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使用ACT插件,让你的分析更有效率!

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FEInfo ACT 插件


在使用Workbench时,有时我们需要查询有限元节点信息或者节点距离等信息,这是可使用第三方ACT插件 FEInfo 来解决。

该插件对于需要进行详细有限元分析,需要查询和管理节点 named selections 的用户来说,是一个非常有用的工具。

该插件的具体功能包括:
●  显示节点和单元信息:可以显示所选节点或单元的编号和坐标。
●  节点和单元选择:可以根据选择的节点自动选择其所在的单元,反之亦然。

●  输入选择:允许用户通过输入节点ID或单元ID来选择特定的节点或单元。

●  单元节点信息显示:显示所选单元中所有节点的信息。

●  最近节点/单元查找:根据输入节点或单元坐标,查找最近的节点或单元。

●  距离计算:计算两个节点或两个单元之间的距离。


=====插件加载=====


在Workbench中,按照下列步骤加载FEInfo插件,并在Workbench Mechanical模块下打开:




进入分析界面,我们就可以看到新增一工具条,如图下所示:




=====Workbench中的默认操作=====



首先,我们使用WB 默认的一些有关有限元模型的操作。


点击display→Annotation Preferences(注释偏好设置),如下图设置,即可查看整个模型的节点编号,也可查看单元编号。




软件默认的节点和单元编号查询


我们还可以在home→tools下找到“Selection Information”如下图,并依次点击,可以看到单个节点的详细信息,包括节点相对于坐标系的位置及节点编号。

软件默认节点和单元编号信息查询



可以看出软件默认的方式下,模型单元和节点的查询并不是很方便,而且也没有相应根据选择功能。


=====FEInfo插件的应用=====


接下来,我们使用ACT 功能,对节点或单元进行查询、选择等操作。


Nod Number(节点编号):  

按住Ctrl 键依次点击单元节点后,再点击面板中的“Nod Number”可以查询点选的节点坐标位置和节点编号:


Node to Elem Number(从节点到单元编号):

点击单元节点,再点击面板中的“Node to Elem Number”可以选中与备选节点相关联的单元,即显示与点选节点相邻的单元位置和编号,如下:


Select Nodes (节点选择):

输入节点编号(格式:编号,编号-编号),或者导入节点编号的文件(插入的 txt 文档必须采用英文目录,同时文档中编号之间的逗号必须为英文字符),即可选择节点。


Element Number(单元编号):

按住Ctrl 键依次点击单元后,再点击面板中的“Element Number”可以查询点选的单元坐标位置和编号:


select Elements(单元选择):

输入节单元编号(格式:编号,编号-编号),或者导入单元编号的文件(插入的 txt 文档必须采用英文目录,同时文档中编号之间的逗号必须为英文字符),即可选择单元。


Elem to Node Number(从单元到节点编号):

点击单元,再点击面板中的“Elem to Node Number”可以选中与备选单元相关联的节点,即显示选中点选单元的节点位置和编号,如下:


Find Nearest Node/Find Nearest Element:


根据输入的坐标位置查找最近的节点或单元,如下:


Find distance(查询距离):

查询节点或单元之间的距离,如下所示:



Wind Loading ACT 插件


Wind Loading插件的风荷载计算是基于 API 4F 规范《钻井和修井结构规范》,可用于井架和桅杆的结构分析。是一个非常有用的风荷载加载工具。插件的加载同上,此处不再赘述。


为方便演示,使用该插件前,我们首先在spaceclaim模块中建立一圆台模型。然后进入分析界面,即可看到新增一Wind Loading工具条,如下图所示:

=====Wind Loading插件的应用=====


右键Static Structural-insert,找到Wind Loading即可插入插件的风荷载选项。


在该选项卡下可设置相关参数,如下图所示,相关参数可详细阅读帮助文档进行设置。


在该插件中,结构上的总风力应通过取作用在单个构件和附属设备上的风力的矢量和来估算,通常遵循以下等式:
Fm--垂直于单个构件纵轴、挡风墙表面或附属设备投影面积的风力,单位:磅(lb);
Ki---考虑单个杆件纵轴和风的倾角系数φ;
Vz--高度Z时的局部风速(以节为单位,kont),需注意参数之间的关系:

Cs--形状系数,或形状因子;
A---单个构件的投影面积等于构件长度乘以其投影宽度相对法相风的分量;
Gf--考虑空间相干性的阵风效应系数(Gust effect);
Ksh--构件屏蔽遮挡的折减系数(Shielding Factor);
Ft--作用于整个钻井结构的每个单独构件或附属物的风力矢量和。

风荷载设置如下图:

本案例中,将结构底部固定,如下图:

