ANSYS命令：解题与后处理+

第7章ANSYS命令：解题与后处理Solution and Postprocessing本章介绍solution模块（/SOLU）及两个postprocessing模块（/POST1及/POST26）中所使用到的命令。

在solution模块中，我们把命令分成三类（Figure 5-2）：指定loads、指定solution options，及执行solve的命令。

本章第1节介绍前一类，后两类则在第2节介绍。

第3节介绍general postprocessing（/POST1）的命令。

第4节则介绍time-history postprocessing（/POST26）的命令。

最后，第5节以一个综合性的练习题作为本章的结束。

第7.1节负载Loads前面提过[Sec. 5.1.2] loads可以指定在analysis model（即nodes、elements）上，或指定loads在solid model（即keypoints、lines、areas、volumes）上。

除此之外，针对动态的问题，必须指定initial conditions，亦即初始时间的边界条件。

这一节分别介绍loads on analysis model [Sec. 7.1.1]、loads on solid model [Sec. 7.1.2]、及initial conditions [Sec. 7.1.3] 的命令。

Loads虽然可以指定在solid model上，但是「解题」的对象是analysis model，所以那些指定在solid model上的loads终究必须「移转」（transfer）到analysis model上。

这种移转的工作可以让ANSYS自动去完成：ANSYS会在解题前先做负载移转的工作。

或者你也可以在解题之前利用诸如SBCTRAN [Sec. 7.1.2] 的命令去移转这些负载，因为有时侯你希望在解题之前自己检视一下analysis model 上的loads是否正确。

7.1.1 Loads on Analysis Model第7.1节指定负载167以上这些命令是用来指定loads在nodes或elements上。

第1、2、3行是指定degrees of freedom的量，譬如指定某一节点上x、y、z的displacements是多少，亦即已知解答；最常使用的是指定某些节点上的变位为0，亦即固定着这些节点。

D命令（第1行）是指定某些节点（NODE）上的某些自由度（Lab）的值。

Lab用来决定哪一个自由度，对结构来讲可能是变位（UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ）等；对热分析来讲则是温度（TEMP）等。

自由度的值则利用第3个参数（VALUE）输入；对结构来讲常常是0，代表被固定（或被限制住）的自由度，若不是0时则表示一个已知的变位负载；对热分析来讲，则常是一个固定的温度。

DSYM命令（第2行）是在指定一个对称或反对称的条件。

所谓对称（symmetric）是指结构的几何形状及负载都是对称的（因此它的反应也是对称的），而所谓反对称（antisymmetric）是指结构的几何形状是对称的而负载是反对称的（因此它的反应也是反对称的）。

无论是对称或是反对称，analysis model只要描述一半就可以了，但是你必须在对称面（或反对称面）上标注对称条件（或反对称条件）。

对称或反对称条件是我们必须善加应用的，因为除了可以节省modeling的人力外，输出数据也当然跟着减少，而最大的好处是解题的时间会大量减少。

注意，一个结构系统有时不只一个对称面（或反对称面）。

使用DSYM命令之前，你先选取对称面（或反对称面）上的nodes，然后再使用DSYM命令。

DSYM命令中的Lab可以选择SYMM（对称）或是ASYM（反对称）；Normal是垂直于这个对称面（或反对称面）的方向（X、Y、或Z），坐标系统则是由KCN 决定的。

譬如KCN输入1时（圆柱坐标），对称方向是Y时，表示是沿着 方向对称的。

有关对称与反对称的更进一步的说明，请参阅Ref. 5, DSYM。

DCUM命令（第3行）的意义与FCUM命令（第5行）是平行的，我们留待后面一起解说。

168 第7章ANSYS命令：解题与后处理第4、5行是关于作用一个集中载重在一个node上。

F命令（第4行），读成force，是指定一个集中载重，作用在某些节点上（NODE）的某些方向（Lab可以选择FX、FY、FZ、MX、MY、MZ等），力的大小是VALUE（SI 单位是N或N-m）。

对热分析的问题而言，所谓「集中载重」是指通过一节点的heat flow，单位是每单位时间所流过的能量（SI单位是W或J/s）。

FCUM命令（第5行），读成force cumulation，是指输入的force是否与现有的值相加或取而代之。

譬如使用F命令作用了100 N后，当再使用一次F命令作用200 N时，后者是累加上去的（共是300 N）或是取代前者（变成200 N）。

前面所提到的DCUM命令（第3行）也是相似的用途。

第6、7、8、9行是有关分布载重有关的命令。

SF命令（第6行）读成surface force，对结构分析而言它是一个均布的压力（SI单位是Pa或N/m2）。

你先选取受压表面上的nodes后，再使用SF命令；参数Nlist唯一的选择是ALL （表示所有nodes所构成的surface）；对结构问题而言，参数Lab唯一的选择是PRES；VALUE则输入均布压力的数值。

