3种动载荷加载方法

1、本例提示本例将学习ANSYS中载荷步把握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31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2.06105MPa，泊松比为0.3，密度为7800kg/m3。0.5p/MPat/s22.5101.01.5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，最终一次性求解全部载荷步。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

2、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； 规定输出把握， 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； 规定输出把握， 将此载荷步写入载荷步文件2中。定义载荷步3： 转变载荷值为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

3、模型(1) 绘制立方块：选择菜单Main Menu: PreprocessorModelingCreateVolumeCylinderSolid 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：FileSave 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: PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，在单元类型对话框中单击Add按钮，在弹

4、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: PreprocessorMaterial PropsMaterial 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：StructuralDensity，在密度DENS一栏中输入

5、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: PreprocessorMeshingMeshTool，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: PreprocessorMeshingMeshTool，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：FileSave A

6、s，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: SolutionAnalysis TypeNew 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: SolutionDefine LoadsApplyStructureDisplacementOn 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

7、菜单Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn 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VALUE=0，单击OK按钮。c) 设置载荷步：选择菜单Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，如图2-16所示，在求解把握对话框的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（存储全部计算结果），

8、在求解把握对话框的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 menuSolutionLoad Step OptsWrite 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 求解把握对话框步骤3 对其次个载荷步施加载荷a) 添加载荷：选择菜单Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn Area，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。在施

9、加载荷对话框中设VALUE=22.5，单击OK按钮。b) 设置载荷步：选择菜单Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，在求解把握对话框的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（存储全部计算结果），单击OK按钮。 c) 写载荷步文件2：选取菜单途径选择菜单Main menuSolutionLoad Step OptsWrite LS File，弹出Write Load Step

10、 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: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn 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VALUE=10，单击OK按钮。b) 设置载荷步：选择菜单Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，在求解把握对话框的Basic卡中完成以下设置：Time at end of load step（结束时间）为1.0，Numbe

11、r of substep（子载荷步数）为5，Frequency为write Every substep（存储全部计算结果），单击OK按钮。 c) 写载荷步文件3：选取菜单途径选择菜单Main menuSolutionLoad Step OptsWrite 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: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn Area，在图形区中单击圆柱顶面，单

12、击OK按钮。在施加载荷对话框中设VALUE=0，单击OK按钮。b) 设置载荷步：选择菜单Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，在求解把握对话框的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（存储全部计算结果），在求解把握对话框的Transient卡中设置选中Stepped loading单选钮，单击OK按钮。 c) 写载荷步文件4：选取菜单途径选择菜单Main menuSolut

13、ionLoad Step OptsWrite LS File，弹出Write Load Step File 对话框。在Load step file number n处输入4，单击OK按钮。步骤6 求解：选择菜单Main MenuSolutionSolveFrom LS File，弹出Solve Load Step Files对话框。在Starting LS file number处输入1；在Ending LS file number处输入4。单击OK按钮。当求解完成时会消灭一个Solution is done的提示对话框。单击close。3. 结果处理POST26观看节点146的位移时间历程结

14、果步骤1 定义结果变量：选择菜单Main Menu: TimeHist Postpro，单击按钮，单击Nodal SolutionDOF SolutionZ-compnent of displacement，设Valu Name为Xiangying，单击OK按钮，在图形区单击顶面上的节点，单击拾取对话框中OK按钮。步骤2 绘制位移响应曲线：选择菜单Main Menu: TimeHist Postpro，选中前面定义的Xiangying变量，单击按钮，绘制位移响应曲线，见图3-9(a)。图3-1 位移响应曲线Finish/Clear/PREP7 CYL4, , ,0.03/2, , , ,0.1

15、5 ET,1,SOLID185 MP,EX,1,2.06e11MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,7800 ESIZE,0,5, VSWEEP,All FINISH /SOLANTYPE,4TRNOPT,FULLNSUBST,5,0,0 OUTRES,ERASEOUTRES,ALL,ALL KBC,0 TIME,1e-6 DA,1,ALL,SFA,2,1,PRES,0 LSWRITE,1, TIME,0.5 SFA,2,1,PRES,22.5 LSWRITE,2, TIME,1.0 SFA,2,1,PRES,10 LSWRITE,3, TIME,1.5KBC,1 SFA,2,1,P

16、RES,0 LSWRITE,4, LSSOLVE,1,4,1, FINISH /POST26 FILE,file,rst,. NSOL,2,96,U,Z, UZ_2 PLVAR,2,3.表格载荷法 表格载荷法的求解思路为：首先，将载荷-时间历程用表格表示。然后，用数组参数定义载荷随时间变化的表。最终，施加表载荷，作为一个载荷步一次性求解。表格载荷法的加载过程：定义表格参数表施加已有表载荷表格载荷步把握。对于本问题的载荷表为：表3-1 载荷-时间历程表序号时间/s载荷10020.522.531.01041.000001051.50 前处理重复多载荷步求解中的相应步骤或打其保存的网格模型数据库Me

17、sh.db。 求解步骤1 指定分析类型：选择菜单Main Menu: SolutionAnalysis TypeNew Analysis，选Transient单选钮，选中Full（完全法）单选钮，单击OK按钮。步骤2 添加约束：选择菜单Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructureDisplacementOn 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。步骤3 定义表格载荷a) 定义表格：选择菜单Utility Menu: ParameterArray ParameterDef

