型的结果应该与完整模型的结果相匹配。使用在先前打开的HyperView会话中加载结果文件来比较结果。
1.单击HyperView查看结果。
2.点击页面布局图标。
3.选择两个窗口布局。
4.在新窗的建模窗口中点击激活新窗。
5.点击打开Load Model and Results面板。
6.点击工具栏上的Load model图标，加载
axis -symmetry_model.h3d。
这将加载字段中所选.h3d文件的完整路径。另外，请注意，在字段Load结果旁边加载的是相同的文件路径。
7.单击Apply。
8.单击XZ Left Plane View ，显示左侧视图。
9.点击工具栏上的Contour 图标，绘制位移轮廓。
10.将轴对称模型的位移结果与完整模型的结果进行比较。结果应该是匹配的，如下图所示。同样，压力和其他结果也会匹配。
图8.位移结果对比
