--机械零件有限元分析--6--第五讲--加载与...

3、载荷的显示
PlotCtrls—Symbols—All BC+Reaction
4、载荷步选项
载荷步选项（Load step options）是用于表示控 制载荷应用的选项（如时间、子步数、时间步及 载荷阶跃或逐渐递增等）的总称。 Menu> Solution> Load Step Opts 如果展开的载荷步选项菜单不完全，单击Main Menu> Solution> Unabridged Menu即可。 如：Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time - Time Step （注意：Ramped逐步加载；Stepped阶跃加载）
说明：【Load key】用于设置压力载荷的 类型，设置为1表示从节点I到节点J的法 向力，正值表示沿单元坐标系-Y法向； 设置为2表示从节点I到节点J的切向力， 正值表示沿单元坐标系+X切向；设置为 3表示节点I端部轴向力，正值表示沿单 元坐标系+X轴向；设置为4表示节点J端 部轴向力，正值表示沿单元坐标系-X轴 向。 1
生成与加载LS文件方法2/2
4、 Solution>Load Step Opts>Write Ls File 5、重复2、3、4步 6、Solution--Solve— From Ls Files
（注意，后处理时可以选 择到所有的子步 General Postproc— Read Results—BY Pick）
二、位移约束
位移约束又称DOF约束，是对模型 在空间中的自由度的约束。位移约束可 施加于节点、关键点、线和面上，用来 限制对象某一方向上的自由度。每个学 科中可被约束的相应自由度不同，如表 5.1所示。
表5.1 不同学科中的位移约束
学科 结构分析 热分析 磁场分析 自由度 平动 转动 温度 矢量势 ANSYS标识符 UX、UY、UZ ROTX、ROTY、ROTZ TEMP AX、AY、AZ
4、约束方程
约束方程不仅可以实现节点线位移的耦合，而且 可以实现节点线位移与角位移的耦合。 Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Constraint Eqn 可单击Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Del Constr Eqn菜单删除定义的约 束方程。 定义多个节点不同自由度间的函数关系 CE, NEQN, CONST, NODE1, Lab1, C1, NODE2, Lab2, C2, NODE3, Lab3, C3
平衡迭代是指在给定子步下为了收敛而计算的附 加解（必要的中间结果）。平衡迭代仅应用于
收敛起着很重要作用的非线性分析（静态或瞬 态）中的迭代修正。
例如：对于二维非线性静态磁场分析中，为了获 得精确解通常可使用两个载荷步：第一个载荷 步将载荷逐渐加到5到10个子步上，每个子步 仅使用一次平衡迭代；第二个载荷步中，得到 最终收敛解，且仅有一个使用15～25次平衡 迭代的子步。如图5.2所示。
在默认的情况下，在同一个位置重新设置力或力 矩，则新的设置将取代原来的设置。 Main Menu>Solution>Define Loads>Settings>Replace vs Add>Forces 这是对后续的加载操作的状态（选项）的设置！ ！要看到它的作用取决于后续的操作： Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Momen t>。。。。。。
2、载荷步、子步和平衡迭代
载荷步是指分步施加的荷载，可以使用不 同的载荷步来施加不同的荷载组合，如 图5.1所示。例如，在第一载荷步中施加 风载荷，在第二载荷步中施加重力载荷 ，在第三载荷步中施加风和重力载荷以 及一个不同的边界条件等。
重力载荷
风载荷 风和重力载荷 以及一个不同的边界条件
子步是执行求解载荷步过程中的点。对于不同的 分析类型，子步的作用不同： 在非线性静态或稳态分析中，使用子步逐渐施加 载荷以便能获得精确解。 在线性或非线性瞬态分析中，使用子步是为满足 瞬态时间累积法则（为获得精确解，通常规 定一个最小的时间步长）。 在谐波分析中，使用子步可获得谐波频率范围内 多个频率处的解。



【Utility Menu】|【Parameters】|【Array Parameters】 |【Define/Edit】 在【Parameter name】文本框中输入数组名【pres_1】 ，在【No.of rows,cols,planes】文本框中分别输入【4】 、【1】和【1】， 选中刚才定义的数组pres_1，然后单击Edit按钮，输入四 个数据。然后单击【File】|【Apply/Quit】菜单，关闭对 话框。至此定义了一个一维数组。 Main Menu>Solution>Define Loads>Settings>For Surface Ld>Node Function在name of array parameter栏 中输入pres_1(1) Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Nodes 在【Load PRES value】文本框中输入【100】 【Utility Menu】|【List】|【Loads】|【Surface Loads】 |【On Picked Nodes】
3、比例缩放力和力矩
Main Menu>Solution>Define Loads>Operate>Scale FE Loads>Forces----选要比例的项目操作 （预先构造好选择集） 只有将载荷直接加到节点上或者将载荷转 换之后，比例缩放操作才起作
4、转换力和力矩
（如果不手动操作系统会自动操作）
注意：指定了斜率后，对所有随后的载荷施加都起作用。要 去除指定的斜率，可在命令输入窗口中输入“SFGRAD”然 后回车即可（重设斜率为默认值）。
例子：SHELL43单元，节点加x方向分布力。
4、函数加载
有些载荷是按一定的函数关系非线性 变化的，对于这种载荷的施加就要用到 函数加载的方法。




