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一、问题描述
二、问题分析
这是一块中间开孔的矩形板,对称性的一个简单的例子,板的材料是各向同性的,两端承受均布的拉力。板的左边一半和右边一半对称,上面一半和下面一半对称,也就是说,模型关于两个轴对称。同样,载荷和材料特性也关于相同的两个轴对称。由于几何模型、载荷材料具有相同的对称性,所以可以只建立模型的1/4并施加合适的对称边界条件,得到的结果同使用整体模型得到的结果应该是相同的
利用对称性的难点在于要知道施加什么样的边界条件可以得到对称的结果。一个轴或一个对称面有多个不同的*度。对于带有中间孔的矩形板,其水平对称轴的垂直位移是相同的,同样垂直对称轴的水平位移是相同的。虽然这些*度可以是非零的,但我们可以将其作为零来处理,并据之施加边界条件。如果我们正确的选择了设置为零的*度,我们就可以根据对称性得到正确的结果。
三、单元类型设置、材料属性设置
注意单位,我这里采用的是m,N,s单位制
四、建模
利用模型的对称特性,只需要创建1/4模型就可以
先创建一个面
再对该面沿法线方向进行拉伸 得到体
五、网格划分(映射网格划分)
映射网格划分可见:《ANSYS——网格划分的不同方法以及GUI模块的操作(*网格、映射网格、扫掠、拖拉)》
这里的网格划分采用的是映射网格划分,因为是七个面,不满足映射划分的条件,因此需要对两个面进行连接操作,使之成为一个面,达到满足映射划分的要求。具体步骤看上面的链接
六、对称边界条件的添加
方法1:利用面进行对称边界条件的施加
方式二:利用节点进行对称边界条件的施加
这里以对X=0对称面进行对称边界条件施加为例,另一个Y=0平面的对称边界条件施加是一样的
通过面设置完对称边界条件后,其面上会出现SS的字样,这就表示施加的对称边界条件施加成功了
七、载荷的施加
在施加载荷前,因为在之前的映射网格划分的时候将两个面连接了起来,但是这两个面上的载荷不一样,因此在对这两个面进行载荷施加前,要删除这两个面的连接,具体如下图
这里施加的是面均匀分布压强,其值的正负原则:物体面施加的压强一般朝向体内为正,朝向体外为负,本例都是朝体外因此为负值压强,具体可参考:《ANSYS——载荷的方向》
施加压强和对称边界条件后如图所示
八、求解(1/4模型结果展示)
SOLUTION——solve——CURRENT LS,当出现solution is done就表示求解已经成功完成了。
在求解过程中可能会出现错误:There is at least 1 small equation solver pivot term
解决办法参考:《ANSYS——“There is at least 1 small equation solver pivot term”问题的解决办法》
八、扩展方式设置(完整模型的求解结果展示)
1.设置扩展模式:
Utility Menu>PlotCtrls>Style>Symmetry Expansion>Periodic/Cyclic Symmetry Expansion,即采用部分循环对称扩展。选用默认值,其等效应力云图见下页,显示整体效果。这里采用的是1/4模型,因此选择1/4模型即可
2、全模型结果展示
九、重建完整模型的结果
为了证明对称边界条件施加的正确性,我们可以另外创建一个全模型进行分析
1、模型创建
2、网格划分
这里的全模型采用的网格划分方式是《扫掠网格划分》,源面为前面,目标面为背面,划分尺寸大小一致
3、施加载荷
载荷相比于1/4模型的区别在于没有了对称边界条件,只需要对全模型的四个面施加朝体外的指定大小的压强就可以了
4、结果展示
十、结果对比
1、位移对比
1/4模型扩展后的完整模型位移云图
全模型位移云图
对比:二者的云图分布差不多,因为二者的位移最大值均为10e-9,非常小,基本上可以忽略不计,因此,二者的位移云图的差异在其比较下也差不多,当然也没有什么比较意义
2、应力对比
1/4模型扩展后的完整模型应力云图
全模型应力云图
对比:1/4模型和全模型的应力云图分布完全一致,1/4模型的最大应力为1730.91pa,出现在中间圆孔的横向上;而全模型的最大应力为1801.39pa,也出现在中间圆孔的横向上。二者最大应力仅仅相差几十pa而已
结论
从1/4模型和全模型的位移云图尤其是应力云图来看,二者的结果非常的接近,因此完全可以将1/4模型的结果来作为全模型的结果,这同样也验证了在利用模型对称性建模时对称边界条件施加的正确性