一線工程師總結(jié)AnsysWorkbench之Mechanical應(yīng)用-分析設(shè)置

一線工程師總結(jié)AnsysWorkbench之Mechanical應(yīng)用——分析設(shè)置對(duì)于結(jié)構(gòu)靜力學(xué)中的簡(jiǎn)單線性問(wèn)題，不需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，但是對(duì)于復(fù)雜的分析需要設(shè)置一些控制選項(xiàng)。分析設(shè)置是在Mechanical分析樹(shù)的StaticStructural下的AnslysisSettings細(xì)節(jié)設(shè)置中。本文主要對(duì)載荷步控制、求解器控制、重啟控制、非線性控制、輸出控制、分析數(shù)據(jù)管理進(jìn)行介紹。1載荷步控制載荷步控制用于指定求解步數(shù)和時(shí)間。在非線性分析時(shí)，用于控制時(shí)間步長(zhǎng)。載荷步控制也用于創(chuàng)建多載荷步，如螺栓預(yù)緊載荷。1.1載荷步與子步載荷步、子步和平衡迭代是控制加載求解過(guò)程的三個(gè)載荷時(shí)間歷程節(jié)點(diǎn)。1.1.1載荷步在線性靜力學(xué)分析或穩(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，可以將多個(gè)載荷步加載到同一加載歷程曲線的不同時(shí)間點(diǎn)。注意：載荷可以分步，約束不能分步。實(shí)例1，固定矩形條一端，在另一端分3步加載載荷，第一步只加載100N的力，第二步只加載10000Nm的逆時(shí)針扭矩，第三步推力與扭矩共同作用，求每一步的變形。Step1，設(shè)置零件材料，接觸關(guān)系，網(wǎng)格劃分，過(guò)程略。Step2，分析設(shè)置，將載荷步設(shè)置為3，其余默認(rèn)。Step3，設(shè)置邊界條件，如下圖。載荷默認(rèn)都是漸增(斜坡)加載的，用一個(gè)載荷步將載荷從0增加到設(shè)定值。選中分析樹(shù)中的Force，在信息窗口中出現(xiàn)了TabularData表格和Graph圖表，代表了Force的加載歷程，在第一步中，力從0漸變到100，并在第二三步中保持。對(duì)于靜力學(xué)分析，漸增加載與恒定加載計(jì)算無(wú)區(qū)別，本例將力與扭矩都改為恒定加載，在表格第一行將數(shù)字改為設(shè)定值。要想Force在第二步不起作用，只需要點(diǎn)擊圖表的第二步區(qū)域或表格對(duì)應(yīng)行，右擊選擇Activate/Deactiveatthisstep!（在此步激活/取消），此載荷便在第二步中消失。同樣設(shè)置Moment載荷，使它在第一步中不起作用。Step3，添加結(jié)果，點(diǎn)擊分析樹(shù)的Solution(A6)，在工具欄出現(xiàn)Solution工具條，點(diǎn)擊Deformation-Total（合位移），在分析樹(shù)中便出現(xiàn)了TotalDeformation項(xiàng)目，默認(rèn)是最后結(jié)果，但是現(xiàn)在我們需要查看第一步結(jié)果。在TotalDeformation的細(xì)節(jié)設(shè)置中，By改為ResultSet（結(jié)果位置），SetNumber改為1，即表示第一步的結(jié)果。當(dāng)然，也可以設(shè)置為Time（時(shí)間），然后在下一行DisplayTime改為1s。同樣設(shè)置第二三步的結(jié)果。Step4，計(jì)算，結(jié)果如下實(shí)例2，螺栓預(yù)緊問(wèn)題：螺栓預(yù)緊時(shí)，我們可以分兩步加載預(yù)緊力，第一步坡度加載預(yù)緊力，第二步鎖定。在分析設(shè)置中將載荷步設(shè)置為2。選擇Loads下的BoltPretension（螺栓預(yù)緊力），點(diǎn)擊Graph圖表的第一步，螺釘預(yù)緊力中DefineBy設(shè)置為L(zhǎng)oad，輸入預(yù)緊力大小。再點(diǎn)擊Graph圖表的第二步，DefineBy設(shè)置為L(zhǎng)ock鎖定。1.1.2子步子步Substep是一個(gè)載荷步中插入若干的點(diǎn)。通常一個(gè)子步求解需要若干次迭代，每次迭代都被稱為一次平衡迭代。子步對(duì)于求解過(guò)程的控制非常重要，很多時(shí)候需要使用不同的子步數(shù)來(lái)滿足不同的加載和求解需要。子步的主要作用如下：1，在非線性靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析中，使用子步逐漸施加載荷以提高求解精度，甚至可以使求解結(jié)果從不收斂變?yōu)槭諗?。在以后的文章將講到子步在非線性屈曲中的應(yīng)用。2，在線性或非線性瞬態(tài)分析中，使用子步滿足時(shí)間步長(zhǎng)的需要，得到較為精確的解，即滿足瞬態(tài)時(shí)間累計(jì)法則。在以后的文章將講到子步在瞬態(tài)分析中的應(yīng)用。