ANSYS教程第6章 施加載荷和求解

1、施加載荷和求解施加載荷和求解 26.1加載概述6.2分析類型與求解控制選項(xiàng)6.3載荷定義的基本操作6.4載荷的施加方法6.5求解36.1.1載荷的定義 ANSYS中的載荷可以分為中的載荷可以分為6大類大類 :1）自由度約束（）自由度約束（DOF Constraints）：將給定的自由度用）：將給定的自由度用已知量表示，也稱位移約束。例如在結(jié)構(gòu)分析中約束是指位已知量表示，也稱位移約束。例如在結(jié)構(gòu)分析中約束是指位移和對稱邊界條件，而在熱力學(xué)分析中則指的是溫度和熱通移和對稱邊界條件，而在熱力學(xué)分析中則指的是溫度和熱通量平行的邊界條件。量平行的邊界條件。 2）力（集中載荷）（）力（集中載荷）（Forc

2、e）：是指施加于模型節(jié)點(diǎn)上的）：是指施加于模型節(jié)點(diǎn)上的集中載荷或者施加于實(shí)體模型邊界上的載荷。例如結(jié)構(gòu)分析集中載荷或者施加于實(shí)體模型邊界上的載荷。例如結(jié)構(gòu)分析中的力和力矩，熱力分析中的熱流速度，磁場分析中的電流中的力和力矩，熱力分析中的熱流速度，磁場分析中的電流段。段。 3）面載荷（）面載荷（Surface Load）：是指施加于某個面上的分布）：是指施加于某個面上的分布載荷。例如結(jié)構(gòu)分析中的壓力，熱力學(xué)分析中的對流和熱通載荷。例如結(jié)構(gòu)分析中的壓力，熱力學(xué)分析中的對流和熱通量。量。 4 4）體載荷（）體載荷（Body Load）：是指體積或場載荷。例如需要考）：是指體積或場載荷。例如需要考慮的

3、重力，熱力分析中的熱生成速度。慮的重力，熱力分析中的熱生成速度。 5）慣性載荷（）慣性載荷（Inertia Loads）：是指由物體的慣性而引起）：是指由物體的慣性而引起的載荷。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的慣性力的載荷。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的慣性力。該載荷一般應(yīng)用于結(jié)構(gòu)分析中。該載荷一般應(yīng)用于結(jié)構(gòu)分析中。 6）耦合場載荷（）耦合場載荷（Coupled-field Loads）：是一種特殊的載）：是一種特殊的載荷，是考慮到一種分析的結(jié)果，并將該結(jié)果作為另外一個分荷，是考慮到一種分析的結(jié)果，并將該結(jié)果作為另外一個分析的載荷。例如將磁場分析中計算得到的磁力作為結(jié)構(gòu)分析析的載

4、荷。例如將磁場分析中計算得到的磁力作為結(jié)構(gòu)分析中的力載荷。中的力載荷。56.1.2 載荷施加的對象 在實(shí)體模型上加載在實(shí)體模型上加載 在有限元模型上加載在有限元模型上加載66.1.3 載荷步選項(xiàng)設(shè)置 1. 載荷步（Load Step）:載荷步是為求解而定義的載荷配置，載荷步是為求解而定義的載荷配置，可根據(jù)載荷歷程（時間和空間）在不同的載荷步內(nèi)施加不同的可根據(jù)載荷歷程（時間和空間）在不同的載荷步內(nèi)施加不同的載荷載荷 如圖共三個載荷步，時間從如圖共三個載荷步，時間從0到到t1為第一個載荷步，載荷從為第一個載荷步，載荷從0線性增加到線性增加到3KN。時間從。時間從t1到到t2為第二個載荷步，載荷大小

5、為第二個載荷步，載荷大小為為3KN保持不變。時間從保持不變。時間從t2到到t3為第三個載荷步，載荷大小為第三個載荷步，載荷大小從從3KN階躍為階躍為0并保持不變。并保持不變。7 2. 載荷子步（載荷子步（Substep） ：載荷子步是在某個載荷步之內(nèi)的求：載荷子步是在某個載荷步之內(nèi)的求解點(diǎn)，由程序定義載荷增量。解點(diǎn)，由程序定義載荷增量。 在載荷步在載荷步1內(nèi)包含兩個載荷子步，在載荷步內(nèi)包含兩個載荷子步，在載荷步2內(nèi)包含內(nèi)包含3個載荷子個載荷子步。步。 8 定義載荷子步的方法如下定義載荷子步的方法如下 ：【Main Menu】/【Preprocessor】/【Solution】（求解）（求解）/

