ANSYS入门教程,第十一章,结构

1、结构分析结构分析第第 11 章章INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-2本章将详细讲述结构分析本章将详细讲述结构分析主要有两个目的主要有两个目的:重申一般分析过程。重申一般分析过程。介绍结构分析的荷载及边界条件。介绍结构分析的荷载及边界条件。第第11章章 结构分析结构分析概述概述INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0

2、- Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-3几何模型几何模型可以在可以在 ANSYS 中建立实体模型或输入实体模型。中建立实体模型或输入实体模型。包含改善模型的细节：包含改善模型的细节：目的是充分模拟结构的刚度目的是充分模拟结构的刚度增加细节，避免应力奇异增加细节，避免应力奇异 (例如倒角填充例如倒角填充)除去不感兴趣的细节除去不感兴趣的细节 (例如去掉孔例如去掉孔)增加细节改善边界条件增加细节改善边界条件 (例如，在面上施加压力而不是集中荷载例如，在面上施加压力而不是集中荷载)第第11章章 A. 前处理前处理几何模型

3、几何模型INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-4单元类型单元类型 下表列出了一般常用的结构单元类型。下表列出了一般常用的结构单元类型。 节点自由度包含：节点自由度包含： UX, UY, UZ, ROTX, ROTY,和和 ROTZ 。 2-D Solid 3-D Solid 3-D Shell Line Elements Linear PLANE42 SOLID45 SOLID185 SHELL6

4、3 SHELL181 BEAM3 BEAM4 BEAM188 Quadratic PLANE82 PLANE2 SOLID95 SOLID92 SOLID186 SHELL93 BEAM189 一般常用结构单元类型第第11章章 A. 前处理前处理网格化网格化材料特性材料特性至少需要杨氏弹性模量，至少需要杨氏弹性模量， EX.在优先设置中，设置在优先设置中，设置 “Structural” 限制，则限制，则GUI 方式只显示结构材料特性。方式只显示结构材料特性。实常数实常数主要是壳和线单元需要。主要是壳和线单元需要。INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODU

5、CTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-5结构荷载条件是：结构荷载条件是：自由度约束自由度约束模型在这一范围的位移是已知的。模型在这一范围的位移是已知的。集中力集中力外力可以是节点荷载。外力可以是节点荷载。压力压力表面上压力已知。表面上压力已知。均匀温度均匀温度根据参考温度产生热应变体力而施加的温度。根据参考温度产生热应变体力而施加的温度。重力重力按惯性边界条件施加加速度。按惯性边界条件施加加速度。第第11章章 B. 求解求解定义荷载定义荷载INTRODUCTION TO ANS

6、YS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-6结构荷载条件是结构荷载条件是用来指定模型的固定位置（零位移处用来指定模型的固定位置（零位移处)。也可以是非零位移，模仿已知偏移。也可以是非零位移，模仿已知偏移。施加位移约束：施加位移约束：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement选择在什么位置施加约束。选择在什么位置施加约束。在图形窗口上拾取实体。在图形窗口上拾取实

7、体。然后选择约束方向，约束值缺省为零。然后选择约束方向，约束值缺省为零。或用或用 D 系列命令：系列命令： DK, DL, DA, D.问题：问题：UX, UY, UZ 按什么坐标系说明按什么坐标系说明?第第11章章 B. 求解求解位移约束位移约束INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-7施加一个力，必须包含以下信息：施加一个力，必须包含以下信息：节点或关键点节点或关键点 (可以用拾取指定可以用拾取

8、指定)力的大小力的大小 (单位必须与所用单位制统一单位必须与所用单位制统一)力的方向力的方向 FX, FY, 或或 FZ使用：使用：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment或使用命令或使用命令 FK 或或 F问题：问题： FX, FY, 和和 FZ 按什么坐标系说明按什么坐标系说明?第第11章章 B. 求解求解集中荷载集中荷载INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3,

9、2003Inventory #00196811-8压力压力施加压力：施加压力：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure 选择施加压力的位置选择施加压力的位置 在在 2-D 模型中通模型中通常选线，在常选线，在 3-D模型中通常选面。模型中通常选面。 在图形窗口拾取所要实体。在图形窗口拾取所要实体。 然后键入压力值，正值表示压力（指向单然后键入压力值，正值表示压力（指向单元表面）。元表面）。或使用或使用 SF 系列命令：系列命令： SFL, SFA, SFE, SF。第第11章章 B. 求解求解压力压力INTRODUCTI

