ansys加载技术

ANSYS TRAINING
体载荷
体载荷 是分布于整个体内或场内的载荷。
定义
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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。)
A源自文库SYS TRAINING
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...表面效应单元
内容5(续):
–压力矢量的幅值也依赖 KEYOPT(11). –KEYOPT(11)=0 (缺省) 和 1 给单元的投影面（垂直于荷 载）施加压力。
• 对螺钉荷载有用 (或销钉荷载). • 例如: sfe,ecurv,5,pres,,1000,0,-1,0 在曲面上定义了一螺 栓荷载。如下图位置1轮廓线所示。
• 本节只讨论 SURF154,其他单元可同理处理。
SURF154 同单元参考手 册中的描述l
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...表面效应单元
• SURF154使用不同的单元面号来接受不同类型的载荷。 • 面号在 “Apply PRES on elems” 对话框中 (Solution > Loads- Apply > Pressures > On Elements), 如下所示. 或 在 SFE 命令的LKEY范围内:
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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)。
定义
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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
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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。)
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面载荷
面载荷 就是作用在单元表面上的分布载荷。
定义
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面载荷(续)
• 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。
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...表面效应单元
面5 –P1数值的压力矢量.
–方向 =
P2 X g P3 Yg P4 Z g
2 2 2 P2 P3 P4
–P2,P3,P4 现在代表矢量的方向余弦，对数值无影响。 –例如: sfe,eflat,5,pres,,1000,-1,-1,0 定义了 X-Y 面内45度方向的压力
–例如, 施加一沿X方向、大小从200到1000的渐变压力 ，作用范围在X轴上的-2到 +2
• 斜率 P2 = (1000-200)/4 = 200; P3 = 0; P4 = 0 • P1 是在 Xg=0处的值,按 P1 = 2(200) + 200 = 600计算 • sfe,eflat,4,pres,,600,200,0,0
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...表面效应单元
–KEYOPT(11)=2 对整个面施加压力。
• 对斜面有用(如屋顶)或风载荷。 • 如: sfe,eslope,5,pres,,1000,0,-1,0 对整个斜面定义了完 全相同的压力。如下图所示
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...表面效应单元
练习 螺栓扭转
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...表面效应单元
面2和3:
–切向压力，分别沿着单元坐标 X 和 Y –例如:
sfe,eflat,3,pres,,1000 sfe,eslope,2,pres,,1000
(eflat 和 eslope由单元构成)
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...表面效应单元
面4:
–法向压力, 渐变压力. 数值 = P1 + XgP2 + YgP3 + ZgP4
高级加载技术
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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。
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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
体载荷(续)
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
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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。
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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(spars)和弹簧(springs) 构成的非连续性的模型添加载荷的一种途径。
• 对于由壳单元(shells)、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。 – 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。
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表 格 载 荷
例：plane42划分平面网格（5×5正方形区域） 数据表ppp第一变量名定义为 x 数据表为：0 1 2 4 5 3 将此表格作为压力载荷施加于网格y=5的边界节点上。 则此边界上的压力为双线性分布，x=0处为 1， x=2处为 4， x=5处为 3
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• • • • 选择感兴趣表面上的节点. 激活恰当的单元类型 执行 ESURF (或 Preprocessor > Create > Elements > Surf Effect > ...). 选择所有节点
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...表面效应单元
• 对 2-D和 3-D模型:
–SURF151 & 153 是线单元 (热和结构的) ，表示 2-D模 型的边。 –SURF152 & 154 是面单元 (热和结构的)，表示 3-D 模 型的面。
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表面效应单元
• 怎样施加如下的压力荷载:
–象剪切荷载一样与表面相切的荷载? –象螺栓荷载一样在表面上变化的荷载? –象屋顶上风载荷一样与面成一定角度的载荷?
• 表面效应单元为处理一些问题提供了有效的方法。
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...表面效应单元
• 特点:
– 象“皮肤”一样覆盖在网格表面 – 如同面载荷的管道 – 很容易创建:
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载荷的其他操作方式
• 梯度载荷
• 载荷的叠加、覆盖
• 载荷的缩放
• 载荷的转移
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载荷的其他操作方式
• ANSYS允许按比例放大或者缩小加在有限元模型(网格和节点)的荷载，在
GUI下可以通过以下路径进行: Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Operate>Scale FE Loads>Forces Main Menu>Solution>Define Loads>Operate>Scale FE Loads>Forces 或者使用命令: FSCALE ANSYS无法对加在几何实体上的荷载比例放大, 但是可以使用 SBCTRAN命令预先将几何实体上的荷载转化成节点上的荷载: Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Operate>Transfer to FE> Main Menu>Solution>Define Loads>Operate>Transfer to FE>
– SFE, ELEM, LKEY, PRES, , VAL1, VAL2, VAL3, VAL4
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...表面效应单元
• 假设给一套SURF154单元施加幅值为1000的压力， 它的方向取决于使用了单元的那一个面。 面 1:
–法线方向的压力. –正值作用到单元里 (沿着单元坐标-Z的方向). –例如: sfe,all,1,pres,,1000 (选定所要的单元之后).
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面载荷(续)
变化面载荷情形
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。
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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 。 • 实体热单元的 辐射描述。
函数加载
• 函数加载比表格载荷更高级，可以完成所有表格荷载的功能，主变量更丰富。 • 和函数加载一样，并非所有荷载类型都可以用函数加载 对于结构分析来说：位移、力和力矩、压力、温度载荷支持 • 函数加载的定义： 1 先定义函数（需要用函数编辑器） 2 保存函数 3 读入函数，同时生成数据表 用与前面同样的例子说明： regime：两个区：0-2, 2-5 regime1：function=1+1.5x regime2：function=4-(x-2)*(4-c)/3 （设x=5处压力为变量c， 本例中为3）
• 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。
准则
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表 格 载 荷
• 表格载荷可以控制载荷分布（坐标、温度、时间等） • 并非所有荷载类型都可以用表格载荷 对于结构分析来说：位移、力和力矩、压力、温度载荷支持 • 输入表格载荷的格式：SF,all,conv,%sycnv%,tbulk（也可用GUI） • 表格载荷的定义： 用数据表来定义表格载荷 数据表的变量为主变量，变量名要和各种荷载对应的主变量名一致，这 样程序才能识别荷载是依据什么而变化。 结构分析的主变量名： 位移： TIME, X, Y, Z, TEMP 力和力矩： TIME, X, Y, Z, TEMP 压力： TIME, X, Y, Z, TEMP 温度： TIME, X, Y, Z 其他更复杂的主变量(如速度、材料等）需要用函数加载（后面介绍） 详细说明可参阅Applying loads using table array parameters
定义
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惯性载荷(续)
• 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)。
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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 • 如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为 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。
• P1-P4 被列入 VAL1-VAL4 （ SFE 命令） • Xg,Yg, Zg 是单元积分点的笛卡尔坐标. • P2,P3,P4 分别是总体坐标中的斜率，若留空白缺省为P1
–正值作用到单元里 (沿单元坐标-Z的方向).
P2
P1
Xg=0
Xg
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...表面效应单元
内容4 (续):
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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。 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, ）。稀疏矩阵求解器（Sparse solver） 也可以使用，主要用于非线性问题。