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ANSYS中施加對稱約束條件和反對稱約束條件的理解

時間:2011-04-27 07:58:28 來源:未知
一、如何施加對稱或者反對稱約束？
1、在ANSYS中，施加對稱約束條件和反對稱約束條件的GUI分別為：
MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Antisymm B.C.>On Nodes
MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Symmetry B.C.>On Nodes
2、在ANSYS中，施加對稱約束條件和反對稱約束條件的命令操作為：
DSYM，Lab，Normal，KCN
其中：Lab為對稱的方式：正對稱（Lab=SYMM）或反對稱（Lab=ASYM）。
Normal為對稱面在目前坐標(biāo)系統(tǒng)（KCN）的法線方向Normal=（X、Y、Z）。當(dāng)坐標(biāo)系為非笛卡兒坐標(biāo)系時，X代表R，Y代表θ，Z為Φ（坐標(biāo)系為球坐標(biāo)系或者環(huán)坐標(biāo)系）。

 
二、什么是對稱或者反對稱約束？
1、對稱邊界條件在結(jié)構(gòu)分析中是指：不能發(fā)生對稱面外（out-of-plane）的移動（translations）和對稱面內(nèi)（in-plane）的旋轉(zhuǎn)（rotations）。
這句話可以理解為：在結(jié)構(gòu)中施加對稱條件為指向邊界的位移和繞邊界的轉(zhuǎn)動被固定。
例如，若對稱面的法向?yàn)閄，如果你在對稱面上的節(jié)點(diǎn)上施加了對稱邊界條件，那么：
1）不能發(fā)生對稱面外的移動 導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處的UX（法向位移）為0。
2）不能發(fā)生對稱面內(nèi)的旋轉(zhuǎn) 導(dǎo)致ROTZ，ROTY（繞兩個切線方向的轉(zhuǎn)角）也為0。
2、反對稱邊界條件在結(jié)構(gòu)分析中是指：不能發(fā)生對稱面（out-of-plane）的移動（translations）和對稱面外（in-plane）的旋轉(zhuǎn)（rotations）。
這句話可以理解為：在結(jié)構(gòu)中施加反對稱條件為平行邊界的位移和繞垂直邊界的轉(zhuǎn)動被固定。
例如，若對稱面的法向?yàn)閄，如果你在對稱面上的節(jié)點(diǎn)上施加了反對稱邊界條件，那么：
1）不能發(fā)生對稱面的移動導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處的UY，UZ（切向位移）為0。
2）不能發(fā)生對稱面外的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致ROTX（繞法線方向的轉(zhuǎn)角）也為0。

 
三、設(shè)置對稱或者反對稱約束的目的
為了建模方便和減少計(jì)算量

 
四、2D對稱或者反對稱問題
1、首先需要明確的是：如果使用 2D 實(shí)體單元，由于都只有 Ux 和 Uy 兩個自由度，無論對稱還是反對稱約束，都不可能去約束轉(zhuǎn)角自由度。同樣的，如果是3D問題，但是采用實(shí)體單元建模，也不可能去約束轉(zhuǎn)角自由度，只有在使用了梁單元 (2D或3D) 或殼體單元的情況，才可能約束轉(zhuǎn)角自由度。
2、對于 2D 問題，建模平面平行于總體坐標(biāo)系的 XOY 平面，2D 問題的對稱平面實(shí)際上是通過 2D 建模平面中的對稱線并垂直于 2D 建模平面的一個平面，其兩個切線一個在 2D 平面中，即該對稱線，另一個垂直于 2D 建模平面；其法線在 2D 建模平面中，與對稱線垂直。因此，對于 2D 平面中對稱和反對稱條件的設(shè)置應(yīng)為：
（1）對稱條件：沿對稱線法向的位移和繞對稱線的轉(zhuǎn)角為零；
（2）反對稱條件：沿對稱線的位移和在建模平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角為零。
此外仍需注意，根據(jù)前一點(diǎn)所述，如果只定義 2D 實(shí)體單元，則沒有轉(zhuǎn)角的條件；如果定義了 2D 梁單元，才有轉(zhuǎn)角的條件。

 
五、對稱面與任一坐標(biāo)軸面不平行時如何處理？
設(shè)置對稱或反對稱條件，可以直接使用 ANSYS 在施加位移約束部分提供的 Symm 和 Anti-symm 條件來設(shè)置，當(dāng)對稱面與總體坐標(biāo)系平面不平行時，ANSYS 自己會進(jìn)行處理；如果自己設(shè)置，則必須創(chuàng)建一個與對稱面平行的局部坐標(biāo)系，在其中施加對稱或反對稱條件。