10、ON TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-9对对 2-D 模型，压力通常加在线上，模型，压力通常加在线上，可以在可以在 I ，J 端输入同一个值，定义端输入同一个值，定义均布荷载。均布荷载。I 、 J 端是由线的方向定义的。如果端是由线的方向定义的。如果发现斜坡方向有误，只要将两个压力发现斜坡方向有误，只要将两个压力数值颠倒即可。数值颠倒即可。VALI = 500500L3500VALI = 500VALJ = 1000

11、L31000500VALI = 1000VALJ = 500L31000500第第11章章 B. 求解求解压力压力INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-10均匀温度均匀温度施加均匀温度施加均匀温度Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Temperature Uniform Temp或使用或使用 TUNIF 命令。命令。第第11章章 B.

12、求解求解温度荷载温度荷载定义参考温度定义参考温度Main Menu Solution Load Step Opts Other Reference Temp或使用或使用 TREF 、MP、REFT命令。命令。)(refthTT 记住记住,INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-11重力重力施加重力加速度：施加重力加速度：Main Menu Solution Define Loads Apply St

13、ructural Inertia Gravity或使用或使用 ACEL 命令。命令。注意：注意：正向重力加速度引起负方向的重力。如果正向重力加速度引起负方向的重力。如果 Y 指向上，正的指向上，正的 ACELY 值引起向值引起向下的重力。下的重力。重力和其它惯性荷载必须定义密度（或其它形式的质量）。重力和其它惯性荷载必须定义密度（或其它形式的质量）。第第11章章 B. 求解求解重力重力INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Invento

14、ry #00196811-12修改和删除载荷修改和删除载荷修改载荷值，只要用新值代替旧值即可。修改载荷值，只要用新值代替旧值即可。 删除载荷：删除载荷：Main Menu Solution Define Loads Delete当删除实体模型的载荷时，当删除实体模型的载荷时，ANSYS 自动删除有限单元自动删除有限单元载荷。载荷。第第11章章 B. 求解求解修改和删除载荷修改和删除载荷INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Invento

15、ry #00196811-13静力与动力分析的区别静力与动力分析的区别静力分析假设只有刚度力有效。静力分析假设只有刚度力有效。动力分析考虑所有三种类型的力。动力分析考虑所有三种类型的力。例如，考虑跳水板的分析。例如，考虑跳水板的分析。如果跳水者静静地站在跳水板上如果跳水者静静地站在跳水板上,只进行静态分析就足够了。只进行静态分析就足够了。但是如果跳水者在跳水板上上下跳动，必须进行动力分析。但是如果跳水者在跳水板上上下跳动，必须进行动力分析。第第11章章 B. 求解求解求解选择求解选择INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS

16、8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-14如果施加的荷载随时间快速变化，则惯性力和阻尼力通常很重要。如果施加的荷载随时间快速变化，则惯性力和阻尼力通常很重要。因此，可以通过判断载荷是否与时间相关，选择静力分析还是动力分析因此，可以通过判断载荷是否与时间相关，选择静力分析还是动力分析。如果在相对较长的时间内载荷是一个常数，选择静力分析。如果在相对较长的时间内载荷是一个常数，选择静力分析。否则，选择动力分析。否则，选择动力分析。总之，如果激励频率小于结构最低价固有频率的总之，如果激励频率小于结构最低价固有频率的

17、 1/3，则可以进行静力则可以进行静力分析。分析。第第11章章 B. 求解求解求解选择求解选择INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-15线性与非线性分析的区别线性与非线性分析的区别线性分析假设忽略荷载对结构刚度变化的影响。典型特征是：线性分析假设忽略荷载对结构刚度变化的影响。典型特征是： 小变形小变形应力、应变在线性弹性范围内应力、应变在线性弹性范围内没有诸如两物体接触或分离时的刚度突变没有诸如两

18、物体接触或分离时的刚度突变应变应力弹性模量(EX)第第11章章 B. 求解求解求解选择求解选择INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-16如果加载引起结构刚度显著变化，必须进行非线性分析。引起结构刚度如果加载引起结构刚度显著变化，必须进行非线性分析。引起结构刚度显著变化的典型原因：显著变化的典型原因： 应变超过弹性范围应变超过弹性范围 (塑性塑性)大变形，例如承载的钓鱼竿大变形，例如承载的钓鱼竿两物

