3种动载荷加载方法

[本例提示]本例将学习ANSYS中载荷步控制方法以及施加动态载荷的三种加载方法：多载荷步法、表载荷法和函数载荷法。1.问题描述一个下端固定的圆柱顶面上承受如图3—1所示的动态压力载荷，试确定其顶面位移响应。已知圆柱长度为0.15m，直径为0.03m，材料的弹性模量为2.06×105MPa，泊松比为0.3，密度为7800kg/m3。图3-1动态载荷示意图2.多载荷步法多载荷步法求解思路为：首先，为每一个载荷步施加载荷并设置载荷步参数。然后，将每个载荷步写入载荷步文件，最后一次性求解所有载荷步。对于本问题：定义载荷步1：–在要求的部位上添加约束；–在要求的节点上施加载荷0；–规定施加此力的终止时间(1e-6)，指出时间步长0.05和变化方式为Ramp方式；–规定输出控制，–将此载荷步写入载荷步文件1中。定义载荷步2：–在要求的节点上施加载荷22.5；–规定施加此力的终止时间(0.5)，指出时间步长0.05和变化方式为Ramp方式；–规定输出控制，–将此载荷步写入载荷步文件2中。定义载荷步3：–改变载荷值为10.0；–规定终止时间(1.0)。其他设置同前；–将此载荷步写入载荷步文件3中。定义载荷步4：–删除力或将其值设置为零；–规定终止时间(1.5)，变化方式为Stepped方式；其他设置同前。0.5p/MPat/s22.5101.01.5–将此载荷步写入载荷步文件4中•前处理[步骤1]画模型(1)绘制立方块：选择菜单MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Volume→Cylinder→SolidCylinder，输入底面圆心坐标(0,0)、半径0.03/2、高度0.15/2，单击OK按钮。(2)保存几何模型：选择菜单UtilityMenu：File→SaveAs，在存储数据库对话框中的SaveDatabaseto中输入数据库名：Geometry.db。[步骤2]设属性(1)定义单元类型：选择菜单MainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete，在单元类型对话框中单击Add按钮，在弹出的单元库对话框中选择Solid和Brike8node185（即选Solide185单元），单击OK按钮，再单击Close按钮。(2)定义材料属性：选择菜单MainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModel→在弹出的材料属性窗口中依次双击Structural,Linear,Elastic和Isotropic，在弹出的对话框中设置EX（弹性模量）为2.06e+11；PRXY（泊松比）为0.3，单击OK按钮。在MaterialModelsAvailable列表框中单击路径：Structural→Density，在密度DENS一栏中输入7800，单击OK按钮。退出材料定义窗口。[步骤3]分网格(1)定义单元尺寸：选择菜单MainMenu:Preprocessor→Meshing→MeshTool，单击MeshTool对话框Global项中的Set按钮，在单元尺寸对话框中，设置Size=5(单元长度为5)，单击OK按钮。(2)分格：选择菜单MainMenu:Preprocessor→Meshing→MeshTool，选中Mesh栏中的Sweep单选钮，单击MeshTool对话框中的Mesh按钮，在绘图区单击选中圆柱，单击左侧的拾取对话框中的OK按钮。[步骤4]保存网格模型：选择菜单UtilityMenu：File→SaveAs，在存储数据库对话框中的SaveDatabaseto中输入数据库名：Mesh.db。2．求解[步骤1]指定分析类型：选择菜单MainMenu:Solution→AnalysisType→NewAnalysis，选Transient单选钮，选中Full（完全法）单选钮，单击OK按钮。[步骤2]对第一个载荷步施加载荷a)添加约束：选择菜单MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Displacement→OnArea，在图形区中单击圆柱底面，单击左侧的拾取对话框中的Apply按钮，在施加约束对话框中选择All，单击OK按钮。b)添加载荷：选择菜单MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。在施加载荷对话框中设VALUE=0，单击OK按钮。c)设置载荷步：选择菜单MainMenu:Solution→AnalysisType→Sol’sControl，如图2-16所示，在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置：Timeatendofloadstep（结束时间）为1e-6，Numberofsubstep（子载荷步数）为5，Frequency为writeEverysubstep（存储所有计算结果），在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Rampedloading单选钮，单击OK按钮。d)写载荷步文件1：选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。在Loadstepfilenumbern处输入1，单击OK按钮。图3-2求解控制对话框[步骤3]对第二个载荷步施加载荷a)添加载荷：选择菜单MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。在施加载荷对话框中设VALUE=22.5，单击OK按钮。