ANSYS加载与求解

KOPI、NODE－关键点、节点 Lab：＝FX，FY，FZ（力）或MX，MY，MZ（力矩）
第4章 4.2.3 施加分布载荷
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在结构分析中，表面载荷就是施加的压力。当表面载荷方向指向物体内部时 取正值，否则取负值，ANSYS不仅可以将表面载荷施加在线上、面上，还可以 将表面载荷施加在结点、单元以及梁上。 3.2.3.1 在线（或面）上施加分布载荷 命令：SFL，线编号，分布载荷类型，VALI,VALJ GUI：….| Loads>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Lines
3)时间的作用
在所有静态和瞬态分析中，ANSYS使用时间作为跟踪参数，而不论分 析是否依赖于时间。在指定载荷历程时，在每个载荷步的结束点赋予时间 值。时间也可作为一个识别载荷步和载荷子 Load 步的计算器。这样计算得到的结果也将是与 时间有关的函数，只不过在静力分析中，时 间取为常量0；在瞬态分析中，时间作为表 示真实时间历程的变量在变化；在其它分析 中，时间仅作为一个计算器识别求解时所采 Time 用的不同载荷步。
在结构分析中，DOF约束中相应的自由度 有平移和旋转，共有6个，即UX、UY、UZ(X、Y、 Z方向平动自由度）及RTOX、RTOY、RTOZ （X、Y、Z方向的转动自由度），它可以施加在 线、面、关键点、结点上。位移方向与总体坐标 轴正向相同时取正值，否则取负值。DOF的复杂 情况如下： 施加对称或者反对称DOF约束 施加耦合DOF约束
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（2）Force（集中载荷或力载荷）：施加于模型节点上的集 中载荷。在结构分析中被指定为力和力矩；在热分析中为热流 速率；在磁场分析中为电流段。
（3）Surface load(表面载荷)：为施加于模型某个表面上的分 布载荷。在结构分析中被指定为压力；在热分析中为对流和热 通量。 （4）Body load(体积载荷)：为施加于模型上的体积载荷或者 场载荷。在结构分析中为温度；热力分析中为热生产率。 （5）Inertia load（惯性载荷）：由物体的惯性引起的载荷， 如重力加速度、角加速度。主要在结构分析中使用。 （6）Coupled-field loads（耦合场载荷）：为以上载荷的一 种特殊情况，是从一种分析得到的结果作为另一种分析的载荷。 例如可以施加磁场分析中计算的磁力作为结构分析中的力载荷。
优点: （1）模型载荷独立于有限元网格之外，这样就不必因为 网格重新划分而重新加载；（2）通过图形拾取来加载时，因为 实体较少，所以施加载荷简易。
缺点: （1）不能显示所有的实体模型载荷；（2）施加关键点约 束的扩展时，在两个关键点施加的约束会扩展到关键点之间的 直线上所有的节点上，有时这种约束并不是实际的约束情况， 因此在使用扩展约束时，在关键点上施加约束要特别小心。
第4章 ANSYS加载与求解 4.2.1.2 在线（或面）上加载位移约束
命令： DL, LINE, AREA ，Lab , Value ,Value2
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DA, AREA, Lab , Value ,Value2
参数说明：略
GUI：Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Lines（或 On Areas）
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对称约束与反对称约束的示意图如下：
解释：对于如图给定的坐标系而言，对称约束表示对称面上所有点 UX=0，ROTZ＝0，ROTY＝0
这两种约束条件应用在不同的对称模型的场合，通过设定对称约束边界条件 达到简化建模的效果。施加对称约束和反对称约束的采用的命令仍然是DL、DA， 其参数Lab设为SYMM（对称）或ASYM（反对称）。
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2. 施加在有限元模型上
优点： （1）约束可以直接施加在节点上，所以扩展约束没有影响； （2）载荷可以直接施加在节点上 缺点：
（1）任何对于有限元网格的修改都会使已施加的载荷无效，需要 删除先前的载荷并在新网格上重新施加载荷；
（2）不方便处理线载荷和面载荷，因为原来施加在一条线上的载 荷需要逐个结点来拾取，原来施加在一个面上的载荷需要逐个单元 来拾取，非常麻烦。
第4章 4.1.1.1 载荷步和子步
1)载荷步(load step)
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载荷步就是我们平时讲的分步施加载荷，以模拟真实的载荷配置。左 图所示显示了一个需要三个载荷步的载荷历程曲线：第一个载荷步用于线 性载荷，第二个载荷步用于不变载荷，第三个载荷步用于卸载。载荷值在 载荷部的结束点达到全值。 2)载荷子步 子步(Sub step):将一个载荷步分成几个子步施加载荷。
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4.2 载荷的施加
任何实际结构都会受到一定的约束条件 来保持其稳定性，因此给结构模型施加合适 的约束条件是进行有限元分析的一个重要步 骤。 在结构分析涉及到的所有载荷中，惯性 载荷相对于整体笛卡儿坐标系施加于整个模 型，除此之外，其它载荷既可以施加于实体 图元（点、线、面），也可以施加在有限元 模型上（结点、单元）。载荷可以进行施加 (Apply)、删除(Delete)、运算(Operate)。 施加载荷可以通过前处理器 Preprocessor或求解器Solution 中的Loads 项完成。左图示菜单为第一种方式。弹出相 应对话框后：
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从时间的概念上讲，载荷步就是作用在给定时间间隔内的一系列
载荷；子步为载荷步中的时间点，并在这些点上求得中间解。
4.1.2 加载方式及其优缺点
在ANSYS程序中，用户可以把载荷施加在实体模型（关键 点、线、面、体等）上，也可以施加在有限元模型（结点、单 元）上。如果载荷施加在几何模型上，ANSYS在求解前先将载 荷转化到有限元模型上。这两种情况各有各自的优缺点。 1 . 施加在实体模型上
FK，KOPI，Lab，Vlaue，Vlaue2
F，NODE，Lab， Vlaue，Vlaue2，MEND，NINC
