ansys培训讲ansys载荷考虑
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定义
18
惯性载荷(续)
特点
• 惯性载荷只有结构分析中有 。
• 惯性载荷是对整个结构定义
的，是独立于实体模型和有
限元模型的。
绕Y轴的角速度
• 考虑惯性载荷就必须定义材 料密度 (材料特性DENS)。
19
添加载荷应遵循的原则
• 简化假定越少越好。 • 使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。
准则
20
• 添加刚体运动约束, 但不能添加过多的（其它）约束：
X constraints
Bracket
一块二维平面应力、平面应变、梁或 杆模型至少需要三个约束。
该模型边界条 件合理?
轴对称模型至少需要一个（轴向）约束。 三维实体或壳模型至少需要六个约束。
26
添加载荷应遵循的原则
• 实际上，集中载荷是不存在的。 然而，只要你不关心集
29
选择求解器
求解器 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组 - 这
个过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度) 到几个小时或 者几天 (100,000 - 1,000,000 自由度) ， 基本上取决于你所 用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解 。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、 几百次、或者甚至几千次求解。
• 对于由壳单元(s h e l l s )、平面单元(XY plane elements)或者 三维实体单元(3-D solids)等组成连续性模型，集中载荷意味 存在应力奇异点。 – 你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模 型上。 – 如果你不关心(集中载荷作用)节点处的应力，这样做是可 以接受的。
准则
31
波前(Wavefront)求解器
波前求解器经常发出“主对角值”或“主元”为小或 负的警告或错误信息，指出求解发生奇异。任何一 条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略 掉。
32
Power求解器
Power求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下 ，它仍可以计算求解，或者结果不收敛，但仍然进行所有 的PCG迭代计算，并输出错误信息。
– 轴对称实体结构， 象实体杆件，应当 约束对称轴方向上 的自由度UX， 限 制理论上可能存在 的不真实零变形。
三维结构
二维模型
总集中力 = 2pr = 47,124 l b .
28
添加载荷应遵循的原则
总结 ...
• 简化假定越少越好。 • 使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合Statically 准则 • 如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为
9
面载荷
面载荷 就是作用在单元表面上的分布载荷。
定义
10
面载荷(续)
举例
• 结构分析中的压力。 • 热分析中的对流和热流密度。 • 面载荷可以添加到线或面上 (实体模型上的实体)、以及
节点或单元上。 • 作用在线或面上的面载荷最终会传到面内各个单元上。
11
面载荷(续)
在块顶面上施加均布压力
12
6
集中载荷
集中载荷 就是作用在模型的一个点上的载荷。
定义
7
集中载荷 (续)
举例
• 结构分析中的力和弯矩。 • 热分析中热流率。 • 集中载荷可以添加到节点和关键点上。(添加到关键点
上的力将自动转化到相连的应节点上。)
8
集中载荷 (续)
对于结构分析而言
• 集中载荷通常是向由梁(beam)、杆(spar s )和弹簧(springs) 构成的非连续性的模型添加载荷的一种途径。
载荷考虑
• 与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果 影响更大。
• 将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多。
1
载荷分类
载荷 包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以 下几类：
定义
• 自由度约束 • 集中载荷 • 面载荷 • 体载荷 • 惯性载荷
2
自由度约束
自由度约束就是给某个自由度(DOF)指定一已知数 值 ( 值不一定是零)。
中载荷作用区域的应力，完全可以以集中载荷添加将载荷
准则
添加到模型上。
这是一个带有切口的受 拉板，如果你只关心切 口区域的应力，集中载 荷加载是完全可以的。
27
添加载荷应遵循的原则
• 轴对称模型具有一些
独一无二的边界特性
准则
。
– 在360度的基础上 输入集中力和输出 反力，载荷大小等 于整个周向力的总 和。
1s t poi n t pi n ned- 3 t r a ns l a t i o nal c ons t r a i n t s
2nd poi n t c ons t r a i n ed i n both di r e c t i o ns n
l
to l i n e betw een 1s t &2nd c ons t r a i n ed poi n t
根据附录提供的信息，
以3或4个齿为组，确定
练习
齿轮的分析方案。 同所
在的小组其它成员讨论
你的想法和分析方案，
并提交你的结果。
June 3, 1996
34
练习 - 分析方案(续)
这里是提供来分析的两个对象：
All reentrant corners have f i l l e t s
w
1. 当两切槽处施加载荷时，确定(+/10%)轮的弹性常数。
添加载荷应遵循的原则(续)
举例: 向结构添加匹配载荷
分析一受垂直载荷的托 架。 怎样才能使模型左边边 界在垂直方向上不存在 运动？
21
添加载荷应遵循的原则
举例: 向结构添加匹配载荷
你可能 需要约束Y方向上的一个点 - 但这样做会 在约束点位置产生应力奇异...
