X04ANSYS-加載、求解、結果后處理.ppt

第 四 章: 加載、求解、結果后處理,January 30, 2001 Inventory #001441 7-2,本章的目標是，假如已將幾何模型劃分網格, 應如何加載、求解.,Module Objective,Lesson Objectives,目 標,第1課. 載荷 4-1. 列表和分類載荷。 4-2. 在實體模型上完成下列操作: a. 加載. b. 校驗載荷. c. 刪除載荷. 第2課. 求解 4-3. 描述求解過程. 第3課. 結果后處理 4-4. 描述ANSYS后處理中觀看結果的各種功能. 4-5. 描述靜力分析結果后處理的五個步驟.,第 1 課 加 載,January 30, 2001 Inventory #001441 7-4,載荷分類,Objective,4-1. 列表和分類載荷,ANSYS中的載荷可分為: 自由度DOF - 定義節(jié)點的自由度（ DOF ） 值 (結構分析_位移、熱分析_ 溫度、電磁分析_磁勢等) 集中載荷 - 點載荷 (結構分析_力、熱分析_ 熱導率、電磁分析_ magnetic current segments) 面載荷 - 作用在表面的分布載荷 (結構分析_壓力、熱分析_熱對流、電磁分析_magnetic Maxwell surfaces等) 體積載荷 - 作用在體積或場域內 (熱分析_ 體積膨脹、內生成熱、電磁分析_ magnetic current density等) 慣性載荷 - 結構質量或慣性引起的載荷 (重力、角速度等),January 30, 2001 Inventory #001441 7-5,加載,Objective,4-2a. 加載.,可在實體模型或 FEA 模型 (節(jié)點和單元) 上加載.,在關鍵點處約束,實體模型,沿線均布的壓力,在節(jié)點處約束,在節(jié)點加集中力,January 30, 2001 Inventory #001441 7-6,加載 (續(xù)),幾何模型加載獨立于有限元網格. 重新劃分網格或局部網格修改不影響載荷. 加載的操作更加容易 ,尤其是在圖形中直接拾取時.,直接在實體模型加載的優(yōu)點:,Guidelines,January 30, 2001 Inventory #001441 7-7,加載 (續(xù)),無論采取何種加載方式,ANSYS求解前都將載荷轉化到有限元模型.因此, 加載到實體的載荷將自動轉化到 其所屬的節(jié)點或單元上。,加載到實體的載荷自動轉化到其所屬的節(jié)點或單元上,沿線均布的壓力,均布壓力轉化到以線為邊界的各單元上,January 30, 2001 Inventory #001441 7-8,加載 (續(xù)),注意到這是 很長的菜單, 對于結構分析，部分菜單呈暗淡灰色，表示不屬于結構分析的范疇。 (ANSYS 可由模型中的單元類型識別分析類型),實體模型加載: Main Menu: Solution -Loads- Apply ,說明: 可通過在preferences 中選擇適當的分析類型過濾菜單中的選項。,January 30, 2001 Inventory #001441 7-9,加載 (續(xù)),輸入一個 壓力值即為 均布載荷, 兩個數值 定義 坡度壓力,說明：壓力數值為正表示其方向指向表面,Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines,加載面力載荷,拾取 Line,January 30, 2001 Inventory #001441 7-10,加載 (續(xù)),VALI = 500,VALI = 500 VALJ = 1000,VALI = 1000 VALJ = 500,L3,1000,500,500,坡度壓力載荷沿起始關鍵點(I) 線性變化到第二個關鍵點 (J)。 如果加載后坡度的方向相反, 將兩個壓力數值顛倒即可。,加載面力載荷（續(xù)）,January 30, 2001 Inventory #001441 7-11,加載 (續(xù)),軸對稱載荷可加載到具有對稱軸的3-D 結構上。 3-D 軸對稱結構可用一2-D 軸對稱模型描述。,加載軸對稱載荷,10” 直徑,5” 半徑,軸對稱模型,3-D 結構,對稱軸,January 30, 2001 Inventory #001441 7-12,加載 (續(xù)),加載 軸對稱載荷, 注意以下方面: 載荷數值 (包括輸出的反力) 基于360度轉角的3-D結構。 在右圖中，軸對稱模型中的載荷是3-D結構均布面力載荷的總量。,Total Force = 2pr = 47,124 lb.,準則,3-D 結構,2-D 有限元模型,Axis of symmetry,January 30, 2001 Inventory #001441 7-13,加載 (續(xù)),在關鍵點加載位移約束:,加載約束載荷,Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Keypoints +,Expansion option 可使相同的載荷加在位于兩關鍵點連線的所有節(jié)點上,拾取keypoints,例 要固定一邊，只要拾取關鍵點6、7,并設置 all DOFs = 0 和 KEXPND = yes.