第六節(jié)加載及求解

第六節(jié)加載及求解第一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日

4.1加載與求解概述

4.2載荷的定義

4.3求解4.加載與求解第二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.1加載與求解概述4.1.1載荷分類4.1.2載荷步、子步和平衡迭代4.1.3載荷的顯示4.1.4載荷步選項(xiàng)4.1.5加載方式第三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.1.1載荷分類ANSYS中的載荷(Loads)包括邊界條件和模型內(nèi)部或外部的作用力。不同學(xué)科中的載荷如下：

結(jié)構(gòu)分析：位移、力、彎矩、壓力、溫度和重力等；

熱分析：溫度、熱流速率、對(duì)流和無(wú)限表面等；

磁場(chǎng)分析：磁勢(shì)、磁通量、磁流段、源電流密度和無(wú)限表面等；

電場(chǎng)分析：電壓、電流、電荷和電密度等；

流場(chǎng)分析：速度和壓力等。第四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日

自由度約束（DOFconstraint）

——將給定某一自由度一已知值。

如結(jié)構(gòu)分析中約束被指定位移和對(duì)稱邊界條件。

力（Force）——為施加于模型節(jié)點(diǎn)或關(guān)鍵點(diǎn)的集中載荷。在結(jié)構(gòu)分析中被指定為力和力矩。

表面載荷（Surfaceloads）

－作用在表面的分布載荷。

結(jié)構(gòu)分析中為壓力。

體積載荷(Bodyloads)

－為體或場(chǎng)載荷。

結(jié)構(gòu)分析中為溫度。

慣性載荷(Inertialoads)－物體慣性引起的載荷。

結(jié)構(gòu)分析中的重力加速度、角速度和角加速度等。

耦合場(chǎng)載荷（coupled-Fieldloads）——指從一種分析得到的結(jié)果用作另一種分析的載荷。如熱分析得到的溫度用作結(jié)構(gòu)分析的體載荷。4.1.1載荷分類——六大類第五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.1.2載荷步、子步和平衡迭代載荷步：為了獲得解答的載荷配置。在線性靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析中，可以使用不同的載荷步施加不同的載荷組合。在瞬態(tài)分析中，多個(gè)載荷步加到載荷歷程曲線的不同區(qū)段。①②③載荷步時(shí)間第六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.1.2載荷步、子步和平衡迭代子步：執(zhí)行求解載荷步過程中的點(diǎn)。在非線性靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析中，使用子步逐漸施加載荷以便能獲得精確解。在線性或非線性瞬態(tài)分析中，使用子步是為了滿足瞬態(tài)時(shí)間累積法則。①②③載荷子步第七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.1.3載荷的顯示第八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.1.4載荷步選項(xiàng)階躍加載逐步加載時(shí)間載荷時(shí)間載荷階躍載荷逐步加載第九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.1.5加載方式1、實(shí)體模型加載方式——載荷施加在實(shí)體模型（關(guān)鍵點(diǎn)、線、面）

2、有限元模型加載方式——載荷施加在有限元模型（節(jié)點(diǎn)和單元）第十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)論采取何種加載方式，ANSYS求解前都將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型。因此，加載到實(shí)體的載荷將自動(dòng)轉(zhuǎn)化到

其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上。實(shí)體模型加載到實(shí)體的載荷自動(dòng)轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上FEA模型沿線均布的壓力

均布?jí)毫D(zhuǎn)化到以線為邊界的各單元上第十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日在關(guān)鍵點(diǎn)處約束實(shí)體模型沿線均布的壓力在關(guān)鍵點(diǎn)加集中力在節(jié)點(diǎn)處約束FEA模型沿單元邊界均布的壓力在節(jié)點(diǎn)加集中力實(shí)體模型加載和有限元模型加載第十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)論采取何種加載方式，ANSYS求解前都將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型。因此，加載到實(shí)體的載荷將自動(dòng)轉(zhuǎn)化到

其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上。實(shí)體模型加載到實(shí)體的載荷自動(dòng)轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)點(diǎn)或單元上FEA模型沿線均布的壓力

