CAE动力学仿真中的模态叠加法与直接积分法

1 问题描述平面应力问题适合于薄平板结构，受平行于平板方向的外力作用，如下图所示。我们可以做出假设Z轴方向无应力，即Z轴方向应力为0，此时薄平板只受到XY轴方向的应力作用。Ansys Workbench分析平面应力问题时，经常需要构建2D模型，并进行2D分析设置，必须激活2D分析类型。那么如何将分析类型由3D激活为2D？看完本文，你就彻底明白了。2 几何建模首先，采用Solidworks的曲面建模功能构建一个2D平面，如图1所示。点击前视基准面，绘制一个矩形草图—>插入—>曲面—>平面区域。 Fig. 1 几何建模特别需要注意的是，2D平面的草图必须选择前视基准面（即XY平面），如图2所示。Fig. 2 前视基准面绘制草图依次点击“文件”—>“另存为”，将2D平面保存为STP（推荐）或IGS格式，如图3所示。Fig. 3 保存几何模型3 模型导入依次点击开始—>所有应用—>ANSYS—>Workbench，启动并进入Workbench界面，新建静力学分析（Static Structural），如图4所示。Fig. 4 新建静力学分析右击Geometry—>Import Geometry—>Browse—>选择构建的2D平面，将2D平面导入DM界面，如图5所示。Fig. 5 导入几何模型右击Geometry—>Edit Geometry in DesignModeler，进入DM界面，如图6所示。Fig. 6 进入DM界面设置Units为Millimeter。右击模型树中的Import1，选择Generate，生成2D平面，如图7所示。Fig. 7 生成2D平面4 激活2D关闭DM界面，返回到Workbench界面，勾选菜单栏View中的Properties，右侧出现“Properties of Project Schematic”表格，如图8所示。Fig. 8 打开“Properties of Project Schematic”单击Geometry，右侧表格变为“Properties of Schematic：Geometry”，将表格最下方的Analysis Type由3D修改为2D，激活2D分析类型，如图9所示。Fig. 9 激活2D分析类型双击项目流程图Static Structural中的Model，进入Mechanical界面，如图10所示。Fig. 10 进入Mechanical界面单击模型树中的Geometry，在下方的2D Behavior中设置2D分析的问题类型，如图11所示。Fig. 11 分析设置与求解其余步骤与3D分析基本一致，本文不再一一操作，有兴趣可参考前期文章：ANSYS Workbench线性结构静力分析实例操作。Fig. 12 平面应力云图5 注意事项1）2D分析，需要在DM界面新建或打开一个面物体，或者从任意可以创建面物体的CAD软件中导入。2）2D模型必须在XY平面内，2D平面物体可以使用，但是2D线状物体不可使用。3）先激活2D分析类型，然后才能进入Mechanical，否则还是3D分析，并且不能再进行2D激活。一旦激活2D，则不可再把2D分析改成3D分析。4）2D分析不能使用螺栓预紧载荷、线性压力、简单支撑、固定转动；压力只能施加在边界上；载荷和分析结果都是XY平面内的，没有Z方向上的分量。 来源：纵横CAE