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-14,加載 (續(xù)),加載約束載荷（續(xù)）,在線和面上加載位移約束:,Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Lines + OR On Areas+,拾取 lines,拾取areas,January 30, 2001 Inventory #001441 7-15,校驗載荷,實體模型載荷顯示在幾何模型上 (體、面、線或關鍵點) 有限元模型載荷在畫節(jié)點或單元時顯示,通過 plotting畫出載荷: Utility Menu: PlotCtrls Symbols .,或通過 listing列表載荷: Utility Menu: List Loads,Objective,4-2b. 校驗載荷,January 30, 2001 Inventory #001441 7-16,將載荷轉化到有限元模型上,說明: 只有到求解初始化時，才將模型中的載荷自動轉化到有限元模型中的節(jié)點和單元上。,下面將載荷轉化到節(jié)點和單元上，不進行求解: Main Menu: Solution -Loads-Operate,這些選項出現的信息大致相同,January 30, 2001 Inventory #001441 7-17,刪除載荷,Main Menu: Solution -Loads- Delete,All Load Data 選項可同時刪除模型中的任一類載荷。,individual entities by picking 選項只刪除模型選定的載荷。,而.,4-2c. 刪除載荷,Objective,January 30, 2001 Inventory #001441 7-18,刪除載荷（續(xù)）,當刪除實體模型時, ANSYS 將自動刪除其上所有的載荷,刪除線上的均布壓力,自動刪除以線為邊界的各單元均布壓力,January 30, 2001 Inventory #001441 7-19,刪除載荷（續(xù)）,兩關鍵點的擴展位移約束載荷例外：,刪除兩點的約束,只刪除了兩角點（ CORNER ）約束， 而加載時擴展的 （ inside ） 節(jié)點約束必須手工刪除.,第 2 課 求 解,January 30, 2001 Inventory #001441 7-21,求解,求解結果保存在數據庫中并輸出到結果文件 (Jobname.RST, Jobname.RTH, Jobname.RMG, or Jobname.RFL),結果文件,結果數據,數據庫,求解器,結果,輸入數據,January 30, 2001 Inventory #001441 7-22,求解時模型是否準備就緒?,在求解初始化前，應進行分析數據檢查，包括下面內容: 統(tǒng)一的單位 單元類型和選項 材料性質參數 考慮慣性時應輸入材料密度 熱應力分析時應輸入材料的熱膨脹系數 實常數 (單元特性) 單元實常數和材料類型的設置 實體模型的質量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items) 模型中不應存在的縫隙 殼單元的法向 節(jié)點坐標系 集中、體積載荷 面力方向 溫度場的分布和范圍 熱膨脹分析的參考溫度 (與 ALPX 材料特性協(xié)調?),January 30, 2001 Inventory #001441 7-23,求解過程: 1. 求解前保存數據庫 2. 將Output 窗口提到最前面觀看求解信息 3. Main Menu: Solution -Solve-Current LS.,進行求解,Objective,4-3. 描述求解過程,January 30, 2001 Inventory #001441 7-24,進行求解(續(xù)),在求解過程中，應將OUTPUT窗口提到最前面。 ANSYS 求解過程中的一系列信息都將顯示在此窗口中，主要信息包括: 模型的質量特性- 模型質量是精確的 - 質心和 質量矩的值有一定誤差。 單元矩陣系數 - 當單元矩陣系數最大/最小值的比率 1.0E8 時將預示模型中的材料性質、實常數或幾何模型可能存在問題。當比值過高時，求解可能中途退出。 模型尺寸和求解統(tǒng)計信息。 匯總文件和大小。,January 30, 2001 Inventory #001441 7-25,進行求解(續(xù)),沒有獲得結果的原因是什么? 往往是求解輸入的模型不完整或存在錯誤，典型原因有: 約束不夠! (通常出現的問題)。 當模型中有非線性單元 (如縫隙 gaps、滑塊sliders、鉸hinges、索cables等），整體或部分結構出現崩潰或“松脫”。 材料性質參數有負值, 如密度或瞬態(tài)熱分析時的比熱值。 未約束鉸接結構，如兩個水平運動的梁單元在豎直方向沒有約束。 屈曲 - 當應力剛化效應為負（壓）時，在載荷作用下整個結構剛度弱化。