6、【Analysis Type】（分析類型）（分析類型）/【Sol Controls】（求解控制）（求解控制）/【Basic】（基本）（基本） 9 3.平衡迭代平衡迭代 ：平衡迭代是在給定子步下為了收斂而進(jìn)行的附加：平衡迭代是在給定子步下為了收斂而進(jìn)行的附加計算。僅用于收斂起著很重要的作用的非線性分析（靜態(tài)或瞬態(tài)計算。僅用于收斂起著很重要的作用的非線性分析（靜態(tài)或瞬態(tài)）中的迭代修正。在非線性分析中，迭代計算多次收斂后得到該）中的迭代修正。在非線性分析中，迭代計算多次收斂后得到該載荷子步的解。載荷子步的解。 如圖所示，第一個載荷步，將載荷逐漸加到如圖所示，第一個載荷步，將載荷逐漸加到5至至10個子

7、步以上個子步以上，每個子步僅用一次平衡迭代。第二個載荷步，得到最終收，每個子步僅用一次平衡迭代。第二個載荷步，得到最終收斂解，且僅有一個使用斂解，且僅有一個使用15-25次平衡迭代的子步。次平衡迭代的子步。10 4.斜坡載荷和階躍載荷斜坡載荷和階躍載荷 當(dāng)在一個載荷步中設(shè)置一個以上子步時，就必須定義載荷是當(dāng)在一個載荷步中設(shè)置一個以上子步時，就必須定義載荷是斜坡載荷或是階躍載荷斜坡載荷或是階躍載荷 ，圖（，圖（a）為階躍載荷，圖（）為階躍載荷，圖（b）為斜）為斜坡載荷坡載荷 11 5. 時間及時間步時間及時間步 ：在所有靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析中，不管是否與時間：在所有靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析中，不管是否與時間“真

8、實(shí)真實(shí)”相關(guān)，相關(guān)，ANSYS 都使用時間作為跟蹤參數(shù)。都使用時間作為跟蹤參數(shù)。 在瞬態(tài)分析或與速率有關(guān)的靜態(tài)分析（如蠕變或粘塑性）中在瞬態(tài)分析或與速率有關(guān)的靜態(tài)分析（如蠕變或粘塑性）中，時間代表實(shí)際的按年月順序的時間，可用小時、分、秒等，時間代表實(shí)際的按年月順序的時間，可用小時、分、秒等計量單位來表示。計量單位來表示。 在指定載荷歷程的同時，在每個載荷步終點(diǎn)給時間賦值。在指定載荷歷程的同時，在每個載荷步終點(diǎn)給時間賦值。 對于與速率無關(guān)的靜態(tài)分析，時間僅僅成為識別載荷步和子對于與速率無關(guān)的靜態(tài)分析，時間僅僅成為識別載荷步和子步的計數(shù)器，每一個載荷步和子步都與唯一的時間點(diǎn)對應(yīng)，步的計數(shù)器，每一個

9、載荷步和子步都與唯一的時間點(diǎn)對應(yīng)，故子步也稱時間步。因此這種情況下，故子步也稱時間步。因此這種情況下，“time” 可用任意單可用任意單位和數(shù)值。位和數(shù)值。12 載荷步時間及其步長控制方式載荷步時間及其步長控制方式 ，ANSYS提供了兩種方式控制載提供了兩種方式控制載荷步時間及其步長：通過時間荷步時間及其步長：通過時間-時間步長方式控制時間步長方式控制 ，通過時間，通過時間-載載荷子步數(shù)方式控制荷子步數(shù)方式控制 。 首先確定瞬態(tài)分析類型，其次，確定載荷步時間及其子步長首先確定瞬態(tài)分析類型，其次，確定載荷步時間及其子步長。136.2.1 分析類型設(shè)置 【Main Menu】/【Solution】

10、/【Analysis Type】（分析類型）/【New Analysis】（新的分析） 14 “Static”：靜態(tài)分析，可執(zhí)行所有線性、非線性靜態(tài)分析。：靜態(tài)分析，可執(zhí)行所有線性、非線性靜態(tài)分析。 “Modal”：模態(tài)分析，計算結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型和模態(tài)頻率。：模態(tài)分析，計算結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型和模態(tài)頻率。 “Harmonic”：諧分析，計算結(jié)構(gòu)在不同頻率激勵下的諧響應(yīng)：諧分析，計算結(jié)構(gòu)在不同頻率激勵下的諧響應(yīng)行為。行為。 “Transient”：瞬態(tài)分析，計算結(jié)構(gòu)在時間歷程載荷作用下的瞬：瞬態(tài)分析，計算結(jié)構(gòu)在時間歷程載荷作用下的瞬態(tài)響應(yīng)行為。態(tài)響應(yīng)行為。 “Spectrum”：譜分析，求解響應(yīng)譜求解和