求解计算后,变形和应力如下:


~结语~

ANSYS的应用官网提供了很多实用的ACT插件,其中有免费的,也有收费的。用户如果需要下载这些插件,需要在ANSYS官网注册账号并申请相关权限,故而下载ACT插件现在是一个比较令人着急的问题。为此,笔者收集了一些ACT插件,有需要的朋友可以通过以下链接自取:

https://pan.baidu.com/s/1Gz6tJXuVSHAJipM9KF2LPg

提取码: hj5t


   
 

来源:薛定谔的Cube

附件

免费链接.txt
SpaceClaimACTMechanicalWorkbenchUM
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:2025-12-31
最近编辑:7月前
巴郡撸猫人
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ANSYS摩擦接触理论知识详解!!

最近有点忙,许久未更新。今天给大家分享一篇ANSYS中的摩擦接触理论知识(本文源于ANSYS官方讲解)~--01--摩擦的理论模型两个接触体的切向滑动可能是无摩擦的,也有可能需要考虑摩擦。无摩擦时,两个物体相对滑动而没有任何阻力,摩擦存在时两个物体上会产生剪应力。我们知道,摩擦作用下,系统会沿着摩擦路径做功,消耗能量,因此摩擦是摩擦是一种与路径相关、具有能量耗散的物理现象。为准确地对摩擦问题进行分析,与摩擦相关的载荷的加载方式应该和实际情况相同,且子步要充分。原因就在于子步越充分,加载路径越精确,计算也就越准确。如下图所示:图1摩擦路径与时间步关系但需要注意,与塑性分析不同,摩擦分析中自动时间步长不考虑摩擦响应的增加。摩擦是一种机理比较复杂的物理现象,即使一个简单的摩擦力试验中,施加恒定的压力,其摩擦力-位移曲线也非常不规则,如下图2。通常摩擦与接触材料硬度、表面粗糙度、温度、湿度、相对速度等有关。因此摩擦分析中,我们仅考虑其主要数学物理原理,通常只能在数值上取得近似解。通常摩擦主要与以下物理参数相关:①接触材料(包括润滑材料);②表面粗糙度;③温度;④摩擦物体之间的相对速度。图2摩擦力—位移关系在ANSYS中,摩擦分析采用coulomb模型(库伦摩擦)施加摩擦力,并考虑了剪切摩擦力和粘合效应。库仑摩擦模型,分为弹性库仑摩擦(允许黏接和滑动)和刚性库仑摩擦(只允许滑动)。一、弹性库伦摩擦模型在ANSYS中,弹性库伦摩擦模型允许粘合(有摩擦力但还未发生滑移)和滑移,摩擦接触的两物体都存在反向的剪应力(TAU)。库伦摩擦准则要满足如下关系式:其中:μ—为摩擦系数;Fₜ—接触面切向力或剪应力;Fn—接触面的法向力。上述公式的Coulomb模型中,可以看到随着法向压力的增大,传递的最大剪应力TAUMAX(摩擦力)也随之增大,如下图所示。如果Fₜ超过上述准则,就会产生滑动。即:①粘合条件:Fₜ<μFₙ②滑移条件:Fₜ>μFₙ或TAU>TAUMAX(剪应力最大值)。图3库伦摩擦模型在ANSYS中,实常数TAUMAX默认值很大,为1E20,但一些单元可以通过命令定义TAUMAX的值。一般TAUMAX的上限值为σᵧ/(3)½,σᵧ为接触材料的米塞斯屈服应力。原因在于接触面之间的剪切屈服限制了其剪应力的大小。如下图,橡胶的剪切屈服使出现打滑,并且这也限制了轮胎和道路之间可以传逆的摩擦力。图4摩擦力超过轮胎材料最大剪应力工程上,TAUMAX一般使用经验值,以满足实际情况。下图为弹性库伦摩擦的压力—剪应力图,可以看到在TAUMAX之前,摩擦力或剪应力与压力P成正比。如果我们在计算时不修改最大的TAUMAX为实际值,由于程序的默认值很大,程序实际上的摩擦力就等于摩擦系数乘以法向力(虚线)。图5压力与剪应力关系从上可知,在ANSYS中粘合区域被视作弹性处理,其切向刚度为KT。切向刚度和法向刚度类似:刚度越大精度越高,刚度越小则越容易收敛。软件可以指定KT的值,或使用程序指定的值(KT=1%KN)。图6摩擦力与位移的关系二、带cohesive内聚力的库伦摩擦模型在某些情况下,接触表面粘合在一起,如胶粘结构,即使没有法向压力的作用也能提供一定大小的滑移阻力。ANSYS中的一些单元能够模拟这种现象(使用内聚力COHE)。