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Workben对称模型分析

17小时前浏览8

结构分析过程,由于设计的美观以及稳定,经常遇到对称模型。  

这里的对称包括:  

几何对称:如轴对称(管道、压力容器)、平面对称(机翼、桥梁)、旋转对称(齿轮、风扇)  

载荷对称:均布载荷、对称温度场、中心对称受力(均匀受压的圆盘)

当然偶尔用对称分析还能装一下,满足小小虚荣。


对称模型具有以下核心优势:  

1. 计算效率大幅提升  

减少计算规模:对称模型只需分析原始模型的 1/2、1/4 甚至 1/8,网格数量和求解自由度成倍降低。  

缩短求解时间:计算时间可减少 50%~90%(取决于对称性利用程度),尤其对大型模型或非线性分析(如接触、塑性)效果显著。  

2. 建模与网格划分简化  

几何简化:仅需构建对称部分,避免复杂整体建模(如旋转对称的涡轮叶片、对称支撑结构)。  

网格优化:对称面附近的网格更易控制质量,减少扭曲单元(如六面体网格划分更高效)。  

3. 边界条件设置便捷  

对称边界条件:Workbench 自动识别对称面,施加 无摩擦约束(对称支撑) 或 周期性条件,无需手动定义复杂约束。  

对称支撑(Symmetry Support):限制法向位移,允许切向自由变形。  

反对称支撑(Antisymmetric Support):限制切向位移,允许法向自由变形(如弯曲问题)。



举例1/4圆环模型(圆周)  

建立模型如下图所示:  


 

1.打开workbench,拉入静力分析,导入模型,双击Setup 进入操作界面  

 

2.利用圆弧建立圆柱坐标系,这里需要注意圆柱坐标系Z轴方向需要调整为高度方向  

 

3.Model-insert Symmetry  

 

4.Symmetry-insert-Cyclic Region;设置相应的对象,选择首尾面,圆柱坐标系  

 

5.Mesh,这里演示,就直接生成,就可以看到整个圆环网格  

6.没有看到?Display-Show-Visual Expansion打开,恭喜你,看到了    

 

7.随便加载看个结果,这里就随便操作了(案例中固定底面,外表面施加压力向外)  

8.什么?结果不是圆环?  

 

9.Solution-Cyclic Solution Display-设置Number od Sections,就是需要重新计算,  

再次查看结果,有了  

 

10.打完收工   

1/4圆环模型(对称面

建立模型如下图所示:  


1.打开workbench,拉入静力分析,导入模型,双击Setup 进入操作界面  

2.利用对称面建立局部笛卡尔直角坐标系

 

3.Model-insert Symmetry  

4.Symmetry-insert-Symmetry Region;设置相应的对象,选择对称面,局部坐标系,对称面的法向

 

5.设置Details of Symmetry,案例中对称面方向是局部坐标系的X轴,所以ΔX设置一个极小值0.001mm

 

如果不设置将会发现没有对称效果  

如果设置其他方向会发现是线性阵列  

如果设置值较大会发现..自己试试  

6.怎么没有看到设置的参数?空白的?打开workbench-Tool-Options-Appearance-拉到最后-勾选Beta Options-恭喜你可以设置了

 

7.Mesh,这里演示,就直接生成,就可以看到对称的结构了;  

8.随便加载看个结果,这里就随便操作了(案例中固定底面,外表面施加压力向外)

 

9.打完收工


举例1/4圆环模型(线性阵列)

大家自行尝试吧,我猜基本上都大同小异,不再赘述了。如果真的有不一样,大家留言我再补发教程。


公众 号:机电君




来源:机电君
Workbench非线性UM控制管道
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-06-07
最近编辑:17小时前
ErNan.Chen🍃
硕士 | CAE工程师 即物而穷其理
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优化设计实例——固定支架优化设计

