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掌握在Mechanical中定义和应用对称边界的方法

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在使用ANSYS Mechanical进行结构仿真时,如果结构存在某种对称性,配合对称边界条件的设置,可以对模型进行相应的简化。在同样的计算量下,可以创建更细密的网格,以获得比全模型精度更高的计算结果。或者在同样单元密度的情况下,可以很大程度的减少计算量,缩短计算时间,降低计算资源要求。

一、对称类型
根据模型的对称特性,Mechanical支持多种类型的对称边界条件设置,包括:Symmetry Region、Linear Periodic、Cyclic Region、Pre-Meshed Cyclic Region和General Axisymmetric。不同类型的对称边界条件适用于不同模型和分析类型。
Symmetry Region
Symmetry Region(对称区域)可以基于对称面减小模型尺寸,适用于静力分析、瞬态结构分析,包括对称边界条件和非对称边界条件两种类型。
结构的对称边界条件意味着对称面面外位移和面内转动为零。

反对称边界条件意味着强制其沿着反对称面的法向转动。
Linear Periodic
Linear Periodic(线性阵列)边界条件适用于具有平移对称特性的模型,这种结构在某一个方向上不断重复,适用于静力分析。

Cyclic Region
Cyclic Region(循环对称)适用于具有轴对称特性的模型。风扇叶轮、直齿圆柱齿轮和涡轮叶片都是可以使用循环对称的典型模型。在Mechanical中,对具有对称性的一个扇区建模,在扇区的两个端面设置对称边界,仅对一个扇区进行求解,通过一个扇区上的结果重建完整模型上的结果。


在静力分析、模态分析、热分析中使用循环对称,一般按照以下步骤进行:
1. 插入Cyclic Region或Pre-Meshed Cyclic Region。
2. 指定Low Boundary和High Boundary。
二、对称边界条件的典型应用
循环对称边界条件的典型应用是汽轮机叶片的模态分析。汽轮机叶轮的固有频率对整机的振动和噪声控制都至关重要。由于叶片具有复杂曲面,所以对网格质量要求较高,如果使用完整模型分析,存在计算量大,计算时间长,计算资源要求高等问题。利用叶轮的轴对称特性,建立单只叶片的三维模型,并定义周期对称边界条件,可以大大减少计算量。
单只叶片三维模型

整体模型
模态振形结果

综上,正确的使用对称边界条件,可以有效的简化模型,缩短计算时间,减少计算量。如何根据几何模型的特性选择合适的对称边界条件,在不同的分析类型中,设置对称边界条件又有哪些注意事项。这些问题,都会在《ANSYS Mechanical对称边界的定义》课程中做更为详细的介绍。

安世亚太大咖慧:ANSYS Mechanical对称边界的定义系列2讲(直播回看)

三、系列课
《ANSYS Mechanical对称边界的定义》内容介绍
对称边界的定义课程将会从以下几个方面介绍对称边界:

1、对称类型

介绍对称区域、周期循环对称和一般轴对称的适用场景、限制条件、如何在对称模型上定义载荷和边界条件以及如何查看计算结果。

② 在对称区域的介绍中,包含了对称、反对称、线性阵列的详细介绍。

③ 在周期循环对称介绍中,包含了如何在静力、谐响应、模态分析中使用循环对称的详细介绍。

2、在DesignModeler中定义对称的一般步骤

3、在Mechanical中定义对称的一般步骤

4、在Mechanical中定义一般轴对称的一般步骤


来源:仿真秀App
Mechanical振动控制曲面
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2022-08-16
最近编辑:2年前
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