图7带内聚力的压力与剪应力关系带cohesive内聚力的库伦摩擦模型满足如下关系式:其中:①P—为接触面法向压力;②COHE—为接触部位内聚力。三、刚性库伦摩擦模型刚性库伦摩擦没有考虑静摩擦,因此该模型的接触无“粘合”效应。该模型仅适合模型在某固定方向连续滑动时。如使用研磨轮对部件进行成型加工时(图9),u=0处的不连续等效于无穷大的刚度值。如果滑动停止或方向改变,则会出现收敛困难。图8刚性库伦模型的摩擦力与位移关系图9研磨加工--02--摩擦系数和与其相关的实常数一、摩擦系数对于所有的ANSYS接触单元,摩擦系数μ通过属性MU来指定,(缺省时为μ=0)。滑动时的摩擦系数比静止时的小,我们称作动摩擦系数,静止时,称作静摩擦系数。ANSYS中,面一面单元(CONTA171-CONTA174)和点一面单元(CONTA175)可以指定一个和表面滑动速度相关的动摩擦系数。静摩擦到动摩擦的过程为避免收敛问题,需要考虑其整体数学描述时的下降过程,ANSYS中定义摩擦系数方程如下:其中:MU—为动摩擦系数,用户定义;MSU—为静摩擦系数;FACT—为静摩擦系数与动摩擦系数之比,即MSU/MU,缺省为1;DC—为衰减系数用户定义,缺省为0;Vrel—为表面间滑动的相对速度。如果我们知道静、动摩擦系数和至少一个数据点(μ1,Vrel),则可以确定摩擦衰减系数为:从上述内容可以看到,动摩擦系数和表面速度相关,这使得动静态之间可以平滑过度,如下图。图10摩擦系数与相对滑动速度的关系需要注意,在workbench中,接触选项中(下图)我们输入的摩擦系数通常为动摩擦系数MU。二、摩擦接触的一些实常数ANSYS软件中为摩擦接触提供了一些实常数,以便我们对数值模型有关参数进行调整。关于库伦摩擦接触模型的一些实常数如下:在workbench中,可插入Command,使用RMODIF设置接触实常数,命令如下:RMODIF,NSET,STLOC,VALUENSET—表示接触对的实常数号,特定面可以用系统默认的CID或TID;STLOC—表示实常数序号,即上表中实常数表格的位置No.,对应了具体实常数Name;VALUE—表示实常数定义的值。对于一个接触其上述实常数可按如下方式定义:RMODIF,CID,9,200E6!设置最大摩擦应力TAUMAXRMODIF,CID,13,100E5!设置最大粘结应力COHERMODIF,CID,21,1.2!设置静动态摩擦系数之比FACTRMODIF,CID,21,1.2!设置摩擦衰减系数DC--03--摩擦生热摩擦现象可以将机械能转换为热能,为了模拟摩擦耗散能量的热生成,在ANSYS中应当执行瞬态热—结构耦合分析。在分析时,可以应用TIMINT,STRUC,OFF命令关闭结构自由度上的瞬态效应,但必须保留热自由度上的瞬态效应。摩擦生热需要两个实常数,即:①FHTG—摩擦耗散能转换成热量的比例系数,即机械能转化为热能的效率(默认为1.0);②FWTG—接触面和目标面之间热量分布的权重系数(默认为0.5)。在模拟热—结构耦合的问题中,ANSYS通过下式定义摩擦生热总耗散量:其中:τ—等效摩擦应力;υ—相对滑动速度;FHGT—摩擦耗散能转换成热量的比例系数,默认为1.0,并且可以作为实常数输入。对FHGT=0的情况,软件中应该输入一个很小的数值,如果输入0软件将采用默认值。在接触面和目标面上摩擦耗散的能量按计算公式分配,如下:其中:qᴄ—为接触面上的摩擦耗散能;qᴛ—为目标面上的摩擦耗散能。摩擦生热中,实常数FWGT和FHGT在ANSYS中可按如下形式定义:RMODIF,CID,18,0.5!设置摩擦热分布的权重系数RMODIF,CID,20,0.6!设置摩擦生热能量转化系数--04--关于摩擦问题的求解在力学求解中,无摩擦时,刚度矩阵法向力与切向力相互独立,形成的刚度矩阵都是对称矩阵,但若考虑摩擦接触问题,切向力与法向力通过摩擦系数μ耦合,会导致不对称的刚度矩阵,如下图。这时在求解时,我们就需要调用非对称求解器,但使用非对称求解器比对称求解器更费时间。因此,ANSYS使用了对称化的算法,这样可使得包括摩擦的接触问题也使用对称矩阵进行求解。来源:薛定谔的Cube

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