在有限元分析中,利用几何和载荷的对称规律,可以在保证计算精度的前提下,大幅缩减求解规模。
对某些行业来说,可能很少遇到对称模型。但有的行业却经常需要利用对称规律。
如果您对结构的对称分析有需求或有兴趣,请关注笔者关于对称的系列文章。
在Mechanical中Model上右击,可以插入Symmetry功能。
插入Symmetry功能后,可以看到包含如下功能。
Symmetry Region:对称性区域;Linear Periodic: 线性周期;Periodic Region: 周期性区域;Cyclic Region:循环区域;Pre-Meshed Cyclic Region:预划分循环区域;Stage:阶段;General Axisymmetric:一般轴对称。
本文介绍Symmetry Region中的Symmetry和Anti-Symmetry。
插入Symmetry Region后,Type包含了三个选项。
Symmetry:对称,要求几何和载荷都对称。
Anti-Symmetry:反对称,要求几何对称,载荷相反。
Linear Periodic: 线性周期。
完整几何模型如下图所示,并且左右两侧承受相等的拉力。
在这种场景下,因为几何和载荷都是对称的,所以可以采用 Symmetry。具体有两种方案。
a)1/4对称模型。
载荷为分布力1000N。
位移和应力结果。
b)1/2对称。
载荷为分布力1000N。
位移和应力结果。
(备注:在1/4对称模型中,如果不约束Y向自由度,会出现如下警告,虽然求解能完成,应力结果也是正确的,但位移结果包含了刚体 位移,所以笔者建议约束Y向自由度。在1/2对称模型中,如果不约束Y向自由度,会出现警告,并且求解不能完成;如果不约束Z向自由度,求解也不能完成。)
(对于该案例,如果使用2D平面应力模型分析,平面外方向可以免考虑,但如果使用1/2对称模型,也要注意非对称方向的约束问题。如果使用1/4对称模型,则没有这个困扰。)
完整几何模型如下图所示,左端面固定,右端两个面施加相反的载荷。
位移和应力结果。
查看上半部分的位移和应力结果。
在这种场景下,因为几何是对称的,载荷是相反的,所以可以采用 Anti-Symmetry。
边界条件如下图所示。
位移和应力结果。
当Type=Symmetry时,局部分析结果可以代表完整模型的分析结果。
但当Type=Anti-Symmetry,局部分析结果不能代表完整模型的分析结果,比如本文的案例,完整模型上侧受压,下侧受拉,使用反对称模型只能体现上侧的分析结果。