ANSYS轴对称问题
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2021年01月21日 00:53
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关于
ANSYS
轴对称应力问题
1.
什么是轴对称应力问题
弹性力学中将廻转体对称于转轴而变形的问题定义为轴对称问
题。
根据
铁摩辛柯
《
弹性理论》
一书，
公式
(169)(P.322)
与
(178)
(P.360)
可以看到，在 轴对称情况，只有径向和轴向位移，不能有周
向位移。
轴对称分析要求，
除 了结构是轴对称的外，
载荷和约束也必须是
轴对称的。由上面的说明可见，在轴对称分析中不能 有周向变形，因
而也不能有周向的载荷。即不能有扭矩之类的载荷和扭转变形。
对于 轴对称结构，如果承受轴对称约束，而载荷是非轴对称的，
但该载荷可以分解为旋转角
θ
的三角函数，可以使用
“轴对称谐波
单元
–
Plane25
，
Shell61
，
Plane75
，
P lane78
，
Plane83
，
Shell208,
Shell209
等”
进行求解，不过本文不涉及。
2. ANSYS
对轴对称模型的基本要求
在
ANSYS
中分析轴对称问题时，要求：
(1)
分析模型
(
轴对称
)
必须位于整体坐标系的
X-Y
平面中，
Y
轴为旋转轴，
模型中的所有实体
(Keypoint,Line,Area,Volume,Node,
Element
等
)
都必须位于
X >= 0
的范围中。
(2)
所有的载荷、约束都必须是轴对称的。为此：
a.
只能施加
XY
平面内的载荷和约束，
不能施加垂直于
XY
平面的载荷
(如扭矩，
会产生法向的位移，
对于轴对称单元不存在该
位移，故不能施加
)
；
b.
根据轴对称理论，在旋转轴上
(X=0)
应该有
Ux
＝
0
，
因此在旋转轴上不能施加非零的径向
(X
方向
)
位移约束，也不能
施加径向的载荷
(
否则会破坏结构
Ux
＝
0
的条件
)
。
3.
ANSYS
中如何施加轴对称载荷
对于约束、面载荷、体载荷、
Y
方向的加速度、
X
方向的角速度
等，定义方式与非轴对称结构相同；对集中 力载荷则有所不同。对于
集中力，要求输入载荷作用点处，
360
度圆周上的合力。例如：在实
际结构直径
d = 10 mm
的圆周上作用
p = 1500 N/mm
的
Y
向载荷，
则应输入为
(
见图
1)
：
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