3，在諧波響應(yīng)分析中，使用子步獲得響應(yīng)頻率范圍內(nèi)多個(gè)頻率處的解。在以后的文章將講到子步在瞬態(tài)分析中的應(yīng)用。以下以矩形條一端固定一端加載力為例說(shuō)明子步的設(shè)置方法在分析設(shè)置中，將自動(dòng)時(shí)間步AutoTimeStepping設(shè)置為On，DefineBy設(shè)置為Substep。然后需要設(shè)置三個(gè)參數(shù)初始子步Initialsubsteps：用于計(jì)算初始加載量（即確定初始子步位置）。最小子步MinimumSubsteps，最大子步MaximumSubsteps用于計(jì)算子步之間的增量。三者關(guān)系數(shù)值關(guān)系必須滿足：最小子步≤初始子步≤最大子步。大多數(shù)情況下，為了方便控制與計(jì)算，設(shè)置：最小子步=初始子步=最大子步。比如給矩形條加載100N的力，載荷步為1，初始子步8，最小子步4，最大子步10。則力的初始加載值為100N/8=25N，子步的數(shù)量為4~10（由程序選擇），子步之間的增量范圍為100N/10~100N/4，即10N~25N。其中最小子步不得大于最大子步，初始子步必須在最小子步和最大子步的數(shù)值之間）計(jì)算后可以在圖表中看到共生成了5個(gè)子步。1.2時(shí)間載荷步和子步中經(jīng)常會(huì)見(jiàn)到時(shí)間相關(guān)的選項(xiàng)，但是此處的1s不一定表示1s時(shí)間。無(wú)論載荷類型是否依賴于時(shí)間，Workbench都使用時(shí)間作為跟蹤參數(shù)，這樣，計(jì)算的結(jié)果將是與時(shí)間相關(guān)的函數(shù)。1，在靜態(tài)線性分析中，時(shí)間取值為常數(shù)0，即計(jì)算與時(shí)間無(wú)關(guān)，所以在案例1中，我們可以將漸增加載改為恒定加載，而不影響計(jì)算結(jié)果。2，在瞬態(tài)分析中，時(shí)間作為表示真實(shí)時(shí)間歷程的變量在變化。3，在其他分析中，時(shí)間僅作為一個(gè)計(jì)算器，識(shí)別求解時(shí)所采用的不同載荷步。4，時(shí)間也可以作為識(shí)別載荷步與載荷子步的跟蹤器，載荷步是作用在指定的時(shí)間間隔內(nèi)的一系列載荷，載荷子步是載荷步中的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，平衡迭代求取的是子步時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的中間解。2求解器控制2.1求解器類型求解器類型有直接求解器Direct和迭代求解器Iterative。我們一般使用程序控制就可以。直接求解器可以處理任何情況，主要用于薄面和細(xì)長(zhǎng)體的模型。迭代求解器在處理體積大的模型時(shí)很有效。2.2弱彈簧弱彈簧WeakSprings：在某些時(shí)候，希望模型在平衡狀態(tài)下計(jì)算，而不是約束所有方向，此時(shí)就會(huì)用到弱彈簧。比如如下一個(gè)幾何體，在左右方向受到方向相反大小相等的力，理論上幾何體處于平衡狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生剛體平移，但是在有限元軟件中，經(jīng)過(guò)網(wǎng)格離散化后，幾何體可能處于微小的不平衡中，而弱彈簧就是用來(lái)平衡這種微小不平衡力。但是，用戶約束所有可能的剛體平移方向才是最好的習(xí)慣，比如上圖模型，可以采用1/2或1/4的模型，施加對(duì)稱約束。2.3大變形大變形LargeDeflection用于幾何非線性計(jì)算中，關(guān)于非線性的概念將在非線性分析一文中詳解。大變形關(guān)閉時(shí)，計(jì)算器使用模型的初始剛度矩陣；大變形打開(kāi)后，計(jì)算器將在每次迭代后重新生成剛度矩陣。當(dāng)變形超過(guò)5%或轉(zhuǎn)角超過(guò)10°時(shí)，必須打開(kāi)大變形開(kāi)關(guān)。2.4慣性釋放通常在做靜力學(xué)分析時(shí)，需要保證結(jié)構(gòu)無(wú)剛體平移，否則求解器不能計(jì)算。但是在飛機(jī)飛行，輪船航行時(shí)要計(jì)算機(jī)構(gòu)，需要采用慣性釋放在結(jié)構(gòu)上施加一個(gè)虛擬的約束反力，來(lái)保證合力平衡。慣性釋放允許對(duì)完全無(wú)約束的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析。3其他控制3.1重啟控制重啟控制設(shè)置靜力分析和瞬態(tài)分析中的多個(gè)重啟點(diǎn)，來(lái)獲得從某時(shí)刻重新啟動(dòng)分析所需的數(shù)據(jù)庫(kù)。3.2非線性控制非線性控制可以修改收斂準(zhǔn)則和其他一些求解控制選項(xiàng)，增加了穩(wěn)定控制和穩(wěn)定能量結(jié)果。3.3輸出控制輸出控制允許在結(jié)果后處理中得到需要的