如果剛度減小到零或更小時，求解存在奇異性，因為整個結構已發(fā)生屈曲。,第 3 課 結果后處理,January 30, 2001 Inventory #001441 7-27,結果的繪圖和列表,ANSYS 有兩個后處理器: 通用后處理器 (即 “POST1”) 只能觀看整個模型在某一時刻的結果 (如：結果的照相 “snapshot”). 時間歷程后處理器 (即 “POST26”) 可觀看模型在不同時間的結果。 但此后處理器只能用于處理瞬態(tài)和/或動力分析結果。 在這一課只討論通用后處理器,Objective,4-4. 介紹ANSYS后處理功能,January 30, 2001 Inventory #001441 7-28,結果的繪圖和列表(續(xù)),靜力分析結果后處理的步驟主要包括: 1. 繪變形圖 2. 變形動畫 3. 支反力列表 4. 應力等值線圖 5. 網格密度檢查,Guidelines,Objective,4-5. 介紹靜力分析結果后處理的五個步驟,January 30, 2001 Inventory #001441 7-29,繪變形圖,繪出結構在靜力作用下的變形結果: Main Menu: General Postprocessor Plot Results Deformed Shape.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-30,變形動畫,以動畫方式模擬結構在靜力作用下的變形過程: Utility Menu: PlotCtrls Animate Deformed Shape.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-31,支反力,在任一方向，支反力總和必等于在此方向的載荷總和。 節(jié)點反力列表: Main Menu: General Postprocessor List Results Reaction Solution.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-32,應力等值線,應力等值線方法可清晰描述一種結果在整個模型中的變化，可以快速確定模型中的 “危險區(qū)域”。 顯示應力等值線 : Main Menu: General Postprocessor Plot Results -Contour Plot- Nodal Solution.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-33,應力等值線動畫,結果動畫 : Utility Menu: PlotCtrls Animate Deformed Results,January 30, 2001 Inventory #001441 7-34,關于PowerGraphics的說明,PowerGraphics 特點: 快速重畫、圖形輪廓分明。 模型顯示光滑、具有相片的真實感。 支持單元類型（ lines、pipes、elbows、 contact 等單元）和幾何實體 （ lines、areas、 volumes 等）。,PowerGraphics 打開 (缺省),PowerGraphics 關閉,January 30, 2001 Inventory #001441 7-35,檢查網格精度,由于網格密度影響分析結果的精度，因此有必要驗證網格的精度是否足夠。 有三種方法進行網格精度檢查： 1. 觀察（ Visual inspection ） 2. 誤差估計 3. 將網格加密一倍，重新求解并比較兩者結果。注意: 有些情況下這種做法不適用。,January 30, 2001 Inventory #001441 7-36,觀察,畫出非平均（ unaveraged ）應力等值線，例如，畫出單元應力而不是節(jié)點應力。 顯示每個單元的應力 尋找單元應力變化大的區(qū)域，這些區(qū)域應進行網格加密。（在MeshTool中對網格加密非常方便， MeshTool 將在后面的內容介紹。）,Averaged stress contours,Unaveraged stress contours,January 30, 2001 Inventory #001441 7-37,誤差估計,ANSYS 對平均應力和非平均應力采用幾種不同的誤差計算方法，誤差估計只在進入后處理前PowerGraphics 被關閉的情況下進行。 (如果進入后處理后關閉 PowerGraphics則ANSYS將重新計算誤差因子。),關閉 PowerGraphics，應力等值線圖可顯示應力分布和最大最小值范圍，這可表明誤差的大小。 通過畫出結構能誤差的等值線圖，可顯示誤差較大的區(qū)域 - 這些區(qū)域需要網格加密。 畫出所有單元的應力偏差圖，可給出每個單元的應力誤差值。 (平均應力和非平均應力不同),January 30, 2001 Inventory #001441 7-38,應力平均,FEA的計算結果包括通過計算直接得到的初始量和導出量。 任一節(jié)點處的DOF結果 (UX、UY、TEMP等) 是初始量。 它們只是在每個節(jié)點計算出來的初始值。