ANSYS教程第6章施加載荷和求解

1、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(lèi)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(lèi)大類(lèi) :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(duì)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(duì)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）（For

2、ce）：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(chǎng)分析中的電流中的力和力矩，熱力分析中的熱流速度，磁場(chǎng)分析中的電流段。段。 3）面載荷（）面載荷（Surface Load）：是指施加于某個(gè)面上的分布）：是指施加于某個(gè)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(duì)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(duì)流和熱通量。量。 4 4）體載荷（）體載荷（Body Load）：是指體積或場(chǎng)載荷。例如需要考）：是指體積或場(chǎng)載荷。例如需要考慮

3、的重力，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(chǎng)載荷（）耦合場(chǎng)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(gè)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(gè)分析的載荷。例如將磁場(chǎng)分析中計(jì)算得到的磁力作為結(jié)構(gòu)分析析的

4、載荷。例如將磁場(chǎng)分析中計(jì)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(duì)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(shí)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(shí)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(gè)載荷步，時(shí)間從如圖共三個(gè)載荷步，時(shí)間從0到到t1為第一個(gè)載荷步，載荷從為第一個(gè)載荷步，載荷從0線性增加到線性增加到3KN。時(shí)間從。時(shí)間從t1到到t2為第二個(gè)載荷步，載荷大

5、小為第二個(gè)載荷步，載荷大小為為3KN保持不變。時(shí)間從保持不變。時(shí)間從t2到到t3為第三個(gè)載荷步，載荷大小為第三個(gè)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(gè)載荷步之內(nèi)的求：載荷子步是在某個(gè)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(gè)載荷子步，在載荷步內(nèi)包含兩個(gè)載荷子步，在載荷步2內(nèi)包含內(nèi)包含3個(gè)載荷子個(gè)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(lèi)型）（分析類(lèi)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(gè)載荷步，將載荷逐漸加到如圖所示，第一個(gè)載荷步，將載荷逐漸加到5至至10個(gè)

7、子步以上個(gè)子步以上，每個(gè)子步僅用一次平衡迭代。第二個(gè)載荷步，得到最終收，每個(gè)子步僅用一次平衡迭代。第二個(gè)載荷步，得到最終收斂解，且僅有一個(gè)使用斂解，且僅有一個(gè)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(gè)載荷步中設(shè)置一個(gè)以上子步時(shí)，就必須定義載荷是當(dāng)在一個(gè)載荷步中設(shè)置一個(gè)以上子步時(shí)，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(shí)間及時(shí)間步時(shí)間及時(shí)間步 ：在所有靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析中，不管是否與時(shí)間：在所有靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析中，不管是否與時(shí)間“

8、真實(shí)真實(shí)”相關(guān)，相關(guān)，ANSYS 都使用時(shí)間作為跟蹤參數(shù)。都使用時(shí)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(shí)間代表實(shí)際的按年月順序的時(shí)間，可用小時(shí)、分、秒等，時(shí)間代表實(shí)際的按年月順序的時(shí)間，可用小時(shí)、分、秒等計(jì)量單位來(lái)表示。計(jì)量單位來(lái)表示。 在指定載荷歷程的同時(shí)，在每個(gè)載荷步終點(diǎn)給時(shí)間賦值。在指定載荷歷程的同時(shí)，在每個(gè)載荷步終點(diǎn)給時(shí)間賦值。 對(duì)于與速率無(wú)關(guān)的靜態(tài)分析，時(shí)間僅僅成為識(shí)別載荷步和子對(duì)于與速率無(wú)關(guān)的靜態(tài)分析，時(shí)間僅僅成為識(shí)別載荷步和子步的計(jì)數(shù)器，每一個(gè)載荷步和子步都與唯一的時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)，步的計(jì)數(shù)器，每一

9、個(gè)載荷步和子步都與唯一的時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)，故子步也稱時(shí)間步。因此這種情況下，故子步也稱時(shí)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(shí)間及其步長(zhǎng)控制方式載荷步時(shí)間及其步長(zhǎng)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(shí)間及其步長(zhǎng)：通過(guò)時(shí)間荷步時(shí)間及其步長(zhǎng)：通過(guò)時(shí)間-時(shí)間步長(zhǎng)方式控制時(shí)間步長(zhǎng)方式控制 ，通過(guò)時(shí)間，通過(guò)時(shí)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(lèi)型，其次，確定載荷步時(shí)間及其子步長(zhǎng)首先確定瞬態(tài)分析類(lèi)型，其次，確定載荷步時(shí)間及其子步長(zhǎng)。136.2.1 分析類(lèi)型設(shè)置 【Main Menu】/【Solution

10、】/【Analysis Type】（分析類(lèi)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(jì)算結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型和模態(tài)頻率。：模態(tài)分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型和模態(tài)頻率。 “Harmonic”：諧分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)在不同頻率激勵(lì)下的諧響應(yīng)：諧分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)在不同頻率激勵(lì)下的諧響應(yīng)行為。行為。 “Transient”：瞬態(tài)分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)在時(shí)間歷程載荷作用下的瞬：瞬態(tài)分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)在時(shí)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

11、和隨機(jī)振動(dòng)求解兩種：譜分析，求解響應(yīng)譜求解和隨機(jī)振動(dòng)求解兩種分析類(lèi)型。分析類(lèi)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(jì)算超單元生成超單元矩陣：子結(jié)構(gòu)分析，計(jì)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(jí)非線性選項(xiàng)卡高級(jí)非線性選項(xiàng)卡 16載荷定義：載荷

12、定義：【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(gè)菜單子個(gè)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(lèi)載荷的菜單項(xiàng)，該內(nèi)容在本章的：施加各類(lèi)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(duì)某些載荷的施加和求解過(guò)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】/【Settin

14、gs】/【Replace vs Add】 226.3.2 刪除載荷 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Delete】 236.3.3 載荷操作 1.比例縮放載荷大小：【Main 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(guò)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(guò)程中的唯一變量，有限元計(jì)算最終得到的自由度的值成為基本解限元計(jì)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

16、向由關(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(jiàn)的載荷形式，例如結(jié)構(gòu)分析中的中是一種常見(jiàn)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(shí)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(shí)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(dòng)加速度等，包括總