workbench旋转轴对称分析方法及案例分析
CAD中利用旋转轴进行图形旋转与对称
CAD中利用旋转轴进行图形旋转与对称CAD软件是计算机辅助设计软件的缩写，它在工程设计中起到了举足轻重的作用。
在CAD软件中，利用旋转轴进行图形旋转和对称是一项非常重要的技巧。
本文将介绍如何在CAD中使用旋转轴实现图形旋转和对称。
首先，我们需要了解旋转轴的概念。
旋转轴是一个以一点为中心的直线段，用于将图形进行旋转。
在CAD中，我们可以通过选择图形的中心点和一个与之垂直的直线段来定义旋转轴。
在CAD软件中，进行图形旋转和对称的操作步骤如下：1. 打开CAD软件并新建一个文件。
2. 在绘图界面中选择需要旋转或对称的图形。
可以使用绘图工具（如直线、圆等）绘制一个图形，或者导入已有图形。
3. 点击“编辑”或“修改”选项卡，找到“旋转”命令，并点击打开该命令。
4. 在弹出的旋转对话框中，先选择需要旋转的图形。
然后，选择一个合适的旋转轴。
在选择旋转轴时，可以选择图形特征点作为旋转轴的一部分。
5. 输入旋转的角度。
根据需要，可以输入具体的角度或者选择图形的参考点，并指定旋转的角度。
6. 点击“确定”按钮完成旋转操作。
此时，选定的图形将根据旋转轴和角度进行旋转。
要实现图形的对称，可以借助旋转轴来实现。
下面是使用旋转轴进行对称的步骤：1. 打开CAD软件并新建一个文件。
2. 在绘图界面中选择需要进行对称操作的图形。
可以使用绘图工具绘制一个图形，或者导入已有图形。
3. 点击“编辑”或“修改”选项卡，找到“旋转”命令，并点击打开该命令。
4. 在弹出的旋转对话框中，选择需要对称的图形。
然后，选择一个合适的旋转轴。
在选择旋转轴时，需要注意选择一个与对称轴垂直的直线段。
5. 输入旋转的角度。
根据需要，可以输入具体的角度或者选择图形的参考点，并指定旋转的角度。
对于对称操作，一般选择180度，即沿选定的旋转轴进行对称。
6. 点击“确定”按钮完成对称操作。
此时，选定的图形将根据旋转轴进行镜像对称。
通过上述步骤，我们可以在CAD中利用旋转轴进行图形的旋转和对称。
经典：ANSYS轴对称问题实例
16
17
个人观点供参考，欢迎讨论
→Close( the Mesh Tool window)
9
3、施加约束和载荷 1）施加约束和压力
ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Displacement → On Lines →拾取左边 → OK → select Lab2:ALL DOF → OK
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5、后处理
2）径向位移云图
ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Contour Plot →Nodal Solu →select: DOF solution, X-Component of displacement →OK
3）周向位移云图
6）周向应力云图
ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Contour Plot →Nodal Solu →select: DOF solution, Z-Component of Stress →OK
7）轴向应力云图
ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Contour
Plot →Nodal Solu →select: DOF solution, Y-Component of
displacement →OK
Ansys workbench 实例分析及介绍
20190308
目录
• workbench简介 • Workbench配置 • Workbench基本分析流程
workbench简介
菜单栏 工具栏
工具箱
属性栏
workbench简介
关联
Workbench简介
自定义系统
优化分析
Workbench配置
Workbench配置
查看文件
Workbench配置
文件完全拷贝传递下个人， archive
打包 恢复
Workbench基本分析流程
*几何体创建、导入及修改（设计简化）一般导入 *材料设置 *网格划分 *边界条件设置
*求解
*结构后处理
Workbench基本分析流程
分析模块：双击或拖进
材料已设计好，默认的结构钢，后面需修改
详细信息
Workbench基本分析流程