11、隨機(jī)振動求解兩種：譜分析，求解響應(yīng)譜求解和隨機(jī)振動求解兩種分析類型。分析類型。 “Eigen Buckling”：屈曲分析，線性臨界屈曲載荷求解。：屈曲分析，線性臨界屈曲載荷求解。 “Substructuring”：子結(jié)構(gòu)分析，計算超單元生成超單元矩陣：子結(jié)構(gòu)分析，計算超單元生成超單元矩陣。156.2 求解控制 【Main Menu】/【Solution】/【Analysis Type】/【Soln Control】 基本選項(xiàng)卡。基本選項(xiàng)卡。瞬態(tài)分析選項(xiàng)卡。瞬態(tài)分析選項(xiàng)卡。求解選項(xiàng)選型卡。求解選項(xiàng)選型卡。非線性分析選項(xiàng)卡。非線性分析選項(xiàng)卡。高級非線性選項(xiàng)卡高級非線性選項(xiàng)卡 16載荷定義：載荷定

12、義：【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】（定義載荷）。定義載荷菜單項(xiàng)共有（定義載荷）。定義載荷菜單項(xiàng)共有4個菜單子個菜單子項(xiàng)，其功能如下。項(xiàng)，其功能如下。 【Settings】：定義載荷設(shè)置菜單項(xiàng)。：定義載荷設(shè)置菜單項(xiàng)。 【Apply】：施加各類載荷的菜單項(xiàng)，該內(nèi)容在本章的：施加各類載荷的菜單項(xiàng)，該內(nèi)容在本章的6.4中講中講述。述。 【Delete】：刪除載荷菜單項(xiàng)。：刪除載荷菜單項(xiàng)。 【Operate】：載荷操作菜單項(xiàng)。：載荷操作菜單項(xiàng)。176.3.1 定義載荷的設(shè)置 施加載荷之前需了解影響載荷施加的影響因素，它們對某些載荷的施加和求解過程有直接的影響，

13、因此必須予以了解。 181. 均布溫度 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Settings】/【Uniform Temp】 19參考溫度參考溫度 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Settings】/【Reference Temp】 20面載荷梯度面載荷梯度 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Settings】/【For surface Ld】 214. 重復(fù)加載重復(fù)加載 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Setting

14、s】/【Replace vs Add】 226.3.2 刪除載荷 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Delete】 236.3.3 載荷操作 1.比例縮放載荷大?。骸綧ain Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Operate】/【Scale FE Loads】 2.實(shí)體模型上的載荷向有限元模型上轉(zhuǎn)移實(shí)體模型上的載荷向有限元模型上轉(zhuǎn)移:【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Operate】/【Transfer to FE】 3.刪除載荷步文件刪除載荷步文件:Main Menu】/【

15、Solution】/【Define Loads】/【Operate】/【Delete LS Files】 246.4.1自由度約束 自由度也稱節(jié)點(diǎn)自由度，是有限元求解過程中的唯一變量，有自由度也稱節(jié)點(diǎn)自由度，是有限元求解過程中的唯一變量，有限元計算最終得到的自由度的值成為基本解限元計算最終得到的自由度的值成為基本解 自由度約束的施加自由度約束的施加:Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Apply】（施加）（施加）/【Structural】（結(jié)構(gòu)）（結(jié)構(gòu)）/【Displacement】 256.4.2集中力載荷 集中力載荷，只能施加在關(guān)鍵點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)上，其方向

16、由關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)集中力載荷，只能施加在關(guān)鍵點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)上，其方向由關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系決定聯(lián)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系決定 集中力載荷的施加集中力載荷的施加:【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Apply】（施加）（施加）/【Structural】（結(jié)構(gòu)）（結(jié)構(gòu)）/【Force/Moment】（力（力/力矩）力矩） 266.4.3 面載荷 面載荷，是一種分布載荷 面載荷的施加面載荷的施加:【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Apply】（施加）（施加）/【Structural】（結(jié)構(gòu)）（結(jié)構(gòu)）/【Pressure】（壓力）（壓力） 276.4.4體載荷 體載荷在體載荷在ANSYS中是一種常見的載荷形式，例如結(jié)構(gòu)分析中的中是一種常見的載荷形式，例如結(jié)構(gòu)分析中的溫度載荷就是體載荷的一種。溫度載荷就是體載荷的一種。 體載荷的施加體載荷的施加:單擊單擊【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Apply】（施加）（施加）/【Structural】（結(jié)構(gòu)）（結(jié)構(gòu)）/【Temperature】（ 286.4.5 慣性載荷 慣性載荷時指系統(tǒng)在慣性力作用下引起的線加速度、離心加速慣性載荷時指系統(tǒng)在慣性力作用下引起的線加速度、離心加速度、以及轉(zhuǎn)動加速度等，包括總