一線工程師總結(jié)AnsysWorkbench之Mechanical應用-分析設置

一線工程師總結(jié)AnsysWorkbench之Mechanical應用——分析設置對于結(jié)構(gòu)靜力學中的簡單線性問題，不需要對其進行設置，但是對于復雜的分析需要設置一些控制選項。分析設置是在Mechanical分析樹的StaticStructural下的AnslysisSettings細節(jié)設置中。本文主要對載荷步控制、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)和時間。在非線性分析時，用于控制時間步長。載荷步控制也用于創(chuàng)建多載荷步，如螺栓預緊載荷。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程的三個載荷時間歷程節(jié)點。1.1.1載荷步在線性靜力學分析或穩(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，可以將多個載荷步加載到同一加載歷程曲線的不同時間點。注意：載荷可以分步，約束不能分步。實例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的逆時針扭矩，第三步推力與扭矩共同作用，求每一步的變形。Step1，設置零件材料，接觸關系，網(wǎng)格劃分，過程略。Step2，分析設置，將載荷步設置為3，其余默認。Step3，設置邊界條件，如下圖。載荷默認都是漸增(斜坡)加載的，用一個載荷步將載荷從0增加到設定值。選中分析樹中的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。對于靜力學分析，漸增加載與恒定加載計算無區(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)字改為設定值。要想Force在第二步不起作用，只需要點擊圖表的第二步區(qū)域或表格對應行，右擊選擇Activate/Deactiveatthisstep!（在此步激活/取消），此載荷便在第二步中消失。同樣設置Moment載荷，使它在第一步中不起作用。Step3，添加結(jié)果，點擊分析樹的Solution(A6)，在工具欄出現(xiàn)Solution工具條，點擊Deformation-Total（合位移），在分析樹中便出現(xiàn)了TotalDeformation項目，默認是最后結(jié)果，但是現(xiàn)在我們需要查看第一步結(jié)果。在TotalDeformation的細節(jié)設置中，By改為ResultSet（結(jié)果位置），SetNumber改為1，即表示第一步的結(jié)果。當然，也可以設置為Time（時間），然后在下一行DisplayTime改為1s。同樣設置第二三步的結(jié)果。Step4，計算，結(jié)果如下實例2，螺栓預緊問題：螺栓預緊時，我們可以分兩步加載預緊力，第一步坡度加載預緊力，第二步鎖定。在分析設置中將載荷步設置為2。選擇Loads下的BoltPretension（螺栓預緊力），點擊Graph圖表的第一步，螺釘預緊力中DefineBy設置為Load，輸入預緊力大小。再點擊Graph圖表的第二步，DefineBy設置為Lock鎖定。1.1.2子步子步Substep是一個載荷步中插入若干的點。通常一個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。子步對于求解過程的控制非常重要，很多時候需要使用不同的子步數(shù)來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用。2，在線性或非線性瞬態(tài)分析中，使用子步滿足時間步長的需要，得到較為精確的解，即滿足瞬態(tài)時間累計法則。在以后的文章將講到子步在瞬態(tài)分析中的應用。3，在諧波響應分析中，使用子步獲得響應頻率范圍內(nèi)多個頻率處的解。在以后的文章將講到子步在瞬態(tài)分析中的應用。以下以矩形條一端固定一端加載力為例說明子步的設置方法在分析設置中，將自動時間步AutoTimeStepping設置為On，DefineBy設置為Substep。然后需要設置三個參數(shù)初始子步Initialsubsteps：用于計算初始加載量（即確定初始子步位置）。最小子步MinimumSubsteps，最大子步MaximumSubsteps用于計算子步之間的增量。三者關系數(shù)值關系必須滿足：最小子步≤初始子步≤最大子步。大多數(shù)情況下，為了方便控制與計算，設置：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）計算后可以在圖表中看到共生成了5個子步。1.2時間載荷步和子步中經(jīng)常會見到時間相關的選項，但是此處的1s不一定表示1s時間。無論載荷類型是否依賴于時間，Workbench都使用時間作為跟蹤參數(shù)，這樣，計算的結(jié)果將是與時間相關的函數(shù)。1，在靜態(tài)線性分析中，時間取值為常數(shù)0，即計算與時間無關，所以在案例1中，我們可以將漸增加載改為恒定加載，而不影響計算結(jié)果。2，在瞬態(tài)分析中，時間作為表示真實時間歷程的變量在變化。3，在其他分析中，時間僅作為一個計算器，識別求解時所采用的不同載荷步。4，時間也可以作為識別載荷步與載荷子步的跟蹤器，載荷步是作用在指定的時間間隔內(nèi)的一系列載荷，載荷子步是載荷步中的時間節(jié)點，平衡迭代求取的是子步時間節(jié)點上的中間解。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，主要用于薄面和細長體的模型。迭代求解器在處理體積大的模型時很有效。2.2弱彈簧弱彈簧WeakSprings：在某些時候，希望模型在平衡狀態(tài)下計算，而不是約束所有方向，此時就會用到弱彈簧。比如如下一個幾何體，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)，不會發(fā)生剛體平移，但是在有限元軟件中，經(jīng)過網(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慣，比如上圖模型，可以采用1/2或1/4的模型，施加對稱約束。2.3大變形大變形LargeDeflection用于幾何非線性計算中，關于非線性的概念將在非線性分析一文中詳解。大變形關閉時，計算器使用模型的初始剛度矩陣；大變形打開后，計算器將在每次迭代后重新生成剛度矩陣。當變形超過5%或轉(zhuǎn)角超過10°時，必須打開大變形開關。2.4慣性釋放通常在做靜力學分析時，需要保證結(jié)構(gòu)無剛體平移，否則求解器不能計算。但是在飛機飛行，輪船航行時要計算機構(gòu)，需要采用慣性釋放在結(jié)構(gòu)上施加一個虛擬的約束反力，來保證合力平衡。慣性釋放允許對完全無約束的結(jié)構(gòu)進行靜力分析。3其他控制3.1重啟控制重啟控制設置靜力分析和瞬態(tài)分析中的多個重啟點，來獲得從某時刻重新啟動分析所需的數(shù)據(jù)庫。3.2非線性控制非線性控制可以修改收斂準則和其他一些求解控制選項，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