设计仿真 | 基于Marc的对称结构仿真
引 言
Marc软件是一款功能强大的通用非线性有限元分析软件,能够针对广泛的工程设计与制造应用中的静力、动力和多物理场耦合问题进行准确仿真。
有一种美叫对称美,是秩序,是平衡,是科学,也是艺术。在真实工况中,很多情况下几何结构和载荷都是对称的,我们应该如何采用Marc软件充分利用对称条件进行模型简化并求解呢?
对称接触体对于接触分析,Marc提供了5类接触体类型,每类接触体都可在二维或者三维问题中进行应用。包括:变形体、可传热的刚体、刚体、带控制节点的刚体和对称接触体。
对称接触体是在线对称问题或循环对称问题中常采用的一种接触体,常用来代替某些对称边界条件。
图1 对称接触体定义
在平面或者轴对称分析类型中,对称接触体可通过选择NURBS曲线、线体、小平面曲线进行定义;在三维分析问题中,对称接触体通过选择非均匀有理B样条曲面、片体、小平面来进行定义。其余设置类似常规接触设置。
对称接触体的特点-
对称平面可方便的用于定义对称条件
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可代替某些固定边界条件
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自动设置很高的分离力,不会发生分离
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只允许接触面上的切向运动
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仅适用于刚性曲线或曲面
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自动进行相应的对称线或对称面的延伸,避免退出号2400
循环对称
在循环对称问题中,如果结构的几何和荷载周期性变化,则可只取结构的一部分建立模型,循环对称问题通过勾选分析任务中的循环对称来进行定义。在这类问题中,将自动附加一组位移向量约束条件:U’B=UA或UB=RUA。(此类问题无需定义对称接触体)
图2 循环对称问题示意图
图3 循环对称设置
循环对称问题的特点
■ 自动提供适当的网格约束边界条件
■ 对称轴上的节点自动约束在垂直于对称轴的平面上
■ 只用于实体单元
■ 输入数据包括:
-
对称轴的方向矢量
-
对称轴的位置
-
扇型块的角度
■ 该功能可以与“接触”功能一起使用,在这种情况下,循环对称扇形区域的两边对应位置必须同属于一个接触体
■ 如果将片段旋转360/a次可得到完成的模型,允许任意形状的片段
■ 该功能可与全局网格重划分功能一起使用,
■ 热-机耦合分析中,温度场也必须是循环对称的
■ 绕对称轴的刚体转动可自动消除掉
■ 接触体两边的网格不一定要对应
图4 循环对称中的接触体设置
上图中,不同颜色表示不同变形体,循环对称问题中,左上、右上、左下的接触体设置是允许的,右下设置是不允许的。
对称结构的结果扩展显示
对于线对称或者循环对称问题,通过我们只采用模型的一部分进行分析,这样可以快捷准确地得到我们想要的分析结果。
在分析结束后,我们也可以根据原模型对称的特点,在后处理中,将模型扩展成完整模型进行显示,结果更为直观。以六分之一的循环对称模型为例,可通过结果后处理命令流文件实现模型的全景显示。
此示例中,模型为六分之一循环对称结构,回转轴线方向为(0,0,1),并经过几何点(-1,0,0)。
图5 循环对称示例模型
图6 结果文件导航设置
图7 结果后处理命令流文件编辑
图8 结果云图全景显示
(注:此方法对于2D-3D,轴对称-3D,线对称-全模型等问题的完整模型结果显示也同样适用,不同Marc版本的命令流可能会略有差别,用户可参照“复制”、“对称”、“扩展”等操作在对话区生成的命令流,进行编辑结果命令流文件来实现。)
小 结
在解决对称问题方面,Marc拥有卓越的解决方案。采用对称接触体设置,可代替对应的边界条件设置,并具备诸多优势。采用循环对称设置来解决循环对称问题,定义简单,求解效率也更高。对此类问题,用户可通过结果后处理脚本,实现完整模型的结果动画显示,操作友好,结果直观。
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