ANSYS中施加对称约束条件和反对称约束条件的理解

玫瑰有刺

　　一、如何施加对称或者反对称约束?
　　1、在ANSYS中，施加对称约束条件和反对称约束条件的GUI分别为：
　　MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Antisymm B.C.>On Nodes
　　MainMenu>Preprocessor>Loads>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>Symmetry B.C.>On Nodes
　　2、在ANSYS中，施加对称约束条件和反对称约束条件的命令操作为：
　　DSYM，Lab，Normal，KCN
　　其中：Lab为对称的方式：正对称(Lab=SYMM)或反对称(Lab=ASYM)。
　　Normal为对称面在目前坐标系统(KCN)的法线方向Normal=(X、Y、Z)。当坐标系为非笛卡儿坐标系时，X代表R，Y代表θ，Z为Φ(坐标系为球坐标系或者环坐标系)。
　　二、什么是对称或者反对称约束?
　　1、对称边界条件在结构分析中是指：不能发生对称面外(out-of-plane)的移动(translations)和对称面内(in-plane)的旋转(rotations)。
　　这句话可以理解为：在结构中施加对称条件为指向边界的位移和绕边界的转动被固定。
　　例如，若对称面的法向为X，如果你在对称面上的节点上施加了对称边界条件，那么：
　　1)不能发生对称面外的移动 导致节点处的UX(法向位移)为0。
　　2)不能发生对称面内的旋转 导致ROTZ，ROTY(绕两个切线方向的转角)也为0。
　　2、反对称边界条件在结构分析中是指：不能发生对称面(out-of-plane)的移动(translations)和对称面外(in-plane)的旋转(rotations)。
　　这句话可以理解为：在结构中施加反对称条件为平行边界的位移和绕垂直边界的转动被固定。
　　例如，若对称面的法向为X，如果你在对称面上的节点上施加了反对称边界条件，那么：
　　1)不能发生对称面的移动导致节点处的UY，UZ(切向位移)为0。
　　2)不能发生对称面外的旋转导致ROTX(绕法线方向的转角)也为0。
　　三、设置对称或者反对称约束的目的
　　为了建模方便和减少计算量
　　四、2D对称或者反对称问题
　　1、首先需要明确的是：如果使用 2D 实体单元，由于都只有 Ux 和 Uy 两个自由度，无论对称还是反对称约束，都不可能去约束转角自由度。同样的，如果是3D问题，但是采用实体单元建模，也不可能去约束转角自由度，只有在使用了梁单元 (2D或3D) 或壳体单元的情况，才可能约束转角自由度。
　　2、对于 2D 问题，建模平面平行于总体坐标系的 XOY 平面，2D 问题的对称平面实际上是通过 2D 建模平面中的对称线并垂直于 2D 建模平面的一个平面，其两个切线一个在 2D 平面中，即该对称线，另一个垂直于 2D 建模平面;其法线在 2D 建模平面中，与对称线垂直。因此，对于 2D 平面中对称和反对称条件的设置应为：
　　(1)对称条件：沿对称线法向的位移和绕对称线的转角为零;
　　(2)反对称条件：沿对称线的位移和在建模平面内的转角为零。
　　此外仍需注意，根据前一点所述，如果只定义 2D 实体单元，则没有转角的条件;如果定义了 2D 梁单元，才有转角的条件。
　　五、对称面与任一坐标轴面不平行时如何处理?
　　设置对称或反对称条件，可以直接使用 ANSYS 在施加位移约束部分提供的 Symm 和 Anti-symm 条件来设置，当对称面与总体坐标系平面不平行时，ANSYS 自己会进行处理;如果自己设置，则必须创建一个与对称面平行的局部坐标系，在其中施加对称或反对称条件。


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