ANSYS加载与求解解析

有限元及ANSYS主讲：任继文华东交通大学机制教研室[e-mail]:13979107921第五章加载与求解有限元及ANSYSA.加载B.求解C.实例分析主要内容有限元及ANSYSA加载有限元及ANSYSA加载－载荷定义载荷(Loads)：包括边界条件和模型内部或外部的作用力。不同学科中的载荷如下：结构分析：位移、力、弯矩、压力、温度和重力等。热力分析：温度、热流速率、对流和无限表面等。磁场分析：磁势、磁通量、磁流段、源电流密度和无限表面等。电场分析：电势(电压)、电流、电荷和电荷密度等。流场分析：速度和压力等。有限元及ANSYSANSYS中的载荷可分为:自由度约束（DOFconstraint）集中载荷（Force）面载荷（Surfaceloads）体载荷（Bodyloads）惯性载荷（Interialoads）耦合场载荷（Coupled-fieldloads）特殊载荷（如轴对称载荷）A加载－分类有限元及ANSYS1、载荷步、子步和平衡迭代A加载－加载方式载荷步分步施加的载荷多个载荷步载荷历程曲线线性载荷恒定载荷卸载有限元及ANSYSA加载－加载方式子步：执行求解载荷步过程中的点平衡迭代：在给定子步下为了收敛而计算的附加解（仅用于非线性分析）有限元及ANSYSA加载－加载方式（a）斜坡加载（b）阶跃加载有限元及ANSYS2、载荷步选项A加载－加载方式载荷步选项（Loadstepoptions）是用于表示控制载荷应用的选项（如时间、子步数、时间步长及载荷阶跃或斜坡递增等）的总称。MainMenuSolutionLoadStepOpts斜坡加载阶跃加载有限元及ANSYSA加载－加载方式注：如果菜单没有出现Time/Frequenc，可以按上面操作有限元及ANSYSA加载－加载方式在关键点处约束实体模型沿线均布的压力在关键点加集中力在节点处约束FEA模型沿单元边界均布的压力在节点加集中力可在实体模型或FEM模型(节点和单元)上加载.有限元及ANSYS无论采取何种加载方式，ANSYS求解时都将载荷转化到有限元模型。因此，加载到实体的载荷将自动转化到其所属的节点或单元上。实体模型加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上FEA模型沿线均布的压力均布压力转化到以线为边界的各单元上A加载－加载方式有限元及ANSYSA加载－加载方式实体模型加载与FEM加载比较优点缺点实体模型加载实体模型独立于FEM模型，即改变单元的网格不影响施加的载荷实体模型比FEM模型包括较少的实体，因此施加载荷更容易，尤其是通过图形拾取。载荷施加于主自由度，而自由度仅能在节点定义，而不能在关键点定义FEM加载需要改变节点坐标施加载荷时没有问题网格的修改均使载荷无效，将自动删除先前的载荷，须在新网格上重新施加载荷不便使用图形拾取施加载荷有限元及ANSYSDOF约束:给某个自由度(DOF)指定一已知数值(值不一定是零)。1.结构分析中约束被指定为位移约束（平移、旋转或对称、反对称边界条件）；标识的方向均在节点坐标系中。2.热分析中约束被指定为温度。3.位移约束可施加于节点、关键点、线和面上，用来限制对象某一方向上的自由度。A加载－DOF约束有限元及ANSYSA加载－位移约束在关键点加载位移约束:（在定义单元类型前，位移约束的施加菜单不可见）MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnKeypointsExpansionoption可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上例：要固定一边，只要拾取关键点6、7，并设置allDOFs=0和KEXPND=yes。K6K7有限元及ANSYSA加载－位移约束在线和面上加载位移约束:MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnLinesorOnAreas有限元及ANSYS位移约束举例：－位移A加载－位移约束Y向和Z向约束全约束实例：ch04\data\ex1有限元及ANSYSA加载－位移约束1、对关键点5施加所有位移约束MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnKeypoints有限元及ANSYSA加载－位移约束2、对关键点6施加约束UY和UZ方向的自由度MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnKeypoints有限元及ANSYS在ANSYS分析中，可以利用模型的对称性。例如，只建立一半或四分之一的模型，而在对称面上需指定对称边界条件。位移约束举例：－边界条件A加载－位移约束平面外移动和平面内旋转约束为0平面内移动和平面外旋转为0有限元及ANSYSA加载－位移约束使用对称和反对称边界条件实例有限元及ANSYSA加载－位移约束对面施加对称约束例如：对左侧端面施加对称约束MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementSymmetryB.C.OnAreas对称边界上标有S标记有限元及ANSYSA加载－位移约束对左侧端面施加对称约束MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementSymmetryB.C.OnAreas对称边界上标有S标记有限元及ANSYSA加载－集中载荷集中载荷就是作用在模型的一个点上的载荷。在结构分析中，集中载荷主要包括力和力矩，相应的标识符为FX、FY、FZ、MX、MY、MZ。用户可以对节点和关键点施加集中载荷。