载荷约束Workbench14静力学

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Static Structural Analysis
…组件 – 实体接触
• 在模拟中，每个接触对都要定义接触面和目标面：
– 接触区域的一个表面视作接触面，另一表面即为目标面 – 接触面不能穿透目标面
• • • •
Training Manual
当一面被设计为接触面为另一面被设为目标面，这就是非对称接触 如果两边互为接触面（C）和目标面（T），那就叫对称接触 默认的实体组件间的接触是对称接触 用户可以根据需要将接触类型改为非对称接触（ ANSYS Professional 或更高版本）
Training Manual
– Spotweld在CAD软件中进行定义。目前，只有 DesignModeler和 Unigraphics 支持点 焊定义（Spotweld） 。
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Static Structural Analysis
…组件 – 接触总结
• 在模拟中可以使用的接触类和选项的总结：
Training Manual
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Static Structural Analysis
. . . 分析设置-分析步控制
• Step Controls（分析步控制）：
– 在静态分析中允许设置多个分析步，并一步一步的求解。 – 对于静态分析，终止时间被用作确定载荷步和载荷子步的 追踪器。 – 可以一个分析步一个分析步的查看结果。 – 在给出的Tabular Data里可以指定每个分析步的载荷值。
Workbench - Mechanical Introduction
第四章 静力结构分析
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Static Structural Analysis
概要
• 本章，将练习线性静力结构分析，模拟过程中包括：
A. B. C. D. E. F. 几何和单元 组件和接触类型 分析设置 环境，如载荷和约束 求解模型 结果和后处理
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Static Structural Analysis
… 质量点
• 在模型中添加一个质量点来模拟结构中没有明确建模的重量体：
– 质量点只能和面一起使用。 – 它的位置可以通过下面任一种方法指定：
• 用户自定义的坐标系中指定（x， y， z） 坐标值 • 通过选择顶点/边/面指定位置
Training Manual
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Static Structural Analysis
A. 几何模型
• 在结构分析中，可能模拟各种类型的实体。 • 对于面实体，在Details of surface body中一定要指定厚度值。
Training Manual
• 线实体的截面和方向，在DesignModeler里进行定义，并自动导入到 Simulation（模拟）中。
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Static Structural Analysis
. . . 分析设置- Analysis Data Management
• Analysis Data Management（分析数据管理器 ）：
– Solver Files Directory：给出了相关分析文件的 保存路径 – Future Analysis：指定求解中是否要进行后续分 析（如预应力模型）。如果在project schematic 里指定了耦合分析，将自动设置该选项。 – Scratch Solver Files Directory：求解中的临时 文件夹 – 保存 ANSYS DB 分析文件 – Delete Unneeded Files： 在Mechanical APDL 中，可以选择保存所有文件以备后用 – Solver Units： Active System 或 manual. – Solver Unit System：如果以上设置是人工的，那 当Mechanical APDL共享数据的时候，就可以选 择8个求解单位系统中的一个来保证一致性（在用 户操作界面中不影响结果和载荷显示）
Training Manual
• 对ANSYS Professional 或更高版本而言 ，支持壳体和实体的混合组件与更多的接 触选项
本例中，两部件间的间距比 pinball区域大，故不会自动闭合 它们键的间隔。
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Static Structural Analysis
…组件 – 点焊
• Spot weld 提供了在分离点上连接壳体组件的方法：
Training Manual
• Solver Controls（求解控制）：
– 两种求解方式（默认是ProgHale Waihona Puke Baiduam Controlled）：
• 直接求解 （ANSYS中是稀疏矩阵法） • 迭代求解 （ ANSYS中是PGC（预共轭梯度法））.
