如果可以围绕某条轴复制部分模型的几何体、载荷、约束和结果,从而得出完整的模型,则将出现循环对称。例如,风扇叶片或涡轮机便是一个典型的示例。如果叶片和几何体上的载荷重复,则只需对一个叶片(而非 X 个叶片的轮毂)进行建模。请参见图 1。这样可以缩小分析范围,减少分析时间。
图 1:循环对称示例(亮显部分(包括载荷)可围绕轴 O 复制 7 次,以创建完整的模型)
特别地,循环对称将强制一个面上节点处(图 1 中的 A)的径向、切向和轴向位移与相对面上的相同节点(图 1 中的 B)匹配。
注:
- 循环对称仅适用于“线性材料模型静态应力”、“固有频率(模态)”和“瞬态应力(直接积分)”分析类型。此外,使用模态结构(如响应谱等)的分析类型还会生成包括 MPC 效应的结果。
- 当结果不循环对称时,无法使用循环对称。通常,仅部分振型属于循环对称的固有频率(模态)分析中便会出现这种情况。使用循环对称可过滤掉部分模式。这一点同样适用于振动分析。
设置循环对称模型
设置循环对称边界条件的基本步骤如下所示:
- 确定循环对称面所在的位置。尽管导致循环对称条件的任何部件切割均可接受,但最好使切割面上生成最少的节点数。图 2 显示了一些示例。切割面不必是直面,且切割面上可以具有任意数量的表面。
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(a) 选项 1。插图显示了完整的模型。阴影部分是循环对称中使用的模型。 |
(b) 选项 2 将减少匹配的相对切割面 A 和 B 上的节点。 |
图 2:切割面示例
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- 创建网格时,一个面上的节点必须与相对面上的节点匹配。还可以采用另一种方式思考,即:某一个面上表面 A 的节点(转动 X 度)必须与相对面的表面 B 上的节点匹配。节点匹配使用的容差是既定匹配表面的第一个部件和表面上最短直线的 1%(参见步骤 7)。
提示: CAD 实体网格生成器和二维网格生成器均不强制相对面上的网格匹配。如果网格生成器不自动创建匹配网格,则您可以通过为循环对称模型的三个部分划分网格,强制执行此操作。在图 2 中,为三个叶片划分网格,然后禁用其中两个叶片。
- 按正常方式应用载荷与边界条件。模型需要在所有六个方向上静态稳定,循环对称不会阻止模型在切向方向上运动,因此任意大小的刚体转动都是可接受的解决方案。通常,已建模的部件会附着到尚未建模的对象上,如轴。在这种情况下,分析是模型相对于轴的位移,因此轴附件处的边界条件将完全固定不变。
提示: 尽管从理论上来说,循环对称和应用的边界条件可能会生成静态稳定模型,但如果边界条件无法单独生成静态稳定模型,则迭代求解器可能难以收敛。在这种情况下,建议您向模型添加弱弹簧。选择几个节点,单击鼠标右键,然后选择
“添加”
“节点刚性边界”。若要实现稳定,则必须固定方向,然后将刚度设置为一个较低的值。(值较低时,表示这些弱弹簧携带的载荷与应用于模型的载荷相比微不足道。)
- 记下匹配的相对切割面上的匹配部件编号和表面编号。(在图 2(a) 中,即:A 对应 B,C 对应 D。)
- 在未选择模型中任何对象的情况下,在显示区域中单击鼠标右键,然后选择“添加”
“循环对称”。
- 输入“轴上点”和“轴方向矢量”以定义循环轴(图中的 O)
- 根据需要使用“添加行”按钮,在“匹配表面”表中创建与切割面上的面接触对中相同数量的行。图 2 (a) 中有两个匹配对,因此该表需要两行。图 2 (B) 中只有一个匹配对,因此该表仅需一行。
- 为切割面上的匹配面输入部件编号和表面编号。
- 单击“确定”按钮保存数据。
- 运行分析。
查看结果:
请记住,使用迭代求解器得出的分析精度取决于收敛容差。查看结果时,您应检查相对面上的位移是否相同。如果使用柱坐标系,则更易于检查。有关详细信息,请参见局部坐标系页面。