GUI有限元及ANSYSA加载－集中载荷对7和8关键点施加Y向力301、施加有限元及ANSYSA加载－集中载荷选择MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralForce/MomentOnKeypoints命令,弹出图形选取对话框，用鼠标在图形视窗中选中关键点7和8，然后单击[OK]按钮，有限元及ANSYSA加载－集中载荷1、对实体模型划分网格，（Mapped，Globalsetting为4）2、选择MainMenuSolutionDefineLoadsOperateTransfertoFEForces命令,弹出图形选取对话框，然后单击[OK]按钮，2、转换有限元及ANSYSA加载－集中载荷对7和8关键点施加Y向力30有限元及ANSYSA加载－集中载荷3、重置1）缺省情况下【Replaceexisting】，在同一位置重新设置集中载荷，则新的设置将取代原来的设置。2）可以通过以下方式改变缺省设置为累加【addtoexisting】或忽略【beignored】选择MainMenuSolutionDefineLoadsSettingsReplacevsAddForce命令,弹出对话框.注意：只有将载荷直接加到节点上或将载荷转换后，累加、忽略方式才起作用。有限元及ANSYSA加载－集中载荷4、缩放选择MainMenuSolutionDefineLoadsOperateScaleFELoadsForces命令,弹出对话框。注意：只有将载荷直接加到节点上或将载荷转换后，比例缩放才起作用。有限元及ANSYS表面载荷就是作用在单元表面上的分布载荷。•结构分析中的压力。•热分析中的对流和热流密度。表面载荷可以添加到线或面上(实体模型)以及节点或单元上（有限元模型）。可以施加均布载荷，也可以施加线性变化的梯度载荷，还可以施加按照一定函数关系变化的函数载荷。A加载－表面载荷有限元及ANSYS1、均布载荷MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnAreasA加载－表面载荷有限元及ANSYS输入一个压力值即为均布载荷,两个数值定义坡度压力说明：压力数值为正表示其方向指向表面MainMenu:Solution-Loads-ApplyPressureOnLines拾取LineA加载－表面载荷有限元及ANSYSVALI=500VALI=500VALJ=1000VALI=1000VALJ=500500L3500L31000500L31000500坡度压力载荷沿起始关键点(I)线性变化到第二个关键点(J)。如果加载后坡度的方向相反,将两个压力数值颠倒即可。线的IJ方向显示，可选择Utilitymenu/plotctrl/symbols,弹出对话框设置ldir＝on如果需要表面压力呈多箭头显示，可选择Utilitymenu/plotctrl/symbols,弹出对话框设置如下A加载－表面载荷有限元及ANSYS梯度在面载荷中可能会使用到。你可以给一按线性变化的面载荷指定一个梯度，例如水工结构在深度方向上受到静水压。2、梯度载荷A加载－表面载荷实例：ch04\data\ex2一、采用上述方法对直线加载，转化为有限元载荷后，删除相应节点载荷；二、直接对相应节点施加梯度载荷（见下页）有限元及ANSYSA加载－表面载荷1）MainMenuSolutionDefineLoadsSettingsForSurfaceLdGradient。弹出对话框2）MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnNodes。选择节点1、18、17、16。注意：指定斜率后，对随后的载荷施加都起作用。要去除指定斜率，在命令输入窗口输入“SFGRAD”即可。随后加载的位置（SLZER）此处为y＝0斜率：每单位长度下降25方向：y类型：结构分析有限元及ANSYSA加载－表面载荷圆柱梯度在圆柱坐标中给定梯度（单位以度来表示）。操作时注意两个规则：1、设置奇异点使得加载的表面不通过坐标奇异点。2、选择加载位置(SLZER)时，应在奇异点范围内。即：当奇异点在±180°时，SLZER应在±180°之间；当奇异点在0（360°）时，SLZER应在0°～360°之间。实例：局部圆柱坐标11，建立半圆面，单元类型:plane82圆柱梯度加载\cylinder.db有限元及ANSYSA加载－表面载荷操作11、使用局部圆柱坐标默认奇异点±180°2、选择SLZER为－903、对外圆节点加载400操作21、使用局部圆柱坐标默认奇异点±180°2、选择SLZER为270（不在奇异点范围）3、对外圆节点加载400操作31、改变局部圆柱坐标默认奇异点0（360°）2、选择SLZER为2703、对外圆节点加载400(载荷通过奇异点)有限元及ANSYS操作1操作2操作3有限元及ANSYSA加载－表面载荷3、函数载荷函数载荷：应用于当载荷按一定的函数关系非线性变化情况。实例：ch04\data\ex2节点函数加载步骤：1、定义并编辑载荷数据数组。UtilityMenuParametersArrayParametersDefine/Edit2、函数加载设置MainMenuSolutionDefineLoadsSettingsForSurfaceLdNodeFunction。3、加载MainMenuSolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnNodes。有限元及ANSYSA加载－表面载荷3、函数载荷一般函数加载步骤：1、定义并编辑载荷数据表。（table）UtilityMenuParametersArrayParametersDefine/Edit2、定义函数(文件放入西文目录)UtilityMenuParametersFunctionsDefine/Edit…3、加载函数（输入定义文件后，再输入前面定义的table名）UtilityMenuPa