constrained point
stress singularity
• 实体热单元 的辐射描述 。
14
体载荷
体载荷 是分布于整个体内或场内的载荷。
定义
15
体载荷(续)
举例
• 结构分析中的温度载荷。 • 热分析中生热率。 • 电磁场分析中电流密度。 • 体载荷可以、添加到关键点或节点上。 (关键点上的体载荷最
终将转化成各个节点上的一组组体载荷。)
16
体载荷(续)
定义
3
自由度约束(续)
举例
• 结构分析中的固定位移(零或者非零值) 。大多数自由度约束用 作： – 对称性边界条件或者称作“built-in”边界条件 – 指定刚体位移。
• 热分析中的指定温度。
4
自由度约束(续)
固定位移约束举例: 对称边界条件的添加
对称性或反对称边 界条件可以添加到 线、面或平面的节 点上。 (它们中的每 一个最后成为各个 节点上的一组约束 。) 在大多数情况 下，ANSYS将自动 确定约束的方向。
使正确的，但是你必须忽略“不合理”边界的附近一定区 域内的应力。 • 加载时，必须十分清楚各个载荷的施加对象。 • 除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。 • 不要忘记泊松效应。 • 添加刚体运动约束, 但不能添加过多的（其它）约束。 • 实际上，集中载荷是不存在的。 • 轴对称模型具有一些独一无二的边界特性 。
33
Thisexerciseis intended to be a comprehensivereviewofthe topics presented inthislesson.
After presentingthe engineeringmodel, it is suggestedthat youprovidea checklistto the studentgroups, similarto the contentofthe first slide titled 揈fficientModeling,?inorder to guide themthroughthe analysis planningprocess. Allowample timefor studentperformanceoftheexercise. Atleast45 minutesissuggested.
ANSYS提供了三个求解器用于一般求解：波前求解器（ Frontal solver）和 PCG求解器（ PCG solver）（预条
件共扼梯度, 或者 “Power求解器”）。稀疏矩阵求解器
（Sparse solver） 也可以使用，主要用于非线性问题。
30
波前求解器 / PCG求解器
下面是二者的差别对比表：
22
添加载荷应遵循的原则
举例: 向结构添加匹配载荷 如果你将整个左边边界的垂直自由度全部约束，可 能会更好些，但人为阻碍“泊松效应”（即，一个 方向上的应力引起其它方向上的应变），造成应力 场局部失真。
constrained edge
23
添加载荷应遵循的原则
举例: 向结构添加匹配载荷 事实上，并没有很好的方法向该结构上添加垂直约束。 如果希望得到精确的应力，在分析中还应当将托架的支 撑部分考虑进来。
5
自由度约束(续)
固定位移约束举例: 刚体位移约束
该方块上下面受压。 它需要仔细选择6个 平移自由度 ，并约束 它们的刚体运动，但 不能引起附加扭曲应 力。
3rd poi n t c ons t r a i n ed normal to pl a n pas s i n g th ro ugh al l 3 c ons t r a i n ed po n s
2. 当轮绕Z轴旋转时，确定结构的 (+/- 10%)最 大von Mises应力。
June 3, 1996
35
练习 - 分析方案 At the conclusionofthe exercise, have a representative fromeachgroup present the group抯 findingsto the rest ofthe class.
Generatea discussionbased oneachofthe group抯 results. Makesure youcommentoneachofthegroup抯 results. Affirmvalidresults, and搒teer?invalidresults(throughconstructive criticism/suggestions)to a more appropriate approach.
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。
面载荷(续)
变化面载荷情形
13
面载荷(续)
面载荷不是垂直于表面的情形
某些类型的载荷只能作用在 面效应单元上，这些单元的作用是将载 荷传递到模型的其它单元：
• 结构实体单 元的切向 ( 或其它方向 ) 压力。
24
添加载荷应遵循的原则
• 如果你没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可
以认为是正确的，但是你必须忽略“不合理”边界的
准则
附近一定区域内的应力。
• 加载时，你必须十分清楚各个加载对象。
更小的托架模型能更好 地确定孔周围的应力。
25
添加载荷应遵循的原则
• 除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。 准则 • 不要忘记泊松效应。
体载荷分布复杂情形
体载荷分布一般都很复 杂，必须通过其它分析 才能得到，例如通过热 应力分析获得温度分布 。在某些情况下，体载 荷是由当前分析结果决 定，这就需要进行耦合 场分析。
结构分析模型上温度分布
17
惯性载荷
惯性载荷 是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷， 例如重力加速度，加速度，以及角加速度。
18
惯性载荷(续)
特点
• 惯性载荷只有结构分析中有 。
• 惯性载荷是对整个结构定义
的，是独立于实体模型和有
限元模型的。
绕Y轴的角速度
• 考虑惯性载荷就必须定义材 料密度 (材料特性DENS)。
19
添加载荷应遵循的原则
• 简化假定越少越好。 • 使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。
准则
20
• 添加刚体运动约束, 但不能添加过多的（其它）约束：
X constraints
Bracket
一块二维平面应力、平面应变、梁或 杆模型至少需要三个约束。
该模型边界条 件合理?