19、体之间的接触两物体之间的接触应变应力第第11章章 B. 求解求解求解选择求解选择INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-17检查应力分析的结果一般包括：检查应力分析的结果一般包括：变形变形应力应力支反力支反力变形变形能够迅速判断加载方向是否正确。能够迅速判断加载方向是否正确。图例栏显示出最大位移，图例栏显示出最大位移，DMX。对变形制作动画。对变形制作动画。第第11章章 C. 后处理后处理观察结果观

20、察结果INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-18画变形图：画变形图：General Postproc Plot Results Deformed Shape或使用或使用 PLDISP 命令。命令。制作动画制作动画Utility Menu PlotCtrls Animate Deformed Shape或使用或使用 ANDISP 命令。命令。第第11章章 C. 后处理后处理观察结果观察结果INTRO

21、DUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-19应力应力下面应力可用于三维实体模型：下面应力可用于三维实体模型：应力分量应力分量 SX, SY, SZ, SXY, SYZ, SXZ (缺省为整体直角坐标方向缺省为整体直角坐标方向)主应力主应力 S1, S2, S3, SEQV (冯冯- 米塞斯应力米塞斯应力 ), SINT (应力强度应力强度)最好观察等值图，能够快速定位最好观察等值图，能够快速定位“热点热点”或

22、有问题的区域。或有问题的区域。节点解：应力是节点处的平均值，光滑而且连续。节点解：应力是节点处的平均值，光滑而且连续。单元解：不是平均值，结果不再是连续的。单元解：不是平均值，结果不再是连续的。第第11章章 C. 后处理后处理观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-20画应力等值线图：画应力等值线图：General Postproc Plot Results Contour Plot

23、 Nodal Solu或用 PLNSOL 命令命令General Postproc Plot Results Contour Plot Element Solu或用PLESOL命令命令也可以作应力等值线图的动画：也可以作应力等值线图的动画：Utility Menu PlotCtrls Animate Deformed Results.或用或用 ANCNTR 命令命令第第11章章 C. 后处理后处理观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember

24、3, 2003Inventory #00196811-21PowerGraphics 注意事项：注意事项：它是缺省绘图设置它是缺省绘图设置 (/GRAPH,POWER)。只绘出可见表面，忽略只绘出可见表面，忽略“表面下表面下”的东西。的东西。 优点：优点：快速重画，图形轮廓分明。快速重画，图形轮廓分明。模型显示光滑，有照片的真实感。模型显示光滑，有照片的真实感。防止应力对材料和实常数进行平均。防止应力对材料和实常数进行平均。激活激活 PowerGraphics (或激活或激活 “full graphics”):Toolbar POWRGRPH或用命令或用命令 /GRAPH,FULL或者用交互方

25、式或者用交互方式 Utility MenuPlotCtrlsStyle HiddenLineOptions Graphics Display Method is.Full Model第第11章章 C. 后处理后处理观察结果观察结果INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-22反力反力每个方向上的反力，必须与加在该方向上的外荷载保持平衡。每个方向上的反力，必须与加在该方向上的外荷载保持平衡。最好列表检查

26、：最好列表检查：General Postprocessor List Results Reaction Solution或用或用 PRRSOL 命命令令第第11章章 C. 后处理后处理观察结果观察结果本例中10” x 10 ”的面上承受Y 方向1000psi的压力，这引起约束点的反力。注意X 和 Z方向的合力为零， Y方向的合力为1000*(10 x10) = 0.1e6INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1Training ManualNovember 3, 2003Inventory #00196811-23有必要通过判断检查来确信结果可用。有必要通过判断检查来确信结果可用。根据求解问题的类型，确定要检查的内容，但有几个典型问题要注意：根据求解问题的类型，确定要检查的内容，但有几个典型问题要注意：有限元结果与手工计算或实验数据是否一致？有限元结果与手工计算或实验数据是否一致？位移解是否正确？首先检查位移解是否正确？首先检查 FEA 位移解，因为位移解，因为 FEA 应力是二次结果。应力是二次结果。反力是否与施加的荷载平衡？反力是否与施加的荷载平衡？最大应力位置在哪