第二章 顺序耦合场分析(3)

随移算法使用ANSYS形状检查逻辑估计单元是否适于随后的求解。在得到形状检查参数随移单元时会查询单元类型。有些情况随移区域的单元类型可能为零单元（类型零），这种情况下形状检查准则不如具体的分析单元类型严格。为避免这种情况，在执行随移命令前将零单元类型重新分配单元类型。

在执行随移命令前结构分析的位移结果必须在数据库中。在结构分析之后结果是在数据库中的，或从结果文件读入结果之后（后处理中的SET命令）。模型的结构节点按计算的位移移动到变形的位置。如果随后要进行结构分析，应当恢复结构的节点到原来的位置。通过选择结构节点并执行带有系数FACTOR为-1的UPCOORD命令。

Command: UPCOORD, Factor

GUI: Main Menu:>Solution>Other>Updt Node Coord

网格随移支持所有的二维四边形及三角形低、高阶单元。对二维模型所有的节点和单元必须在同一个平面。任何曲面都不支持。三维，只有下列形状随移选项才支持。

?全部为四面体单元-（支持随移及重新划分） ?全部为六面体单元-（支持随移） ?全部为楔型单元-（支持随移） ?金字塔-四面体混合单元-（支持随移） ?六面体-楔型单元-（支持随移）

网格随移对用SMRTSIZE命令选项生成的均匀大小的单元最有可能成功。高度扭曲的单元可以随移失败

图2－4梁和空气的面模型示例了侵入静电区域的梁区域。面1代表梁模型而面2代表静电模型。在这个例子中，应当选择面2进行随移。

图2－4 梁与空气区域的面模型

很多种情况下，只有模型的一部分需要随移（就是说，结构区域的中间附近的区域）。在这种情况下应当只选择结构模型中部附近区域的面或体进行随移。图2－5，梁及多个空气区域模型的面模型示例了有多个静电面的梁的例子。只有面3需要网格随移。为保证与非随移区域网格的相容，随移算法并不改变选择随移面或体边界上的节点和单元。在本例中，不应改变面2及面3界面处的节点。

图2－5梁及多个空气区域的面模型

在结构分析之后执行网格随移，执行下列命令： 命令：DAMORPH

DVMORPH DEMORPH

GUI: Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Modify Mesh>-Phys Morphing-Areas

Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Modify Mesh>-Phys Morphing-Volumes Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Modify Mesh>-Phys Morphing-Elements

参见§2.9一节中的例子

2.5.2 使用物理环境方法重启动一个分析

在许多顺序耦合场分析中需要重启动某个物理环境的求解。例如在感应加热中，在顺序耦合循环中要重启动瞬态热分析。对于静态非线性结构耦合场分析，重启动结构分析也有许多好处。在顺序耦合场分析中可以很方便地重启动一个分析。重启动一个分析需要此分析的EMAT、ESAV以及DB文件。可以使用/ASSIGN命令指定某一分析的EMAT及ESAV文件。数据库文件在多物理环境耦合分析中是一致的。以下是重启动过程的简要步骤：

1．对于需要重启动的物理环境，在求解以前用/ASSIGN命令，指定重启动的EMAT及ESAV文件；

2．执行重启动分析；

3．使用/ASSIGN命令重新指定用于其他物理环境分析的EMAT及ESAV文件的缺省值。

2.6定制Multiphysics求解工具

§2.5节用物理环境执行顺序耦合场分析详细表述了用物理环境处理求解顺序耦合分析。多数情况下，宏命令可以用户化这种处理。本节详细叙述对具体应用的用户化求解宏。

2.6.1静电—结构耦合求解工具

对微机电系统，由静电场产生的机械力可能很大以致于使结构产生变形。变形可以影响静电场，而且要求耦合场求解。命令宏ESSOLV是求解器工具将求解耦合的静电场及结构问题。它使用物理环境处理进行顺序分析。该宏能自动在静电场求解和结构求解间进行迭代直到场及结构达到平衡。宏用§2.5.1节中的随移步骤自动更新静电场网格以保证结构位移。