轴对称模型至少需要一个（轴向）约束。 三维实体或壳模型至少需要六个约束。
26
添加载荷应遵循的原则
• 实际上，集中载荷是不存在的。 然而，只要你不关心集
29
选择求解器
求解器 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组 - 这
个过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度) 到几个小时或 者几天 (100,000 - 1,000,000 自由度) ， 基本上取决于你所 用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解 。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、 几百次、或者甚至几千次求解。
• 对于由壳单元(s h e l l s )、平面单元(XY plane elements)或者 三维实体单元(3-D solids)等组成连续性模型，集中载荷意味 存在应力奇异点。 – 你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模 型上。 – 如果你不关心(集中载荷作用)节点处的应力，这样做是可 以接受的。
准则
31
波前(Wavefront)求解器
波前求解器经常发出“主对角值”或“主元”为小或 负的警告或错误信息，指出求解发生奇异。任何一 条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略 掉。
32
Power求解器
Power求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下 ，它仍可以计算求解，或者结果不收敛，但仍然进行所有 的PCG迭代计算，并输出错误信息。
– 轴对称实体结构， 象实体杆件，应当 约束对称轴方向上 的自由度UX， 限 制理论上可能存在 的不真实零变形。
三维结构
二维模型
总集中力 = 2pr = 47,124 l b .
28
添加载荷应遵循的原则
总结 ...
• 简化假定越少越好。 • 使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合Statically 准则 • 如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为
9
面载荷
面载荷 就是作用在单元表面上的分布载荷。
定义
10
面载荷(续)
举例
• 结构分析中的压力。 • 热分析中的对流和热流密度。 • 面载荷可以添加到线或面上 (实体模型上的实体)、以及
节点或单元上。 • 作用在线或面上的面载荷最终会传到面内各个单元上。
11
面载荷(续)
在块顶面上施加均布压力
12
6
集中载荷
集中载荷 就是作用在模型的一个点上的载荷。
定义
7
集中载荷 (续)
举例
• 结构分析中的力和弯矩。 • 热分析中热流率。 • 集中载荷可以添加到节点和关键点上。(添加到关键点
上的力将自动转化到相连的应节点上。)
8
集中载荷 (续)
对于结构分析而言
• 集中载荷通常是向由梁(beam)、杆(spar s )和弹簧(springs) 构成的非连续性的模型添加载荷的一种途径。
载荷考虑
• 与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果 影响更大。
• 将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多。
1
载荷分类
载荷 包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以 下几类：
定义
• 自由度约束 • 集中载荷 • 面载荷 • 体载荷 • 惯性载荷
2
自由度约束
自由度约束就是给某个自由度(DOF)指定一已知数 值 ( 值不一定是零)。
中载荷作用区域的应力，完全可以以集中载荷添加将载荷
准则
添加到模型上。
这是一个带有切口的受 拉板，如果你只关心切 口区域的应力，集中载 荷加载是完全可以的。
27
添加载荷应遵循的原则
• 轴对称模型具有一些
独一无二的边界特性
准则
。
– 在360度的基础上 输入集中力和输出 反力，载荷大小等 于整个周向力的总 和。
1s t poi n t pi n ned- 3 t r a ns l a t i o nal c ons t r a i n t s
2nd poi n t c ons t r a i n ed i n both di r e c t i o ns n
l
to l i n e betw een 1s t &2nd c ons t r a i n ed poi n t
根据附录提供的信息，
以3或4个齿为组，确定
练习
齿轮的分析方案。 同所
在的小组其它成员讨论
你的想法和分析方案，
并提交你的结果。
June 3, 1996
34
练习 - 分析方案(续)
这里是提供来分析的两个对象：
All reentrant corners have f i l l e t s
w
1. 当两切槽处施加载荷时，确定(+/10%)轮的弹性常数。
添加载荷应遵循的原则(续)
举例: 向结构添加匹配载荷
分析一受垂直载荷的托 架。 怎样才能使模型左边边 界在垂直方向上不存在 运动？
21
添加载荷应遵循的原则
举例: 向结构添加匹配载荷
你可能 需要约束Y方向上的一个点 - 但这样做会 在约束点位置产生应力奇异...
