ANSYS逆向分析功能介绍
作者：李桂花 上海安世亚太结构应用工程师
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本文共计1253字，阅读时间预计4分钟
No.1 逆向求解背景介绍
传统（正向）分析和逆向分析之间的基本区别在于初始几何状态。
传统正向求解过程
初始几何形状在加载条件下发生变形，并根据变形几何形状对结果进行评估。
而在某些情况下，零件已经在荷载作用下设计好了，并且有了变形的几何形状，但是未变形的参考几何形状和变形的输入几何形状上的应力/应变是未知的。
在这种情况下，需要用到逆向分析，以找到参考几何和应力/应变相关的变形输入几何。
什么是逆向分析
通过在一组负载下已经产生变形的初始几何，求解未加载状态下的几何（也称为参考几何）的过程。
逆向分析仅适用于应变、位移或转动足够大，需要将变形几何与未变形参考几何区分开的几何非线性问题。
正向求解和逆向求解
逆向求解法在生物力学模拟中很有用。
在生物力学模拟中，输入的几何图形一般由医学扫描图像组成，且模型已经变形并承受载荷。
在这种情况下，如果要确定由于进一步载荷加载产生的几何变形和应力应变，需要使用非线性静态分析反解的方法来恢复未变形的参考几何形状，然后使用正向求解分析来进行进一步的加载。
此外，在叶轮机械工程中，热态-冷态法是常用的转子叶片设计方法。
代表原始形状的转子叶片几何形状被称为冷态几何，而在工作条件下的形状被称为热态几何。
设计师一般从叶片的热态几何形状开始，通过迭代的设计优化来确定最终冷态几何形状。是一个以简单梁模型代替的典型的叶片冷态设计工作流程。
热态-冷态工作流
■ 迭代法的第一步是施加气动、向心等载荷重新求解热态几何，得到两倍变形的热态几何。
■ 然后将该分析的位移结果应用于原始热态几何模型的反方向上，得到了1代冷态几何模型。
■ 1代冷态几何再次受到相同的载荷，以获得1代热态几何。
■ 然后将该1代热态几何与原始热态几何进行比较。如果差异够小可接受，该1代冷态几何被认为是最终的冷态几何；否则，将根据差异更新1代冷态几何，并继续此过程，直到获得可接受的冷态几何为止。
通过迭代方法获得所需精度的冷态几何过程非常费时和消耗资源，因为每个迭代都是一个可能涉及许多子步的非线性求解过程。现在通过反解法，ANSYS可以在单一的求解分析中获取冷态几何。
No.2 ANSYS逆向求解操作步骤
在ANSYS中执行逆向求解的过程，和正常的正向求解过程无异，不同的是需要在Analysis Settings的Advanced卡片中将“Inverse Option”属性设置为Yes。
一般情况下，逆向分析只有一个载荷步，用户可依据实际情况设置逆向求解的End Step。
例如当您需要了解额外负载下的结构响应时，可以在逆向分析后进行正向求解。通过将End Step设置为小于求解载荷步，就可以执行这种类型的分析。分析开始时，输入的几何图形已经在指定的加载条件下发生了变形。在正向求解步骤开始时，求解器将位移重置为零，并从输入几何图形开始。
注意 1：
End Step的默认值是1，如果更改，需要启用Beta选项（option-apperance）。
注意 2：
逆向求解分析载荷的加载方向：力驱动，加载方向从求解几何到输入几何，即载荷方向相同；位移驱动，加载方向从输入几何到求解几何，加载方向相反。
No.3 结果输出和解读
逆向求解得到的变形结果，表示模型相对于输入几何形状的变形。变形结果绘制在求解几何上。
所有其他结果项（如应力、应变、探针等）都绘制在分析的输入几何图形上。
反解过程中产生的结果在图形和表格数据窗口中以彩色高亮显示。
您可以通过在逆向求解载荷步中，选择某个状态变形结果，右键Export > STL来保存求解出的几何模型/参考几何模型。
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