作为一名结构CAE工程师,为了使仿真更加贴近实际,在仿真时经常遇到需要考虑模型初始变形的情况,但解决方案非常有限,那么如何能够在仿真时考虑结构的初始变形呢?本文使用ANSYS Workbench中的External Data功能,为大家给出解决方案。
在结构分析和仿真中,我们经常需要根据特定的坐标位置来施加载荷。ANSYS Workbench作为一款强大的工程仿真软件,提供了多种载荷施加方式,其中External Data功能可以根据坐标映射方法施加载荷,非常适用于结构存在预应力、初始变形等场景。此功能为我们提供了一种灵活且强大的载荷施加方式,可以帮助我们更好地模拟实际情况,提高分析的准确性。
上面说过,External Data功能是基于坐标映射的方法实现载荷的加载的,因此在施加载荷之前,必须将模型划分成有限元网格,本文以简化模型为例对此功能进行说明。
(1)准备好结构模型,并完成网格划分
(2)导出网格节点
选中Static Structure,在菜单栏中将出现Environment选项,找到此选项中的Write Input File功能,将网格节点导出成.dat格式的文件,文件中下图位置的数据及为网格节点坐标,共四列,从做到右分别表示网格节点编号、节点x坐标、节点y坐标以及节点z坐标。
(3)制作节点坐标及载荷文件
删除.dat文件中除节点编号及节点坐标的其他信息,并进行保存。将此文件导入到Excel表格当中,删除节点编号列,并添加6个方向的应力值。此时文件中共包含9列数据,前三列为节点坐标,后6列为节点对应的应力(XX/YY/ZZ/XY/YZ/XZ)。如下图所示,将文件保存成.csv格式,以备导入。
(4)文件导入
将External Data模块添加到工作界面中,将.csv文件导入,并对坐标单位、应力单位等进行设置,如下图所示:
(5)载荷导入,生成初始变形
在工作台中将External Data的Setup与Static Structural中的Setup连接,完成数据传递。在Mechanical界面中右键点击Static Structural下的Imported Load,插入Initial Stress,将各应力分量与表格中一一对应,右键点击Imported Initial Stress-Import Load,即完成数据导入。接下来即可正常设置边界条件等,通过求解得到初始变形。如下:
大家可能已经注意到了,在制作载荷文件时,节点在各个方向上的应力分量是人为添加进去的,因此要使用此方法构建结构的初始变形,则需要知道各节点的受力情况,但这通常是未知的,这就为此方法的应用带来了限制。作者通过思考与实践,得到了一个较好的方法解决此问题,希望与各位读者进行讨论。
以上即为通过External Data功能构建结构初始翘曲的方法,希望本文能够帮助读者理解和掌握这一功能,且各位工程师可以在此基础上举一反三,为实际的工程分析和仿真提供帮助。
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