constrained point
stress singularity
• 实体热单元 的辐射描述 。
14
体载荷
体载荷 是分布于整个体内或场内的载荷。
定义
15
体载荷(续)
举例
• 结构分析中的温度载荷。 • 热分析中生热率。 • 电磁场分析中电流密度。 • 体载荷可以、添加到关键点或节点上。 (关键点上的体载荷最
终将转化成各个节点上的一组组体载荷。)
16
体载荷(续)
定义
3
自由度约束(续)
举例
• 结构分析中的固定位移(零或者非零值) 。大多数自由度约束用 作： – 对称性边界条件或者称作“built-in”边界条件 – 指定刚体位移。
• 热分析中的指定温度。
4
自由度约束(续)
固定位移约束举例: 对称边界条件的添加
对称性或反对称边 界条件可以添加到 线、面或平面的节 点上。 (它们中的每 一个最后成为各个 节点上的一组约束 。) 在大多数情况 下，ANSYS将自动 确定约束的方向。
使正确的，但是你必须忽略“不合理”边界的附近一定区 域内的应力。 • 加载时，必须十分清楚各个载荷的施加对象。 • 除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。 • 不要忘记泊松效应。 • 添加刚体运动约束, 但不能添加过多的（其它）约束。 • 实际上，集中载荷是不存在的。 • 轴对称模型具有一些独一无二的边界特性 。
33
Thisexerciseis intended to be a comprehensivereviewofthe topics presented inthislesson.
After presentingthe engineeringmodel, it is suggestedthat youprovidea checklistto the studentgroups, similarto the contentofthe first slide titled 揈fficientModeling,?inorder to guide themthroughthe analysis planningprocess. Allowample timefor studentperformanceoftheexercise. Atleast45 minutesissuggested.
ANSYS提供了三个求解器用于一般求解：波前求解器（ Frontal solver）和 PCG求解器（ PCG solver）（预条
件共扼梯度, 或者 “Power求解器”）。稀疏矩阵求解器
（Sparse solver） 也可以使用，主要用于非线性问题。
30
波前求解器 / PCG求解器
下面是二者的差别对比表：
22
添加载荷应遵循的原则
举例: 向结构添加匹配载荷 如果你将整个左边边界的垂直自由度全部约束，可 能会更好些，但人为阻碍“泊松效应”（即，一个 方向上的应力引起其它方向上的应变），造成应力 场局部失真。
constrained edge
23
添加载荷应遵循的原则
举例: 向结构添加匹配载荷 事实上，并没有很好的方法向该结构上添加垂直约束。 如果希望得到精确的应力，在分析中还应当将托架的支 撑部分考虑进来。
5
自由度约束(续)
固定位移约束举例: 刚体位移约束
该方块上下面受压。 它需要仔细选择6个 平移自由度 ，并约束 它们的刚体运动，但 不能引起附加扭曲应 力。
3rd poi n t c ons t r a i n ed normal to pl a n pas s i n g th ro ugh al l 3 c ons t r a i n ed po n s
2. 当轮绕Z轴旋转时，确定结构的 (+/- 10%)最 大von Mises应力。
June 3, 1996
35
练习 - 分析方案 At the conclusionofthe exercise, have a representative fromeachgroup present the group抯 findingsto the rest ofthe class.
Generatea discussionbased oneachofthe group抯 results. Makesure youcommentoneachofthegroup抯 results. Affirmvalidresults, and搒teer?invalidresults(throughconstructive criticism/suggestions)to a more appropriate approach.
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。
面载荷(续)
变化面载荷情形
13
面载荷(续)
面载荷不是垂直于表面的情形
某些类型的载荷只能作用在 面效应单元上，这些单元的作用是将载 荷传递到模型的其它单元：
• 结构实体单 元的切向 ( 或其它方向 ) 压力。
24
添加载荷应遵循的原则
• 如果你没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可
以认为是正确的，但是你必须忽略“不合理”边界的
准则
附近一定区域内的应力。
• 加载时，你必须十分清楚各个加载对象。
更小的托架模型能更好 地确定孔周围的应力。
25
添加载荷应遵循的原则
• 除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。 准则 • 不要忘记泊松效应。
体载荷分布复杂情形
体载荷分布一般都很复 杂，必须通过其它分析 才能得到，例如通过热 应力分析获得温度分布 。在某些情况下，体载 荷是由当前分析结果决 定，这就需要进行耦合 场分析。
结构分析模型上温度分布
17
惯性载荷
惯性载荷 是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷， 例如重力加速度，加速度，以及角加速度。