3种动载荷加载方法
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[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。
p/MPa
t/s
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。
–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Main Menu: Preprocessor→Modeling→Create→Volume→
Cylinder→Solid Cylinder,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Utility Menu:File→Save As,在存储数据库对话框中的Save
Database to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Main Menu: Preprocessor→Element Type→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Brike 8 node 185(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Main Menu: Preprocessor→Material Props→Material Model
→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Material Models Available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Main Menu: 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Main Menu: 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Utility Menu:File→Save As,在存储数据库对话框中的Save Database to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Main Menu: Solution→Analysis Type→New Analysis,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Main Menu: Solution→Define Loads→Apply→Structure→
Displacement→On Area,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Main Menu: Solution→Define Loads→Apply→Structure→
Pressure→On Area,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V ALUE=0,单击OK按钮。
c)设置载荷步:选择菜单Main Menu: Solution→Analysis Type→Sol’s Control,如图
2-16所示,在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置:Time at end of load step
(结束时间)为1e-6,Number of substep(子载荷步数)为5,Frequency为write Every
substep(存储所有计算结果),在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Ramped
loading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Main menu→Solution→Load Step Opts→
Write LS File,弹出Write Load Step File 对话框。在Load step file number n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Main Menu: Solution→Define Loads→Apply→Structure→
Pressure→On Area,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V ALUE=22.5,单击OK按钮。
b)设置载荷步:选择菜单Main Menu: Solution→Analysis Type→Sol’s Control,在求解
控制对话框的Basic卡中完成以下设置:Time at end of load step(结束时间)为0.5,Number of substep(子载荷步数)为5,Frequency为write Every substep(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Main menu→Solution→Load Step Opts→
Write LS File,弹出Write Load Step File 对话框。在Load step file number n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Main Menu: Solution→Define Loads→Apply→Structure→
Pressure→On Area,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V ALUE=10,单击OK按钮。
b)设置载荷步:选择菜单Main Menu: Solution→Analysis Type→Sol’s Control,在求解
控制对话框的Basic卡中完成以下设置:Time at end of load step(结束时间)为1.0,Number of substep(子载荷步数)为5,Frequency为write Every substep(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Main menu→Solution→Load Step Opts→
Write LS File,弹出Write Load Step File 对话框。在Load step file number n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Main Menu: Solution→Define Loads→Apply→Structure→
Pressure→On Area,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V ALUE=0,单击OK按钮。
b)设置载荷步:选择菜单Main Menu: Solution→Analysis Type→Sol’s Control,在求解
控制对话框的Basic卡中完成以下设置:Time at end of load step(结束时间)为1.5,Number of substep(子载荷步数)为5,Frequency为write Every substep(存储所有
计算结果),在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Stepped loading单选钮,