使用 ANSYS 表面效应单元施加周向载荷的一个例子

使用 ANSYS 表面效应单元施加周向载荷的一个例子
作者：Simwe 来源：互联网发布时间：2012-05-09 【收藏】【打印】复制连接【大中小】我来说两句：(0) 逛逛论坛
本例主要说明如何在圆柱坐标系中使用表面效应单元来定义表面载荷，以施加扭矩之类的载荷。

所使用的几何模型如图，是两个镶嵌在一起的圆柱体。

为了划分MAP 网格，将它切割为8 块：
虽然切割后的模型可以采用MAP 方式划分网格，但是为了更有一般性，这里采用Free 方式划分网格，所用单元是SOLID45 单元，它退化后是线性四面体，在结果分析中是不推荐的，这里只是为了说明问题，为了简单而使用。

实际结构分析时，仍推荐Solid92 或Solid95 二次单元：
定义表面效应单元：
Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > Add > Surface Effict > Surf154
为了在圆柱坐标系中使用表面效应单元，不能使用系统的圆柱坐标系，而必须另外创建局部圆柱坐标系。

采用三个KP 点(或节点，或三个指定坐标点) 来创建局部坐标系，为此，在GUI 中显示Lines：
创建局部坐标系：
Utility Menu > Workplane > Local Coordinate > Create Local CS > By 3
Keypoints > 弹出选择KP 对话框
顺序选择3 个KP 点：
选择3 个KP 点后，弹出创建坐标系对话框：
在其中，设置坐标系编号为11；坐标系类型为Cylindrical：
局部坐标系创建完毕，点击OK 后在模型上，局部坐标系原点处会显示新坐标系编号11，同时GUI 界面右下方会显示当前坐标系已修改为新创建的坐标系：
注意：如果在GUI 中没有显示局部坐标系的编号，可以通过如下操作使其显示：
Utility Menu > PlotCtrls > Symbols…> 在弹出对话框中激活Local Coordinate System > OK
以下说明如何创建表面效应单元和施加环向载荷。

为了方便，顺序创建两个由area 组成的Component：
然后分别选择属于这些面的节点：
Utility Menu > Select > Nodes > Attached to > Areas,all 并创建相关节点的Component：
然后，分别调出相应节点的Component ，并通过：
Utility Menu > Select > Elements > Attached to > Nodes > Apply
选择与当前节点集相关的单元，再创建表面效应单元。

以下是对于Component N1 的操作结果：
[注意] 这里如果不选择与当前节点集相关的单元，有可能不能生成表面效应单元。

选择新生成的表面效应单元，创建单元的Component - E1。

然后调出Component N2，并选择与这些节点相关的单元：
再创建与节点组N2 相关的表面效应单元，并选择新创建的表面效应单元创建Component - E2：
为了用表面效应单元施加环向载荷，需将表面效应单元的单元坐标系旋转到圆柱坐标系，为此，先选择所有表面效应单元：
然后将表面表面效应单元的坐标系旋转为局部圆柱坐标系。

操作过程如下：
在弹出对话框中，选择要修改的单元属性为Elem coord ESYS，然后输入局部圆柱坐标系的编号11，再点击OK：
列出当前单元的属性，可以看到修改结果：
为了后面能够显示所施加的载荷，首先打开对于边界条件的显示功能：
然后在表面效应单元上施加环向压力，菜单路径：
Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Pressure > On Elements > Pick All
在弹出菜单中，选择常数载荷1000，LKEY (承受压力的单元面号) 暂选为2，点击OK 后查看载荷结果：
所施加的压力：可以看到对于柱面上的单元，压力是沿环向的，但是端面上的单元，压力并不是沿环向的：
下面重新对端面上的表面效应单元施加压力，选择LKEY 为 3：
点击OK 后，所显示的压力都是环向的：
注意到，在表面效应单元的Keyopt 选项中，压力坐标系有两种选择：单元坐标系或局部坐标系。

前面说明了当压力坐标系为单元坐标系的情况，如何生成表面效应单元及施加压力的过程，注意需要将表面效应单元的单元坐标系修改为局部坐标系－圆柱坐标系11.
以下讨论选择表面效应单元的压力坐标系为局部坐标系时施加压力的操作过程。

为此，首先选择并删除原有的表面效应单元(因为它们的单元坐标系已被修改为局部坐标系11)，菜单路径是：
Main Menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Elements > All (当前单元只是表面效应单元)
然后将表面效应单元类型的压力坐标系改为局部坐标系(Local System)，并重新生成表面效应单元。

删除原来的表面效应单元后，修改表面效应单元类型的压力坐标系为局部坐标系：
然后重新生成表面效应单元，并分别创建两个表面效应单元的Components：E1 和E2
首先调出Component E1：
对这些表面效应单元进行列表(List)，注意此时表面效应单元的坐标系并不
是局部坐标系11：
然后对表面效应单元施加压力：
在对单元施加的对话框中输入Lkey 值和压力值，点击OK，结果出现一个错误信息，它表明：当表面效应单元的压力坐标系设置为Locol CS 时，单元坐标系必须设置为效应的局部坐标系。

根据错误提示，需要修改所有表面效应单元的单元坐标系为局部坐标系：
将所有表面效应单元的单元坐标系修改为局部坐标系11：
然后就可以在表面效应单元上施加周向(或其它方向)的压力载荷：
对于Component E2 做同样处理，注意：这里施加周向压力时仍选择Lkey 为2 (和前面做法不同)：
做为比较，仍将表面效应单元类型的压力坐标系选项改为Elements CS：
施加压力时，如果Lkey 输入2，则为径向压力。

实际操作时，需要仔细
观察压力的方向，确定正确的Lkey 值。

实际操作时，需要仔细检查所施加载荷的方向，如有问题应及时改正。