（或On Nodes） 参数说明：
正值表示力的方向与坐标 轴正向一致，负值表示力 的方向与坐标轴正向相反
GUI：…|Loads>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On On Keypoints
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(1)选择载荷形式：如Displacement(位移) ,Force/Moment(力和力 矩),Pressure(压力)、Temperature（温度）等； (2)选择加载的对象：如:On Keypoints、On Lines、On Areas、 On Nodes、On Element等； (3)指定载荷的方向和数值 4.2 .1 加载自由度(DOF)约束
（2）对于非线性的函数分布载荷，可以通过分段近似线性加载的方法，或者 通过不同节点处加载不同集中力的方法进行模拟（使用数组载荷定义）
线上分布ຫໍສະໝຸດ Baidu加载的起始方向
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3.2.3.2 在相连的几个节点上施加分布载荷 命令：SF，NList，Lab，VALUE,VALUE2 GUI：….|Loads|Apply|Structual>Pressure>On Nodes
GUI: …Solution>Define Symmetry B.C. （或Antisymm B.C.）
第4章 4.2.2 施加集中载荷
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在结构分析中，集中载荷包括力（FX、FY、FZ，即在X轴、Y轴、Z轴方向 的集中力和力矩（MX、MY、MZ，即绕X轴、Y轴、Z轴的力矩）。它们只能施 加在关键点和节点上
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4.2.1.2 对称约束与反对称约束 在位移约束中还有两个非常重要的约束，就是施加在对称 面上的对称约束和反对称约束。 （1）对称约束限制对称面内所有节点的两个方向旋转自由度， 同时限制了垂直于对称面的位移自由度。
（2）反对称约束限制了对称面内所有节点在对称面内的两个 方向位移自由度，同时限制了垂直于对称面的旋转自由度。
第4章 ANSYS加载与求解 4.2.1.1 在关键点（或节点）上加载位移约束
命令：
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DK, KPOI, Lab , VALUE ,VALUE2, KEXPND, Lab2, Lab3, Lab4, Lab5, Lab6
D, NODE, Lab , VALUE ,VALUE2, NEND, NINC, Lab2, Lab3, Lab4, Lab5, Lab6
GUI：Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Keypoints （或On Nodes）
参数说明：
KOPI、NODE－－要施加约束的关键点号、节点号 Lab－－－UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ等符号标识； VALUE、VALUE2－－自由度值、第二个自由度值； NEND，NINC－－指定相同的约束值到NODE到NEND的节点上（缺省为NODE）， 其节点号增量为NINC（缺省＝1）； KEXPND－－关键点自由度扩展选项（0－约束只施加在关键点处的节点上；1－将 关键点上的约束进行扩展(见下页）
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若分布载荷为均布载荷，只需在对话框的第一个输入栏中输入相应的分布 载荷值；若同时输入第二个值，则表示在这条线上，从线的起始点到线的终 点，沿线的方向，承受从第一个值到第二个值线性过渡的分布载荷。 注意：
（1）ANSYS中的线是有方向的，相当于从起始关键点到终止关键点的一条矢 量线，这在很多分析中非常重要。观察方向从实用菜单PlotCtrls>Symbol中 设置Line dirrction on
ANSYS提供了许多方式对模型施加加载，而且借助于载荷步选 项，用户可以在求解中逐步对模型施加载荷。在ANSYS的术语中， 载荷(Loads)包括边界条件和外部或者内部作用力。
第4章 4.1.1 载荷种类
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在不同的学科中，载荷的具体含义也不尽相同，下面为不 同学科中所指的载荷术语。
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有限元分析的主要目的是检查结构对一定载荷条件的响应。因 此在分析中指定合适的载荷条件也是关键的一步。合适的加载将能 够更好地模拟实际情况，正确反应实际结构的受力特征；而求解方 式是否选择合适将直接影响到求解的精度和所花费的时间，甚至是 否收敛。
4.1 载荷种类与加载方式
采用GUI操作，在弹出拾取对话框后，在模型上选取几个相连的节点（要施加分 布载荷的节点），单击OK按钮，弹出如下所示分布载荷大小设置对话框：
注意：在节点上施加分布载荷必须选取两个以上的节点
Lab2 , Lab3, Lab4, Lab5, Lab6－附加自由度，这些自由度取相同的值施加
在这些节点上。
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K1 K2
对话框中的KEXPND选项设为YES，可使相同的约 束施加在位于两关键点连线的所有节点上。如左图 所示。只要拾取关键点K1和K2，再在设置对话框 中选择All DOF，并在VLAUE框中输入0，设置 EXPAND为Yes，则K1至K2之间的所有节点都将被 约束，即相当于固定了这条边；KEPAND＝No则 只固定了K1、K2上的两个节点被约束。
结构分析：位移、力、压力、温度、重力； 热力分析：温度、热流速率、对流、内部热生成、无限表面等； 磁场分析：磁场、磁通量、磁场段、源流密度、无限表面； 电场分析：电势（电压）、电流、电荷、电荷密度、无限表面等； 流体分析：流速、压力等
对不同学科的载荷而言，程序中的载荷可以分为六类： （1） DOF constraint(DOF约束）:定义节点的自由度值，也就 是将某个自由度赋予一个已知值。在结构分析中该约束被指定 为位移和对称边界条件；在热力分析中被指定为温度和热通量 平行的边界条件。