使用ANSYS进行对称边界的模态分析，制作【春节快乐】

延续去年的传统，最近几天一直在想做个什么东西来迎接新年。本来想用keras训练个深度网络，从一大堆图片中识别出“LZW祝大家春节快乐”。无奈，今年变化太快，没有达到实际应用的水平，所以先用过去积累的仿真分析技术做一个吧，希望明年能结合某项新的技术做出个春节祝福来。

想法由来

聚焦到仿真上，去年用多相流做了个春节祝福，今年改用结构分析来做吧。回想起10年前的2010年，在英特老东家，参与了第一个仿真分析项目，叶片的模态和双向流固耦合分析。虽然当时不太理解，在其他人的指导下完成，但清晰的记得那个模态分析的效果感觉很炫，所以就做一个吧，就当再温习下当时的技术了。希望不久的将来，仿真分析和制造相关的知识能够借助数字孪生等技术联通起来。

1. 建模

使用workbench的DM无法写字，所以得用专业的CAD工具生成带字的几何模型。电脑上装了solidworks 2016,就用它进行建模吧。

1. 由于想用下对称边界条件，所以建了1/8的圆环作为基础模型。为了对称处理时方便，把圆环两边加了两个翅膀来作为对称边界，但翅膀不能和圆环外侧进行接触，否则接触面不好处理。
2. 写字时，选择圆环中心，使用构造线进行文字排布。本来想加粗文字，但是貌似加粗时软件有问题，拉伸时会出现自交现象，所以还是使用正常字体吧。
3. 另外，软件使用不熟练，好几个操作没找到怎么用，故做了个不完美的模型，放到DM里进行处理。

最终模型如下图所示：

最后，将模型导出为x_t格式，准备进行仿真。

2. 使用对称边界进行模态分析

2.1 处理几何模型

10年前用的是经典ANSYS，现在workbench是如此好用，所以就用 ansys workbench19.0进行仿真。

1. 新建project,拖一个modal模块；
2. 在几何模块选择几何模型导入；
3. 进行模型处理。为了让网格质量稍微好一些，所以把凸出来的字体和圆环分离，想分别划分网格，使用接触来处理。（后来发现好像不需要精度，索性就form new part了）。

2.2 网格划分并设置边界条件进行计算

1.首先建立圆柱坐标系：coordinate systems节点右键insert ‘coordinate system’,type选择‘Cylindrical’;
2. 指定对称边界：Model节点右键insert ‘symmetry’.
3. symmetry节点右键insert ‘cyclic region’。选择刚刚创建的圆柱坐标系，然后按照顺时针方向，选择low edge 和high edge.
4. 进行网格划分：网格 relevance center 选择’medium’, span angle center 选择’medium’。为了让边界节点map效果更好，把两个对称面设置个面尺寸，网格稍微密集些。
5. 建立约束：将圆环的内面固定，Modal节点insert ‘fixed support’,选择内圆环面；
6. 设置角速度：workbench的加速度不确定是哪一个，所以就用命令行来指定了。Modal节点，insert ‘commands’,输入

/soluCSYS,0
ALLSEL,ALL
OMEGA,0,0,-300ALLSEL,ALL  

对称边界如下所示：

网格模型如下：

2.3 求解

1. 设置Max modes to find =18，多算几个，最后选一个好看的
2. 求解

2.4查看结果

可以任意查看，我查看了各阶模态下的total deformation，然后选了旋转的那个作为视频结果。

如下图所示：

以上就是制作春节祝福的例子，没有追求精度和准确性。如果要是真的工程问题，处理起来应该会比这个多花很多时间。

如果感兴趣，大家去我上传的资源里，下载模态分析的计算文件，还有2019年多相流的计算文件： happy2020_cyclic.wbpz happy2019.wbpz