3 2 4
3、指定斜率 （实际上是指定递增、递减率）
要指定线性变化的压力，可以使用指定斜率功能，用于随后 施加的表面载荷 Main Menu>Solution>Define Loads>Settings>For Surface Ld>Gradient Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Nodes（element 或areas，areas则需要转换） 【Utility Menu】|【List】|【Loads】|【Surface Loads】|【 On Picked Nodes】
1、基本操作
Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Areas On Lines On Nodes On Elements
2、梁单元上的压力载荷
梁单元是一种线单元，可以在其上施 加侧向的压力载荷，其大小为每单位长 度的力，压力可以沿长度线性变化。 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure >On Beams--选择单元---【Apply】
三、集中载荷
在结构分析中，集中载荷主要包括力 和力矩，相应的标识符为FX、FY、FZ、 MX、MY、MZ。可以对节点或关键点施 加集中载荷。
1、施加力和力矩
Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/M oment>。。。。。。
2、重复设置力和力矩（的选项）
载荷步是指分步施加的荷载
1、载荷分类：
不同学科中的载荷： 结构分析：位移、力、弯矩、压力、温度和重力 等； 热分析：温度、热流速率、对流和无限表面等； 磁场分析：磁势、磁能量、磁场段、源流密度和 无限表面等； 电场分析：电势（电压）、电流、电荷和电荷密 度等； 流场分析：速度和压力等。
不同特性的载荷： 位移约束（DOF constraint）：将给定某一自由度 一已知值。 力（Force）：为施加于模型节点的集中荷。如在模 型中被指定的力和力矩。 表面载荷（Surface load）：为施加于某个面的分 布载荷。例如在结构分析中为压力。 体积载荷（Body load）：为体积或场荷载。如结 构分析中的温度。 惯性载荷（Inertia loads）：为由物体惯性引起的 载荷。如结构分析中的重力加速度、角速度（离 心力）和角加速度。 耦合场载荷（Coupled-field loads）：为以上载荷 的一种特殊情况，指从一种分析得到的结果用作 为另一种分析的荷载。例如，将磁场分析中计算 得到的磁力作为结构分析中的力荷载。
Main Menu>Solution>Define Loads>Operate>Transfer to FE>Forces 把加在几何模型上的力转换到节点上
四、表面载荷
在ANSYS中，不仅可以将表面载荷施加到 线和面上，还可以施加到节点和单元上 ；可以施加均布的载荷，也可以施加线 性变化的载荷，还可以施加按一定函数 关系变化的载荷。
标量势 电场分析
流场分析
MAG VOLT
VX、VY、VZ PRES ENKE ENDS
电势
速度 压力 湍流动能 湍流扩散率
1、约束操作
注意：在没有单元类型定义之前，位移约束的施加菜单 为不可见状态。因此，建议在进行有限元分析时首先 定义单元类型及实常数等属性。 Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>。。 。。。。 注：Displacement value的默认值为0 删除约束： Main Menu>Solution>Define Loads>Delete>Structural>Displacement>。。 。。。。
对于结构分析，对称边界条件指平面 外移动和平面内的旋转被设置为0，而反 对称边界条件指平面内移动和平面外旋 转被设置为0。
对称约束的例子
对称约束的操作
Main Menu>SolutБайду номын сангаасon>Define Loads>Apply>Structural >Displacement>Symmetry B.C.>。 。。。。。 对称边界上标有s标记
3、耦合自由度
当要使两个或更多的自由度取相同的值时 ，可以使用耦合自由度的方法。由于只能对节 点的自由度进行耦合，因此在进行自由度耦合 之前应先划分网格。 Main Menu>Preprocessor>Coupling / Ceqn>Couple DOFs 可先用Select菜单构造一个选Nodes的 择集（比如用Location方式），然后在 Couple DOFs中选Pick All
2、对称和反对称约束
无论正反对称，对于图形本身而言 ，都是关于某轴（或某面）对称，正反 对称是相对于载荷而言的。 对称结构可取结构的一半进行计算，取 一半后，正对称结构边界处位移约束垂 直于边界面（对称面），反对称位移约 束为平行于边界面（对称面）
正反对称的进一步解释
结构本身是对称结构（有对称轴或者对称 面）。 ·结构受到的载荷也是对称的。这种情况下 结构的位移就是对称的，可以使用对称 位移约束。 ·对称结构受到反对称载荷就需要施加反对 称约束。
第五讲、加载与求解
当建立了有限元模型之后，就可以 对模型施加荷载并进行求解。 可以直接对实体模型施加荷载，也 可以对网格划分之后的有限元模型施加 荷载；当施加荷载完毕并且对模型进行 了网格划分之后，就可以选择适当的求 解器对问题进行求解。
-1-
一、载荷与载荷步
ANSYS中的载荷（Loads）包括边界条件 和模型内部与外部的作用力。
生成与加载LS文件方法1/2
1、设置Solution--Load Step Opts--Output Ctrls--DB/Result File –all items—Every Substeps
2、加载好一个载荷步的载 荷 3、 Solution>Load Step Opts>Time/Frequen c>Time And Substeps---设置如左 注意：每个载荷步的结束时间应该从小到大