ANSYS求解过程中的载荷 约束与边界条件的设定

1.施加显式分析的载荷

一般的加载步骤如下：

（1）将模型中受载的部分定义为组元或PART（用于刚体的加载）；

（2）定义包含时间和对应荷载数值的数组参数并赋值；

（3）通过上述数组定义荷载时间历程曲线；

（4）选择施加荷载的坐标系统（默认为在总体直角坐标系）；

（5）将荷载施加到结构模型特定受载的部分上。

在ANSYS/LS-DYNA中，定义或分析显式分析载荷的GUI操作菜单路径为：Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Loading Options>Specify Loads Main Menu>Solution>Loading Options>Specify Loads

通过上述菜单调出如图1所示的加载对话框，在其中依次输入相应的参数，同样可以完成载荷的施加过程。

图1施加显式分析的载荷

注意：在ANSYS/LS-DYNA中，上述方式定义的载荷是在一个载荷步施加的，即直接施加随着时间变化的各种动力作用到结构的受载部分。不要与ANSYS

隐式结构分析中多个载荷步加载的概念相混淆。

施加了显式分析载荷之后，可以通过操作显示或隐藏载荷标志，其GUI菜单操作路径为：Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Loading Options>Show Forces

2.施加初始条件

在瞬态动力问题中，经常需要定义结构系统的初始状态，如初始速度等。

在ANSYS/LS-DYNA程序中，菜单路径为：

Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Initial Velocity>On

Nodes/PARTs

Main Menu>Solution>Initial Velocity>On Nodes/PARTs

图2施加于PART上初始速度

3.施加边界条件

在ANSYS/LS-DYNA中，可以定义如下一些类型的边界条件：

★固定边界条件

其菜单操作路径为：

Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options>Constraints>Apply>On Nodes Main Menu>Solution>Constraints>Apply>On Nodes

在图形窗口中单击需要约束的节点，然后，在弹出的如图3所示的对话框中进行施加零约束的操作。

★滑移或循环对称边界

当模拟滑移或循环对称的几何对象时，只需建立很小的一个对称部分，这时就需要定义滑移对称边界。在ANSYS／LS-DYNA中，通过EDBOUND命令来施加这种边界，可以用节点组元确定边界或方向矢量来定义法向或方向（滑移对称）或转轴（循环对称）。

EDBOUND命令的一般格式为：

EDBOUND，Option，Lab，Cname，XC，YC，ZC，Cname2，COPT

Option可以为ADD（定义）、DELE（删除）、LIST（列表显示）等选项。

Lab域可以为SLIDE（滑移对称）或CYCL（循环对称）两个选项。

Cname为要定义此边界条件的节点组元名称。

XC，YC，ZC为一组点的坐标，从原点指向该点的向量，用来定义滑移对称面的法向或循环对称边界的转轴方向。

Cname2为要定义循环对称边界（CYCL）的第二个节点组元，仅在CYCL选项时才使用，如图3-4所示。

图3循环对称边界示意图

COPT为滑移对称边界条件的参数，0表示节点在法向平面内运动，1表示节点仅在向量方向移动。本参数仅在SLIDE选项时才使用。

★无反射边界条件

模拟地球动力学系统时，经常要用一个有限域来表示地下空间或大块岩体。对这类问题，为避免边界处波的反射对求解域的影响，可以对有限域表面施加元反射边界条件来模拟无限大空间。

无反射边界条件通过边界表面节点组元施加，可选择膨胀和剪切波被吸收等选项，其命令格式如下：

EDNB，Option，Cname，AD，AS

Option可以为ADD（定义）、DELE（删除）、LIST（列表显示）等选项。

Cname域表示要定义无反射边界的节点组元。

AD为膨胀波的吸收选项，1表示在边界被吸收。

AS为剪切波的吸收选项，1表示在边界被吸收。

注意：在ANSYS／LS-DYNA程序中，无反射边界只能施加到实体单元SOLID164和SOLID168的表面。

例：向一个名为GROUD的节点组元施加无反射边界条件，使纵波和横波在此节点组元的边界上都被吸收：

EDNB，ADD，GROUD，1，1

4.施加约束条件

在ANSYS/LS-DYNA 中，程序可以定义如下一些约束条件：

★EDCNSTR 命令定义的特殊约束

在ANSYS/LS-DYNA 中，可以通过EDCNSTR 命令模拟各种特殊的约束，如向刚体附加节点、节点刚性体、薄壳边界到实体以及铆接等。

EDCNSTR 命令的一般格式为：

EDCNSTR，Option，Ctype，Comp1，Comp2，VAl1

Option 域可为ADD（定义）、DELE（删除）、LIST（列表）等选项。

Ctype 域为约束类型选项：

ENS——向已有刚体（通过EDMP 定义的）上附加节点；

NRB——节点刚性体（模拟节点处的刚性连接）；

STS——薄壳边界到实体；

RIVET——无质量铆接。

Comp1域为一个已有的刚体部件号。

Comp2域为要与Comp1刚体部件连接的节点组元名称。

VAL1域为由EDLCS 预先定义的坐标系。

NRB 选项定义的刚性体是定义于节点组元之上，实际定义的是不同可变形（柔性）组元之间的一种刚性连接（理解为节点刚性体），因此这种节点刚性体并不是一般意义的刚体，它并不像一般刚体那样有部件号，而是只与节点组元有关。

STS 选项定义薄壳单元区域与结构的实体部分之间的固连，可以将一个单独的壳节点与最多9个实体节点相连接。

RIVET 选项定义两个节点之间的无质量刚性约束，两节点间的距离将在分析过程中保持不变。

EDCNSTR 命令的GUI 路径为：

Main Menu>Preprocessor>LS-DYNA Options >Constraints>Apply>Additional Nodal

Main Menu>Solution >Constraints>Apply>Additional Nodal

★点焊接约束

结构系统部件之间的焊接是一种很普遍的连接方式。在ANSYS/LS-DYNA 中通过EDWELD 命令来模拟部件之间的焊接约束，可以为没有质量的焊点，也可以为一般的焊接。

EDWELD 命令的一般格式为：

EDWELD ，Option ，NWELD ，N1，N2，SN ，SS ，EXPN ，EXPS ，EPSF ，TFAIL ，NSW ，CID

Option 域为ADD （定义）、DELE （删除）、LIST （列表）等操作类型选项。NWELD 域为焊接点或一般焊接的参考号。

N1和N2可以为元质量焊点连接的两个节点参考号，对于一般的焊接，N1为要定义焊接的节点组元，N2可不填。

SN 为点焊的法向破坏应力。

SS 为点焊的切向破坏应力。

EXPN 和EXPS 为点焊的失效准则中法向力和切向力的指数。

于是，点焊的失效准则可以表述为：

1

|)/(||)/(|≥+EXPS S EXPN N SN f SN f