点选实体solid，查看材料，分配材料
实体
材料，分配前面添加的材料
Workbench基本分析流程
网格划分，默认，后面专题学习，影响精度等
2
1
Workbench基本分析流程-边界条件
先选施加载荷，后选面，（多选ctrl），apply，确定方向大小如1e6
快捷
Workbench基本分析流程-求解
求解，设置求解那些如
变形
，应变，应力 能量
破坏
应力线型化 探针
其他：
Workbench基本分析流程
变形
应变： 等效应变 应力： 等变应力
应变分析 工具里面 有安全因 子
Workbench基本分析流程-求解
Workbench基本分析流程
右键可以将结果添加到报告里
理论力学中的轴对称问题如何处理？
理论力学中的轴对称问题如何处理？在理论力学的广阔领域中，轴对称问题是一类具有重要意义和实际应用价值的研究对象。
轴对称问题常见于工程结构、机械设计以及许多物理现象的分析中。
理解和掌握如何处理这类问题，对于解决实际工程和科学中的力学难题至关重要。
首先，我们需要明确什么是轴对称问题。
简单来说，轴对称是指一个物体或系统绕着某一轴旋转一定角度后，与原来的形状完全重合。
在力学中，这意味着物体的几何形状、受力情况以及运动状态等在绕对称轴旋转时保持不变。
对于轴对称问题的处理，第一步通常是建立合适的坐标系。
由于轴对称的特性，选择柱坐标系往往是最为方便和直观的。
在柱坐标系中，我们有径向坐标 r、轴向坐标 z 和周向坐标φ 。
其中，周向坐标φ 在轴对称问题中通常不参与计算，因为物体在周向上的性质是相同的。
在确定了坐标系后，接下来就是对物体进行受力分析。
对于轴对称物体，其受力情况在绕对称轴旋转时也具有相应的对称性。
例如，如果受到的外力是集中力，那么这个力必然沿着对称轴或者在与对称轴垂直的平面内。
如果是分布力，比如压力、重力等，其分布规律也应该在轴对称的基础上进行考虑。
以一个简单的例子来说明，假设我们有一个轴对称的圆柱体，在其侧面受到均匀分布的压力。
在这种情况下，我们可以将这个分布压力等效为一个合力，这个合力的作用线必然通过圆柱体的轴线。
在处理轴对称问题时，运动学分析也是必不可少的环节。
对于旋转运动，我们需要考虑角速度、角加速度等参数。
由于轴对称的特点，角速度和角加速度在周向上的分量通常为零，只有轴向和径向的分量需要重点关注。
在动力学分析中，我们要运用牛顿第二定律来建立运动方程。
对于轴对称问题，由于受力和运动的对称性，方程往往会得到一定程度的简化。
例如，在考虑转动惯量时，由于轴对称性，只需要考虑轴向和径向的转动惯量分量。
材料力学性能在轴对称问题中也起着关键作用。
不同的材料在受力时的变形和应力分布规律不同。
对于常见的各向同性材料，其在轴对称条件下的应力应变关系可以通过相应的本构方程来描述。
空间与轴对称问题有限元分析课件
02
CATALOGUE
有限元分析基础
有限元分析的基本概念
有限元分析是一种数值分析方法，通过将复杂 的物理系统离散化为有限个简单元（或称为元 素）的组合，以求解复杂系统的物理行为。
它基于变分原理和加权余量法，通过数学模型 将实际工程问题转化为数学问题，从而得到近 似的数值解。
有限元分析广泛应用于工程领域，如结构分析 、流体动力学、电磁场等。
求解线性方程组
通过求解线性方程组得到每个节 点的位移和应力等物理量。
有限元分析的常用软件
ANSYS
功能强大的有限元分析软件，适用于各种工 程领域。
COMSOL Multiphysics
多物理场有限元分析软件，适用于模拟复杂 的多物理场耦合问题。
ABAQUS
专业的有限元分析软件，广泛应用于结构分 析、流体动力学等领域。
空间与轴对称问题有限元分析的优缺点
01
数值误差
有限元分析依赖于离散化的网格 ，存在数值误差，可能影响结果 的精度。
建模难度
02
03
计算资源需求
对于复杂问题的建模，需要较高 的专业知识和技巧，建模难度较 大。
对于大规模问题，有限元分析需 要大量的计算资源，如内存和计 算时间。
未来发展方向与挑战
优化算法
建筑领域
建筑设计中的对称和均衡问题需要考虑空间对称 性，以提高建筑的美观性和稳定性。
机械工程领域
机械零件的形状和结构需要考虑轴对称性，以确 保零件的稳定性和可靠性。
空间与轴对称问题的解析方法
解析法
通过数学公式和定理推导出问题的解 ，适用于简单的问题和特定条件下的 求解。
有限元法
将问题分解为有限个小的单元，通过 求解每个单元的近似解来逼近原问题 的解，适用于复杂的问题和不规则区 域的处理。
轴对称问题案例
