掌握在Mechanical中定义和应用对称边界的方法

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在使用ANSYS Mechanical进行结构仿真时，如果结构存在某种对称性，配合对称边界条件的设置，可以对模型进行相应的简化。在同样的计算量下，可以创建更细密的网格，以获得比全模型精度更高的计算结果。或者在同样单元密度的情况下，可以很大程度的减少计算量，缩短计算时间，降低计算资源要求。

一、对称类型

根据模型的对称特性，Mechanical支持多种类型的对称边界条件设置，包括：Symmetry Region、Linear Periodic、Cyclic Region、Pre-Meshed Cyclic Region和General Axisymmetric。不同类型的对称边界条件适用于不同模型和分析类型。

Symmetry Region

Symmetry Region（对称区域）可以基于对称面减小模型尺寸，适用于静力分析、瞬态结构分析，包括对称边界条件和非对称边界条件两种类型。

结构的对称边界条件意味着对称面面外位移和面内转动为零。

反对称边界条件意味着强制其沿着反对称面的法向转动。

Linear Periodic

Linear Periodic（线性阵列）边界条件适用于具有平移对称特性的模型，这种结构在某一个方向上不断重复，适用于静力分析。

Cyclic Region

Cyclic Region（循环对称）适用于具有轴对称特性的模型。风扇叶轮、直齿圆柱齿轮和涡轮叶片都是可以使用循环对称的典型模型。在Mechanical中，对具有对称性的一个扇区建模，在扇区的两个端面设置对称边界，仅对一个扇区进行求解，通过一个扇区上的结果重建完整模型上的结果。

在静力分析、模态分析、热分析中使用循环对称，一般按照以下步骤进行：

1. 插入Cyclic Region或Pre-Meshed Cyclic Region。

2. 指定Low Boundary和High Boundary。

二、对称边界条件的典型应用

循环对称边界条件的典型应用是汽轮机叶片的模态分析。汽轮机叶轮的固有频率对整机的振动和噪声控制都至关重要。由于叶片具有复杂曲面，所以对网格质量要求较高，如果使用完整模型分析，存在计算量大，计算时间长，计算资源要求高等问题。利用叶轮的轴对称特性，建立单只叶片的三维模型，并定义周期对称边界条件，可以大大减少计算量。