本分享主要介绍利用WB 自带的优化算法进行结构的优化设计,通过详细的操作过程说明和算法迭代设计,为大家进行优化设计提供有力的指导。1.1 问题描述图1-1所示为某一固定支座,立板固定端有两个螺栓孔用于固定,承载面上有两处圆形区域受到外部载荷作用,大小为20kN,中部有一个加强筋,初始设计尺寸为:宽30mm,高120mm,长280mm。为满足变形量小于1mm且减小重量的设计要求,对结构进行优化设计。本分享的优化思路如下:先进行结构的拓扑优化,然后基于优化结果对模型进行更新修改,最后进行尺寸优化设计,项目工程如图1-2所示,A组主要用于计算初始状态结构的变形及应力,B组对结构进行拓扑优化,C组和D组用于对拓扑优化后的几何模型进行尺寸优化。图1-1 某结构的固定支座图1-2 创建分析项目1.2几何建模由于需要对结构进行尺寸优化,所以直接在DM中建模并设置参数。具体步骤如下。(1)在DM几何建模窗口中建立底部支座,长1000mm、宽380mm、厚30mm,固定立板长1000mm、高170mm(含底部支座厚度30mm,共计200mm),固定端两螺栓孔直径为29mm、高度为107mm、距离为300mm,如图1-3所示。(提醒DM建模之间先改单位-mm)(2)创建中部对称加强筋,初始设计尺寸为:宽30mm,高120mm,长280mm。首先在中间位置创建基准面,然后基于基准面创建截面草图,通过对称拉伸得到筋板模型,如图1-4所示。(3)在支撑面创建两个施力面,然后通过拉伸草图,设置Operation为Imprint Faces,创建载荷加载面,如图1-5所示。直径50mm,据边缘均为200mm。图1-3 支座架体模型图1-4 筋板建模图1-5 创建施力面1.3材料属性设置本分享材料采用Structure Steel,各参数按照图1-6所示输入,其他各项材料操作按照软件默认设置。图1-6 材料属性参数1.4网格划分对结构采用六面体主体单元网格划分技术,设置单元大小为20mm,划分结果如图1-7所示。图1-7 网格划分结果1.5静力学分析首先进行静力学分析,计算初始设计的变形及应力大小。(1)设置载荷及边界。将固定立板两处的螺栓孔设定固定约束Fixed Support,同时在左右两个载荷施加点加载20kN的外载荷,结果如图1-8所示。图1-8 载荷及边界施加(2)结果后处理。查看计算获得的变形及应力云图,如图1-9和图1-10所示。初始设计最大变形量为0.63783mm左右,最大应力大小为156.03MPa。图1-9 变形云图图1-10 应力云图1.6 拓扑优化拓扑优化分析步骤如下。(1)进入Topology Optimization分析项(方法是直接拉进去一个topology Optimization到前一个分析的Solution),单击ResponseConstraint,在弹出的详细设置窗口中,设置Response为Mass,Percent to Retain为80%,即减少20%的重量。完成之后提交计算机求解。(2)求解完成之后可以得到优化结果,如图1-11所示,可以看到结构中边沿部分区域可以删减,基于此分析结果对初始几何模型进行修改,修改完成后如图1-11所示。很多人不知道到底减小多少,这里可以打开网格,或者打开原始模型,借用初中的数网格法。(因为是练习,所以这里就随意的采用瞪眼法进行裁剪)图1-11 拓扑优化结果图1-12 修改几何模型结果1.7尺寸优化完成拓扑优化及模型更新修改之后,进入对筋板结构的尺寸优化项目中,具体分析过程如下。(1)筋板结构尺寸参数化。由于模型相对简单,因此直接通过DM创建新模型,首先完成基本支座框架结构拉伸,如图1-13所示。图1-13 新支座模型框架结构(2)创建筋板截面草图,然后对截面尺寸参数化,如图1-25所示。分别单击尺寸前端小方格,在弹出的窗口中将筋板长度重新命名,如Length,同理,筋板高度命名为Height。图1-14 截面尺寸参数化(3)拉伸筋板截面草图获得几何模型,然后单击FD1,Depth(>0)项前部小方格,将参数化尺寸命名为Width,如图1-15所示。图1-15 拉伸尺寸参数化(4)单击工具栏中的Parameter,可以显示所有参数化的几何尺寸,如图1-16所示。图1-16 参数化尺寸列表(5)重新进入静力学分析项目,对新结构再次进行静力分析,操作过程与1.3.5节一致,计算完成后查看结果变形及最大应力值,如图1-17所示。(值改变与模型处理有关)图1-17 优化后的变形及应力云图然后对模型质量、最大变形和最大应力值进行参数化,以同样的方式单击前端小方格,出现P字样图标即表示完成,结果如图1-18所示。图1-18 参数化变形及应力结果(6)进入项目纲要可以看到系统自动创建C选项组和Parameter Set,如图1-19所示,单击Parameter Set可以得到所有优化参数,如图1-20所示。图1-19 项目纲要图1-20 尺寸优化参数列表(7)单击Optimization进入优化设置窗口,单击Objectives和Constraints,然后通过下拉菜单将所有参数化的变量逐个添加到当前分析中,如图1-21所示。图1-21 添加参数化变量(8)设置优化目标及约束,定义最大变形小于0.8mm,最大应力小于150MPa,同时满足模型质量最小,如图1-22所示。图1-22 优化目标及约束设定(9)设置参数化变量的取值范围。单击Static Structure,在弹出的窗口中设置变量取值范围,如图1-23所示,筋板各几何尺寸条件为:150≤Length≤320,80≤Height≤170,5≤Width≤20。图1-23 筋板结构尺寸变化范围(10)设置优化算法。为了计算效率,本例中直接采用简单的Screening优化算法,如图1-24所示,完成之后单击窗口中Update提交计算,可以看到每一个计算样本的完成情况,如图1-25所示。图1-24 优化算法设置图1-25 样本计算进度1.8结果后处理完成优化计算之后,可以得到优化的尺寸结果,如图1-26所示,软件提供三组推荐的优化结果,其中五角星个数越多表示结果越优。图1-26 尺寸优化结果除了直接查看优化的尺寸结果,还可以查看整个优化过程中各个设计变量的历史变化过程,如图1-27所示,可以看到P1~P6各设计变量的变化趋势。图1-27 设计变量历史过程为了了解尺寸参数的变化对目标结果的影响,可以查看灵敏度分析直方图,单击左侧优化项目中的Sensitivities,直接弹出结果图,如图1-28所示,横坐标表示目标函数,纵坐标为灵敏度值,正值表示对结果的影响是正向的,否则为反向作用。此外,在优化完成之后,每个结果和变量的历程曲线也会同步显示,如图1-29所示,其中Monitor列显示了所有目标值和设计变量的变化过程。直接单击对应的变量,在右侧窗口中会以曲线的形式呈现出来,以P3为例,单击结果如图1-30所示,可以看到P3整个优化过程的数值变化。图1-28 灵敏度结果图图1-29 设计变量历程图1-30 P3历史变化曲线1.9小结本分享主要介绍了优化设计理论的基础理论知识和概念,针对不同类型的优化做了比较说明,然后通过两个优化实例,分别介绍了拓扑优化、尺寸优化的分析过程,尤其是第二个实例,将不同优化类型进行组合分析,使大家能够将相应的仿真方法灵活应用。网络整理,仅限内部分享,禁止商用来源:机电君

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