单击按钮“Set”后,出现对话框选择Lines,点击Pick乊后，开始在图形窗口单击直线
单击“OK”
INTRODUCTION TO ANSYS PROJECT
单击“OK”按钮后，出现对话框，选择单元的尺寸（SIZE），在厚度方向选择5 等份，在高度方向选择20等份
厚度方向
高度方向
单击“OK”按钮完成定义。
INTRODUCTION TO ANSYS PROJECT
下图即为等分后的矩形
INTRODUCTION TO ANSYS PROJECT
按图 “Shape”中选择复选“Mapped”， 在Mesh Areas对话框中， 单击“Pick” 单击“Mesh”按钮，出现对话框
INTRODUCTION TO ANSYS PROJECT
八、结果分析 （1）位移运行主菜单General Postproc>First Set > Plot Results>Nodal Solu…
INTRODUCTION TO ANSYS PROJECT
乊后出现对话框。接着选择结点位移，左边框选DOF solution，右边框选 USUM，即选择总的结点位移。另选择Def+Undeformed复选框
选择“Box Zoom”，进行局部放大图形，
INTRODUCTION TO ANSYS PROJECT
然后在图形窗口拾取加载点
乊后，单击上页对话框“APPLY”按钮
INTRODUCTION TO ANSYS PROJECT
出现对话框
在对话框中，选择位移约 束为Y方向简支，即 “UY” 和位移输入数值“Fix to C urrent”。然后，单击“OK” 按钮，完成位移的设置， 出现示意位移设置的箭头。
利用ansysworkbench计算旋转物体的向心力及变形计算
利⽤ansysworkbench计算旋转物体的向⼼⼒及变形计算利⽤ansys workbench计算旋转物体的向⼼⼒及变形计算⼀般形状规则物体可以利⽤公式F=mv2/r计算向⼼⼒，但是有些形状不是特别规则旋转体⽐较难计算它的向⼼⼒和产⽣的变形，这时候可以利⽤有限元软件进⾏计算。
1、有下⾯⼀旋转物体，假设中间由于加⼯和降本需求开了⼏个不规则⼩孔，中间轴承约束，计算其在转速3600R/min时产⽣的向⼼⼒、径向变形值。
2、打开Ansys Workbench软件，进⼊下图操作界⾯，双击Static Structural右键Geometry—Browse选择分析模型3、双击Geometry，进⼊界⾯选中Import1，右键⽣成模型，或者直接按F5⽣成检查⽣成模型，关闭Geometry4、双击Model模块，进⾏载荷和边界条件的设置此处材料默认不更改，设置⽹格⼤⼩为3，划分⽹格，下图所⽰5、右键点击static structural---Insert---Fixed support选中内圆⾯，点击Apply6、右键点击static structural---Insert---standard Earth Gravity（设置重⼒加速度），⽅向设置为-Y⽅向7、右键点击static structural---Insert---Rotational Velocity,选择旋转体，将Define By更改为Components,以Z轴为旋转轴，设置转速为3600RPM，（注意单位的设置）点击solution进⾏计算8、计算完成，查看向⼼⼒及变形右键Solution---Insert---Probe---Force Reaction在Details of Force Reaction中将Boundary Condition中选择Fixed support右键求得向⼼⼒F结果，Y⽅向，⼤⼩35.637N求得Y⽅向变形值如下图所⽰。
轴对称结构的静力分析实例
《ANSYS工程分析软件应用实例》第8章轴对称结构的静力分析实例/filname,ch08/title,static analysis of compressor structure/prep7et,1,plane42keyopt,1,3,1 !指定单元行为方式为轴对称mp,ex,1,1.15e5mp,prxy,1,0.30782mp,dens,1,4.48e-9k,1,226,208.8k,2,226,258.7k,3,157,258.7k,4,237.5,220.3k,5,229.2,220.3k,6,237.5,208.8k,7,126,276.7k,8,138,276.7k,9,102.5,263k,10,102.5,248.7k,11,237.5,273.8k,12,237.5,264.1k,13,135,248.7k,14,243.85,273.8k,15,243.85,254.8k,16,229.2,254.8k,17,162.5,264.1!