均布?jí)毫D(zhuǎn)化到以線為邊界的各單元上第十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日注意:在實(shí)體模型上施加的載荷，只有到求解初始化時(shí)，才會(huì)被自動(dòng)轉(zhuǎn)化到有限元模型中的節(jié)點(diǎn)和單元上。但也可以不進(jìn)行求解，通過執(zhí)行以下操作將實(shí)體模型上的載荷轉(zhuǎn)化到有限元節(jié)點(diǎn)和單元上:MainMenu:Solution>-DefineLoads>-Operate>-TransfertoFE>第十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.2載荷的定義——自由度約束自由度約束又稱DOF約束，是對(duì)模型在空間中的自由度的約束。自由度約束可施加于節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)、線和面上，用來(lái)限制對(duì)象某一方向上的自由度。不同學(xué)科中的位移約束學(xué)科自由度ANSYS標(biāo)識(shí)符結(jié)構(gòu)分析平動(dòng)UX、UY、UZ轉(zhuǎn)動(dòng)ROTX、ROTY、ROTZ熱分析溫度TEMP第十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.2載荷的定義——自由度約束的操作自由度約束的施加第十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.2載荷的定義——自由度約束的操作對(duì)稱和反對(duì)稱約束對(duì)稱邊界線FF建造的1/2模型建造的1/2模型反對(duì)稱邊界線對(duì)稱模型反對(duì)稱模型第十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)稱和反對(duì)稱約束對(duì)稱面約束：與對(duì)稱面法向一致的自由度和面外的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度都將施加零位移約束，其他自由度則完全自由。即固定對(duì)稱面在其面外的平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，允許對(duì)稱面在其面內(nèi)自由平動(dòng)和自由轉(zhuǎn)動(dòng)。反對(duì)稱面約束：固定反對(duì)稱面在其面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和平動(dòng)自由度，允許在其面外自由轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)。第十八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.2載荷的定義——集中載荷集中載荷：結(jié)構(gòu)分析中，包括力和力矩，相應(yīng)的標(biāo)識(shí)符FX、FY、FZ和MX、MY、MZ集中載荷可以施加在節(jié)點(diǎn)或關(guān)鍵點(diǎn)上。載荷的正負(fù)表示力沿坐標(biāo)軸的正向或負(fù)向。第十九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.2載荷的定義——表面載荷1、均布載荷2、梯度載荷第二十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.2載荷的定義——表面載荷3、函數(shù)載荷4、梁?jiǎn)卧系膲毫d荷Loadkey—設(shè)置壓力載荷的類型1表示從節(jié)點(diǎn)I到節(jié)點(diǎn)J的法向力，正值表示沿單元坐標(biāo)系-Y法向；2表示從節(jié)點(diǎn)I到節(jié)點(diǎn)J的切向力，正值表示沿單元坐標(biāo)系+X切向；3表示節(jié)點(diǎn)I端部軸向力，正值表示沿單元坐標(biāo)系+X軸向；4表示節(jié)點(diǎn)J端部的軸向力，正值表示沿單元坐標(biāo)系-X軸向；第二十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.2載荷的定義——表面載荷4、梁?jiǎn)卧系膲毫d荷Loadkey—設(shè)置壓力載荷的類型1表示從節(jié)點(diǎn)I到節(jié)點(diǎn)J的法向力，正值表示沿單元坐標(biāo)系-Y法向；2表示從節(jié)點(diǎn)I到節(jié)點(diǎn)J的切向力，正值表示沿單元坐標(biāo)系+X切向；3表示節(jié)點(diǎn)I端部軸向力，正值表示沿單元坐標(biāo)系+X軸向；4表示節(jié)點(diǎn)J端部的軸向力，正值表示沿單元坐標(biāo)系-X軸向；第二十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.2載荷的定義——表面載荷500JL3500

I1000JL3500

IL31000I500J線布?jí)毫d荷沿起始關(guān)鍵點(diǎn)(I)線性變化到第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(J)。

如果加載后坡度的方向相反,將兩個(gè)壓力數(shù)值對(duì)調(diào)即可。VALI=500VALI=500VALJ=1000VALI=1000VALJ=500加載面力載荷：第二十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.2載荷的定義——表面載荷校驗(yàn)載荷通過

plotting

畫出載荷:UtilityMenu:PlotCtrls>Symbols...實(shí)體模型載荷顯示在幾何模型上(體、面、線或關(guān)鍵點(diǎn))有限元模型載荷在畫節(jié)點(diǎn)或單元時(shí)顯示或通過listing列表載荷:UtilityMenu:List>Loads第二十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.2載荷的定義——體載荷體載荷是施加在模型體積上的載荷。結(jié)構(gòu)分析中的體載荷主要有溫度和慣性載荷。第二十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日刪除載荷刪除載荷MainMenu:Solution>-DefineLoads>-DeleteAllLoadData

選項(xiàng)可同時(shí)刪除模型中的任一類載荷。Structural下單列的各選項(xiàng)則只刪除模型選定的載荷。當(dāng)實(shí)體模型被刪除時(shí),ANSYS將自動(dòng)刪除其上所有的載荷。第二十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.3求解4.3.1選擇求解器ANSYS提供了三個(gè)求解器用于一般求解：波前求解器（Frontalsolver）和

PCG求解器（

PCGsolver）（預(yù)條件共扼梯度,或者“Power求解器”）。稀疏矩陣求解器（Sparsesolver）

也可以使用，主要用于非線性問題。第二十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.3求解——求解前的模型檢查在求解初始化前，應(yīng)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)檢查，包括下面內(nèi)容:統(tǒng)一的單位單元類型和選項(xiàng)材料性質(zhì)參數(shù)考慮慣性時(shí)應(yīng)輸入材料密度熱應(yīng)力分析時(shí)應(yīng)輸入材料的熱膨脹系數(shù)實(shí)常數(shù)(單元特性)單元實(shí)常數(shù)和材料類型的設(shè)置實(shí)體模型的質(zhì)量特性(Preprocessor>Operate>CalcGeomItems)模型中不應(yīng)存在的縫隙殼單元的法向節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系集中、體積載荷面力方向第二十八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.3求解求解失敗的可能原因沒有獲得結(jié)果的原因是什么?往往是求解輸入的模型不完整或存在錯(cuò)誤，典型原因有:約束不夠!(通常出現(xiàn)的問題