ANSYS Workbench 2D分析（二）

前面已经了解了2D分析的一些基本知识，本节做一个简单的例子，加深对2D分析的认识。

实体模型分析

为了做一个简单的对比，先来对实体模型进行简单的分析。注意建模的一些步骤，其主要如下：

DM建模

在XY平面建立草图，然后使用拉伸命令形成实体模型。注意剪力草图几个简单的技巧

首先草图建立在XY平面内，使用草图绘制下的椭圆形绘制草图，使用约束下的对称命令约束草图沿着坐标轴对称。对称约束是先选择对称轴，然后选择几何元素。单击鼠标右键切换新的对称轴，推荐先约束关系再标注几何尺寸，这样几何形状不会发生太大的变化。拉伸厚度为0.02in，得到如下几何体：

划分网格

材料自己定一个，或者使用ASNSYS自带的材料数据。对该几何进行简单设置，可以划分较规则的网格。单击Mesh右键插入Face Meshing，选择一个Z轴方向的底面或者顶面，确认。单击mesh从明细栏选择临近和曲率，设置如下：

边界条件

内环面施加800psi均布压力，正数表示指向几何体，压缩。打开分析设置下的弱弹簧，得到如下结果：

分析结果

整体变形

等效应力

我们主要关心的是正应力与切应力，上面的几何很明显是符合我们之前学习关于2D平面应力分析的特征。但是有些人可能会怀疑，所以我们查看一下XY平面的正应力，以及YZ平面的剪切应力。关于如何剪力构造面，可以看之前的学习内容。得到如下结果：

因为构造面是建立在XY平面内，所以查看的剪切应力选择XY平面，从上图可见正应力与剪切应力是接近0的，符合平面应力分析模型。

面模型分析

由于我们的实体几何建立在XY平面内，因此可以借助实体几何直接产生面体模型，用于平面应力分析，无需重新建立。

DM建模

直接从概念建模菜单下选择Surfaces From  Faces，然后选择Z方面的一个大的椭圆形面。图示所指的面是不满足要求的，我们需要的是模型完全落在XY平面内，而不是平行于XY平面的几何模型。因此，这里要选择模型的底面。

我们将几何实体抑制掉，注意一定是抑制，而不是隐藏。隐藏只是视觉上观察不到，模型依然参加运算。

2D分析设置

按照图示设置分析类型为2D，如果没有出现右侧的属性窗口，就从视图菜单【View】下勾选【Properties】

根据图示可以设置2D分析的类型，默认是平面应力。之前说到的平面应力、平面应变、广义平面应变、轴对称都是在这里设置。

分析结果

边界条件一样，只不过选择的几何为内椭圆的边线，压力载荷大小没有变化，并且打开分析下侧的弱弹簧。

整体变形

等效应力

上面的变形和等效应力误差是极小的，不到5%，有兴趣可以自己统计数值。

观察正应力与剪切应力的数值，方法还是如上面一样，这里法向应力可以直接选择面，很方便。

可以观察到在2D分析中，垂直于几何体的正向应力为0。由于几何体是对称的，边界条件也是对称的，根据之前的学习，我们曾说过，分析结果是包含对称的。观察上面的分析解结果，无论是应力还是形变，都是对称的。这一个现象以后可以用于检验分析的模型与边界是否有问题。

对称模型分析

由于边界与几何都是对称的，我们可以用模型的一部分分析代替整个模型，在这个2D分析的基础上，更进一步简化分析。在以后的学习中再解释对称与反对称的相关内容，这里仅仅做一个感性认识。

建立对称边界

首先我们基于平面模型建立对称边界，通过DM的工具菜单【Tools】下的对称命令【Symmetric】软件自动设置对称边界。

选择XY坐标平面之外的任意一个平面，作为对称平面，建立第一个对称边界，得到如下模型：

建立第二个对称边界，选择XY平面之外的，且不同于第一次边界的坐标面作为对称面，这里选择YZ平面作为第二个对称面：

定义边界条件

因为模型已经被限定刚体位移（两个对称边界），所以不用增加其余边界，就连前面的弱弹簧也无需打开，直接给定载荷值即可：

注意到树型栏里面多了一项对称（红色矩形框内容），这里是由前面几何模型对称切分而自动生成的。

分析结果

整体变形

等效应力

这里简单观察，后处理仅仅显示了部分模型，那可以显示整体模型么？完全是可以的，以后关于对称的再更进一步学习，此处不做详细学习。

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注：仅记录学习FEM的一个过程，表达的是个人观点与认识，欢迎一起讨论学习。有疑问可以私，本号没有留言功能，无法互动。本人小白一枚，正在努力的路上。