b)设置载荷步：选择菜单MainMenu:Solution→AnalysisType→Sol’sControl，在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置：Timeatendofloadstep（结束时间）为0.5，Numberofsubstep（子载荷步数）为5，Frequency为writeEverysubstep（存储所有计算结果），单击OK按钮。c)写载荷步文件2：选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。在Loadstepfilenumbern处输入2，单击OK按钮。[步骤4]对第三个载荷步施加载荷a)添加载荷：选择菜单MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。在施加载荷对话框中设VALUE=10，单击OK按钮。b)设置载荷步：选择菜单MainMenu:Solution→AnalysisType→Sol’sControl，在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置：Timeatendofloadstep（结束时间）为1.0，Numberofsubstep（子载荷步数）为5，Frequency为writeEverysubstep（存储所有计算结果），单击OK按钮。c)写载荷步文件3：选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。在Loadstepfilenumbern处输入3，单击OK按钮。[步骤5]对第四个载荷步施加载荷a)添加载荷：选择菜单MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。在施加载荷对话框中设VALUE=0，单击OK按钮。b)设置载荷步：选择菜单MainMenu:Solution→AnalysisType→Sol’sControl，在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置：Timeatendofloadstep（结束时间）为1.5，Numberofsubstep（子载荷步数）为5，Frequency为writeEverysubstep（存储所有计算结果），在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Steppedloading单选钮，单击OK按钮。c)写载荷步文件4：选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。在Loadstepfilenumbern处输入4，单击OK按钮。[步骤6]求解：选择菜单MainMenu→Solution→Solve→FromLSFile，弹出SolveLoadStepFiles对话框。在StartingLSfilenumber处输入1；在EndingLSfilenumber处输入4。单击OK按钮。当求解完成时会出现一个Solutionisdone的提示对话框。单击close。3.结果处理POST26观察节点146的位移时间历程结果[步骤1]定义结果变量：选择菜单MainMenu:TimeHistPostpro，单击按钮，单击NodalSolution→DOFSolution→Z-compnentofdisplacement，设ValuName为Xiangying，单击OK按钮，在图形区单击顶面上的节点，单击拾取对话框中OK按钮。[步骤2]绘制位移响应曲线：选择菜单MainMenu:TimeHistPostpro，选中前面定义的Xiangying变量，单击按钮，绘制位移响应曲线，见图3-9(a)。图3-1位移响应曲线Finish/Clear/PREP7CYL4,,,0.03/2,,,,0.15ET,1,SOLID185MP,EX,1,2.06e11MP,PRXY,1,0.3MP,DENS,1,7800ESIZE,0,5,VSWEEP,AllFINISH/SOLANTYPE,4TRNOPT,FULLNSUBST,5,0,0OUTRES,ERASEOUTRES,ALL,ALLKBC,0TIME,1e-6DA,1,ALL,SFA,2,1,PRES,0LSWRITE,1,TIME,0.5SFA,2,1,PRES,22.5LSWRITE,2,TIME,1.0SFA,2,1,PRES,10LSWRITE,3,TIME,1.5KBC,1SFA,2,1,PRES,0LSWRITE,4,LSSOLVE,1,4,1,FINISH/POST26FILE,'file','rst','.'NSOL,2,96,U,Z,UZ_2PLVAR,2,3.表格载荷法表格载荷法的求解思路为：首先，将载荷-时间历程用表格表示。然后，用数组参数定义载荷随时间变化的表。最后，施加表载荷，作为一个载荷步一次性求解。表格载荷法的加载过程：定义表格参数表→施加已有表载荷→表格载荷步控制。对于本问题的载荷表为：表3-1载荷-时间历程表序号时间/s载荷10020.522.531.01041.000001051.50•前处理重复多载荷步求解中的相应步骤或打其保存的网格模型数据库Mesh.db。•求解[步骤1]指定分析类型：选择菜单MainMenu:Solution→AnalysisType→NewAnalysis，选Transient单选钮，选中Full（完全法）单选钮，单击OK按钮。[步骤2]添加约束：选择菜单MainMenu:Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Displacement→OnArea，在图形区中单击圆柱底面，单击左侧的拾取对话框中的Apply按钮，在施加约束对话框中选择All，单击OK按钮。[步骤3]定义表格载荷a)定义表格：选择菜单UtilityMenu:Parameter→ArrayParameter→Define/Edit，在数组定义对话框中单击Add按钮，在新数组对话框中设ParameterName为Tab