对热分析而言，surface force是指通过surface的convection、radiation、或heat flux（SI单位是W/m2）。

SFE命令（第7行），读成surface force on elements，是指定surface force在elements的表面上，至于是哪一个表面（一个element有好几个表面）则是由LKEY来决定。

譬如SFE命令使用在beam（譬如BEAM3）或shell（譬如SHELL63）时，你必须指定压力是作用在上表面（力量向下）还是下表面（力量向上）。

对热分析而言，有些「surface force」必须输入两个值，譬如convection条件需要film coefficient （又称为coefficient of heat transfer或convection coefficient）及远方的温度（bulk temperature），在SFE命令中你只能输入一个值，二者择一，KVAL就是在决定要输入哪一个，所以你需要使用两次的SFE命令；如果使用SF命令时，可以利用VALUE后面的参数VALUE2输入远方的温度。

SFBEAM命令（第8行），读成surface force on beam，是专为beam元素（譬如BEAM3）量身定做的命令，类似于SFE命令，但是参数VALI、VALJ是指梁元素上两端的压力，容许梁上的压力成线性分布。

SFCUM命令（第9行）则和FCUM（第5行）类似。

第7.1节指定负载169第10至17行是与body forces有关的命令。

Body force是指分布在body 内部的负载，对结构而言，包括inertia force、temperature loads等。

第10至15行命令是用来指定temperature loads，而第16、17行命令是用来指定inertia force的。

BF命令（第10行）读成body force，是指定某些nodes所涵盖的范围的温度被提高到某一数值（VAL1）。

注意，TREF命令（第14行）是在指定无应力状态下的温度（stress free temperature，或称为参考温度，内定值是0度），所以真正的温度变化（temperature changes）是最后温度减去这个参考温度。

辟如25度时是stress free的温度（TREF, 25），结构的温度被提升至200度（BF, ALL, TEMP, 100），则温度变化是175度。

BFE命令（第11行），读成body force on elements，是指定在某些elements 所涵盖的范围的温度被提高到某一数值。

BFUNIF命令（第12行）读成uniform body force，是指定整体结构的温度被均匀地提高到某一数值。

TUNIF命令（第13行）读成uniform temperature，对结构分析而言，其功能和BFUNIF完全一样，是指定整体结构的温度被均匀地提高到某一数值。

BFCUM命令（第15行）则类似于SFCUM、FCUM等。

第16、17行的命令是在指定inertia force，其中ACEL是指定直线accelerations。

假想Y代表向上的方向，结构承受一倍向下的重力时，相当于此结构往上面以一倍的重力加速度运动，亦即输入ACEL, 0, 9.81, 0其中9.81 m/s2是重力加速度。

OMEGA（第17行）是在输入旋转的角速度，ANSYS会自动计算所产生的离心力。

此外，有几点必须加以说明。

首先，其参数OMEGX、OMEGY、OMEGZ分别是对着Global CS的X、Y、Z轴旋转的角速度（angular velocities，SI单位是rad/s [Ref. 5, OMEGA]）。

第二点是有关KSPIN 这个参数的意义。

结构体在旋转时（譬如旋转中的叶片）有一种效应，叫做spin softening：即当结构体在转动时，其刚度（stiffness），会有减少的现象[Ref. 7, Sec.3.4. Spin Softening]，KSPIN这个参数是让你决定要不要考虑此效应。

当结构体在旋转时，与spin softening共同存在的另一个效应是stress170 第7章ANSYS命令：解题与后处理stiffening [Ref. 7, Sec. 3.3. Stress Stiffening]：因为离心力而产生的张应力会使结构的侧向刚度（垂直于张应力方向的刚度）增加。

Figure 7-1说明了此两个现象（本图片取材自Ref. 7, Sec. 3.4. Spin Softening）：stress stiffening使得结构的自然频率增加（亦即刚度增加），spin softening使得结构的自然频率减少（亦即刚度减少），而两种效应同时考虑时，通常前者会稍大于后者。

Figure 7-1 Stress Stiffening and Spin Softening [Ref. 7]Stress stiffening的现象也存在任何受张力的材料上，譬如承受张力的吉他钢弦，其侧向刚度随着张力的增加而增加（声音越高）。