2.6.1.1要求

ESSOLV宏利用§2.5节中叙述的物理环境。因此该命令宏求解工具在求解前需要创建静电物理文件及结构物理文件。

该求解器工具可用于有四边形或三角形单元的二维模型，三维模型使用§2.5.1节中讲述的单元形状选项。该求解器工具对单元的长宽比接近1的单元效果最好。由ANSYS的SMRTSIZE产生的网格对这种模拟就是可接受的单元形状。 在求解过程中ESSOLV会对静电场区域重新划分网格。重新划分网格区域施加到节点和单元上的边界条件会丢失。因此，应当将边界条件及载荷分配到实体模型上。

对实体单元，ESSOLV命令自动检测空气-结构界面并对静电单元施加麦克斯韦尔表面标志。该标志用于初始从静电区域传力给结构区域。当用ESSOLV命令给结构壳单元时（例如SHELL63,SHELL93），在写最后的静电物理文件之前必须手工施加麦克斯韦尔标志给所有环绕壳的空气单元。用SFA命令施加麦克斯韦尔表面标志给代表壳单元的面。这会确保与壳单元两侧相邻的空气单元接受麦克斯韦尔表面标志。

注意-如果使用了低阶次的实体或壳单元，设置KEYOPT(7)=1对静电单元类型确保力的正确传递。

2.6.1.2步骤

ESSOLV命令宏的使用准备如下。

?建立包括整个静电和结构区域的实体模型。对结构及静电区域划分网格。 ?通过分配合适的单元类型给划分网格区域创建静电物理环境，定义材料属性，定义实体模型边界条件及激励，选择方程求解器等。对结构区域设置单元类型为零单元(ET,,0)。写静电物理环境到物理文件(PHYSICS,WRITE)。

?清除静电物理环境(PHYSICS,CLEAR)并建立结构分析物理环境，选择正确的单元类型，定义材料属性，定义实体模型边界条件及载荷，选择方程求解器及选项等。写结构物理环境到物理文件(PHYSICS,WRITE)。

?准备实体模型或单元的部件要随移(这个步骤是一个选项，当交互处理ESSOLV命令宏时界面出现对话框可以完成此项)。对二维分析希望将经历网格随移的静电区域的面定义成一个面部件。对三维将体分类为体部件。见2.5.1节对选择的合适区域进行网格随移。

?对不进行网格随移的区域也定义一个部件(这个步骤是一个选项，当在界面中执行ESSOLV命令时对话框中可以交互选择)。可以选择在求解中不进行随移的静电区域中的线（二维）或面（三维）。这通常是必要的如果随移集中在整个模型的一个小的区域内（见2.5.1节）。

?如果结构需要预应力，准备一个初应力文件。而且，创建一个包含在初应力文件中的单元部件。初应力文件的格式参见《ANSYS Basic Analysis Guide》中的初应力载荷一节。

?执行ESSOLV宏命令。

2.6.1.3求解

图2-6 ESSOLV宏的数据流

例题参见2.11节，静电-结构分析实例。

命令宏将会在静电和结构物理文件间以迭代的方式进行循环直到结构的变形和系统存储的静电能达到了规定的数值。缺省，求解在当前求解同上一次求解最大结构变形和存储的静电能的改变小于0.5%时收敛。可以用ESSOLV命令的ELECTOL和STRUTOL改变或去除收敛准则。

为保证模型准备充分，通过设置ESSOLV命令的MXLOOP=1可以执行单一循环分析。

成功完成问题求解后，ESSOLV宏更新结构和静电区域的节点坐标使其与结构的变形一致。返回ESSOLV前的原模型，通过RESUME命令恢复名称为_ESSOLV.DB的数据库文件。

2.6.1.4后处理

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