– Weak springs：
• 尝试模拟得到无约束的模型
Training Manual
在图形窗口中给出了时间 和载荷值的关系图
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Static Structural Analysis
Training Manual
– Bonded 和 No Separation 是线性接触并只需要一次迭代 – Frictionless，Rough 和Frictional 是非线性接触并需要多次 迭代
• 非线性接触类存在一个Interface Treatment（界面处理） 选项：
• Offset：给初始调整指定一个0或非0的值 • Adjusted to Touch： ANSYS把间隔缩小到恰好接触的位置 （ ANSYS Professional 或更高版本）
1 – 对于面边接触，面通常被设计为目标面而边被指定为接触面
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Static Structural Analysis
C. 分析设置
• details of Analysis Settings中提供了一般的求解过 程控制： • Step Controls（求解步控制）：
– 人工时间步控制和自动时间步控制 – 指定分析中的分析步数目和每个步的终止时间 – 在静态分析里的时间是一种跟踪机制（后面讨论）
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Static Structural Analysis
…组件 – 实体接触
• Advanced 选项 （更多细节参见第三 章的pinball区域的细节设置）：
– Pin Ball Region：
• Inside pinball = near-field contact • Outside pinball = far-field contact • 使求解器更有效的进行接触计算
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Static Structural Analysis
…组件 – 实体接触
• 界面调整选项：
C T C T
Training Manual
Offset： 接触面在正向或相反方向上 偏移一个指定的距离（可以程序设置 偏移量）
Adjusted to touch：不考虑实际的间距 ，把接触面移向目标面，给出一个初始 接触
[K ]{x} = {F}
假设：
– [K] 是一个常量矩阵
• 假设是线弹性材料行为 • 使用小变形理论 • 可能包含一些非线性边界条件
– {F}是静态加在模型上的
• 不考虑随时间变化的力 • 不包含惯性影响 （质量、阻尼）
• 记住关于线性静态结构分析的假设是很重要的。非线性静态分析和动态分析在后 面章节讲解。
– 质量点只受包括加速度、重力加速度和角加速度的影响。 – 质量是与选择的面联系在一起的，并假设它们之间没有刚度。 – 不存在转动惯性
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Static Structural Analysis
… 材料特性
• 在线性静态结构分析中需要给出杨氏模量和泊松比：
– 在Engineering Data中输入材料参数 – – – – – 存在惯性时，需要给出材料密度 当施加了一个均匀的温度载荷时，需要给出热膨胀系数 在均匀温度载荷条件下，不需要指定导热系数 想得到应力结果，需要给出应力极限 进行疲劳分析时需要定义疲劳属性
Training Manual
Surface Body Edge
Solid Body Face (Scope = Target) Solid Body Edge (Scope = Target) Surface Body Face (Scope = Target)
(Scope = Contact) Bonded, No Separation All formulations Asymmetric only Not supported for solving1 Bonded, No Separation All formulations Asymmetric only Bonded, No Separation Bonded, No Separation All formulations Symmetry respected All formulations Asymmetric only Bonded only MPC formulation Asymmetric only
Contact Geometry Solid Body Face (Scope = Contact) All types All formulations Symmetry respected Solid Body Edge Surface Body Face (Scope = Contact) Bonded, No Separation All formulations Symmetry respected
Training Manual
•
本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使 用。
– 尽管本章中讨论的一些选项可能需要更高级的许可， 但都给了提示。
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Static Structural Analysis
线性静态结构分析基础
Training Manual
• 对于一个线性静态结构分析（ Linear Static Analysis ），位移{x}由下面的矩 阵方程解出：
• 在许可协议中需要添加疲劳分析模块
Training Manual
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Static Structural Analysis
B. 组件 – 实体接触
• 在导入实体装配体时，在实体之间会自动创建接触对。
Training Manual
– 面对面接触允许在两个实体边界划分的单元不匹配 – Contact 下的Tolerance controls（容差控制），可以让用户使用滚动条指定自动接触检 查的容差
Surface Body Edge (Scope = Target)
Not supported for solving1
(Scope = Contact) Bonded only MPC formulation Asymmetric only Not supported for solving1 Bonded only MPC formulation Asymmetric only Bonded, No Separation Bonded only Augmented Lagrange, All formulations Pure Penalty, and MPC formulation Symmetry respected Asymmetric only Not supported for solving1 Bonded only Augmented Lagrange, Pure Penalty, and MPC formulation Asymmetric only
对称接触
非对称接触
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Static Structural Analysis
…组件 – 实体接触
• 可以使用的五种接触类型：
Contact Type Bonded No Separation Frictionless Rough Frictional Iterations 1 1 Multiple Multiple Multiple Normal Behavior (Separation) Tangential Behavior (Sliding) No Gaps No Sliding No Gaps Sliding Allowed Gaps Allowed Sliding Allowed Gaps Allowed No Sliding Gaps Allowed Sliding Allowed