显示编号和改变视角/pnum,kp,1/pnum,line,1/number,2/view,1,,,-1/auto,1lstr,1,2lstr,2,3lstr,1,6lstr,6,4lstr,4,5lstr,5,16lstr,16,15 lstr,15,14lstr,14,11lstr,11,12lstr,12,17lstr,8,7lstr,7,9lstr,9,10lstr,10,13lplotltan,11,8 !创建切线ltan,2,13al,all/pnum,line,0!创建用于切割面的线，对面divide，!以便于划分映射网格k,18,237.5,254.8k,19,229.2,264.1k,20,226,264.1k,21,226,220.3lstr,12,18lstr,16,19lstr,2,20lstr,5,21lstr,17,3lstr,7,13/pnum,kp,0/pnum,line,1asel,s,,,1lsla,u !从选择集中去除截面边界线asbl,1,all,,,keepallsel,allsaveesize,3!线连接concatenatlccat,10,18lccat,19,6lccat,20,29lccat,5,21lccat,22,17type,1mshape,0,2dmshkey,1 !映射网格amesh,alllsel,s,lcca !选择连接生成的线ldele,all !删除连接生成的线!以免对后面的操作有影响allsel,all/pnum,line,0eplotsave/soluantype,staticnsel,s,loc,x,237.5nsels,r,loc,y,220.3,208.8d,all,uxallselnsel,s,loc,y,208.8d,all,uyallseleplotsaveomega,,1191.11 !施加旋转角速度!对轮盘边缘施加集中力nsel,s,loc,x,243.5 !选取轮盘边缘节点*get,no_nodes,node,,count!得到节点数目f,all,fx,628232/no_nodes!对这些节点平均施加载荷allselsavesolvefinish/post1plnsol,u,x,2,1plnsol,u,y,2,1plnsol,s,x,0,1plnsol,s,y,0,1plnsol,s,z,0,1plnsol,s,eqv,0,1finish 1．为什么已经施加了转动角速度，还要施加节点载荷模拟离心惯性力？应该说后面加上去的节点力不是惯性力，而是其他类型的力；2．Plane42单元可以设置单元行为方式为轴对称3．为了便于进行映射网格划分，用divide 命令把面用线分割；4．对于concatenate连接线，网格划分完毕以后，最好删除，以免对后面的操作有影响；5．等效应力分布图与其它应力分布图有何不同？6．学会更加灵活的应用select选择功能；7．创建切线此处用到了ltan命令，还有创建垂线，创建与某条线成一定夹角的线等这些命令也要学习一下；8．载荷的施加是在节点坐标系中进行的，此处为了施加径向和周向载荷将节点坐标系旋转到与整体柱坐标系一致；9．线的修改：线可以延长，但是注意只有为划分网格的线和为依附于面和体的线次阿可以被重新定义；但是ldiv（分段）和lcomb（线合并）lfillt（倒角）命令可以修改未划分网格的线，此线可以依附于面和体，此时面和体也一并被修改；。
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w o r k b e n c h旋转轴对称分析方法及案例分析内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
W o r k b e n c h旋转轴对称分析方法1.建立模型
建立模型前先将选中geometry，然后将analyss type 选择为2D
建立的模型必须在XY平面的正象限内，并且模型关于Y轴轴对称。
2.分析求解
进入求解模块，将分析类型更改为轴对称分析
划分网格，求解。
在施加约束是不用添加轴对称约束，默认此模型关于Y轴有轴对称约束。
3.轴对称分析的例子对比(其它条件均相同，仅直径不同）
直径为2m 直径为4m
直径为2m薄膜应力理论计算值 ansys分析值为
直径为4m薄膜应力理论计算值 ansys分析值为
直径为2m时线性化处理结果
直径为4m时线性化处理结果。