18、ine/Edit，在数组定义对话框中单击Add按钮，在新数组对话框中设Parameter Name为Table load，Parameter Type为Table，设I,J,K为（5,1,1），Var1为Time，单击OK按钮完成表定义。b) 填充表格：选择菜单Utility Menu: ParameterArray ParameterDefine/Edit，在数组定义对话框中选中前面定义的表格Table load，单击Edit按钮，在表填充对话框中输入时间_载荷历程表，如图 所示，单击菜单FileApply/Quit，单击OK按钮完成表填充。 步骤4 施加表载荷：选择菜单Main Menu:

19、 SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn 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SFA下拉式列表框为Existing Table，在弹出的表载荷选择对话框中选中Table Load表载荷，单击OK按钮。步骤5 设置载荷步：选择菜单Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，如图2-16所示，在求解把握对话框的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50，Frequ

20、ency为write Every substep（存储全部计算结果），在求解把握对话框的Transient卡中设置选中Ramped loading单选钮，单击OK按钮。 图3-3 求解把握对话框步骤6 求解：选择菜单Main MenuSolutionSolveCurrent LS ，单击OK按钮。当求解完成时会消灭一个Solution is done的提示对话框。单击close。l 结果处理重复多载荷步求解中的相应步骤，POST26观看顶面位移时间历程结果。Finish/Clear/PREP7 CYL4, , ,0.03/2, , , ,0.15 ET,1,SOLID185 MP,EX,1,2

21、.06e11 MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,7800 ESIZE,0,5, VSWEEP,All FINISH *DIM,Tab_Load,TABLE,5,1,1,Time, , !* *SET,TAB_LOAD(1,0,1) , 0*SET,TAB_LOAD(2,0,1) , 0.5 *SET,TAB_LOAD(2,1,1) , 22.5 *SET,TAB_LOAD(3,0,1) , 1*SET,TAB_LOAD(3,1,1) , 10 *SET,TAB_LOAD(4,0,1) , 1.001*SET,TAB_LOAD(5,0,1) , 1.5 /SOLU ANTYPE,4

22、TRNOPT,FULL LUMPM,0 !* NSUBST,50,0,0 OUTRES,ERASEOUTRES,ALL,ALL TIME,1.5DA,1,ALL,SFA,2,1,PRES, %TAB_LOAD% SOLVE FINISH /POST26 FILE,file,rst,. NSOL,2,51,U,Z, UZ_2 PLVAR,2,3.函数载荷法 函数载荷法的求解思路为：首先，将载荷-时间历程用函数工具表示。然后，将载荷-时间函数转换为表格载荷。最终，施加已有表载荷，作为一个载荷步一次性求解。函数载荷法的加载过程：定义函数关系式转换为表格载荷施加已有表载荷表格载荷步把握。图 所示的载荷

23、-时间历程函数为： （ ）3.前处理重复多载荷步求解中的相应步骤或打其保存的网格模型数据库Mesh.db。 求解步骤1 指定分析类型：选择菜单Main Menu: SolutionAnalysis TypeNew Analysis，选Transient单选钮，选中Full（完全法）单选钮，单击OK按钮。步骤2 添加约束：选择菜单Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructureDisplacementOn 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。步骤3 定义函数载荷a) 定义函

24、数载荷：选择菜单Utility Menu: ParameterFunctionDefine/Edit，在函数编辑窗口的Function卡中选中Multivalued function based on regime variable（分段函数）单选钮，在下拉式列表框中选择为TIME。在regime1卡片中，设自变量范围为0,0.5，Result=45*TIME（TIME不能输入，列表框中选择TIME）。重复上述步骤，在regime2卡片中，设自变量范围为0.5,1.0，Result=-25*TIME+35。在regime3卡片中，设自变量范围为1.0,1.5，Result=0。在函数编辑窗口中

25、单击菜单FileSave，在文件保存对话框中设文件名为Load，单击OK按钮，在函数编辑窗口中单击菜单FileClose，完成载荷函数定义。 b) 转换为表格载荷：选择菜单Utility Menu: ParameterFunctionRead from File，选中前一步保存的函数Load.fun，在函数载荷对话框的Table parameter name（表格载荷名称）中输入Fun_load，单击OK按钮，将载荷函数转化为表格载荷。c) 施加表载荷：选择菜单Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn Area，在图形区中单

26、击圆柱顶面，单击OK按钮。在施加载荷对话框中设SFA下拉式列表框为Existing Table，在弹出的表载荷选择对话框中选中Table Load表载荷，单击OK按钮。步骤4 设置载荷步：选择菜单Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，如图2-16所示，在求解把握对话框的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50，Frequency为write Every substep（存储全部计算结果），在求解把握对话框的Transient卡中设置

27、选中Ramped loading单选钮，单击OK按钮。 图3-4 求解把握对话框步骤5 求解：选择菜单Main MenuSolutionSolveCurrent LS ，单击OK按钮。当求解完成时会消灭一个Solution is done的提示对话框。单击close。l 结果处理重复多载荷步求解中的相应步骤，POST26观看顶面位移时间历程结果。Finish/Clear /PREP7 CYL4, , ,0.03/2, , , ,0.15 ET,1,SOLID185 MP,EX,1,2.06e11 MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,7800 ESIZE,0,5, VSWEEP,Al

28、l FINISH ! 定义函数 *DEL,_FNCNAME *DEL,_FNCMTID *DEL,_FNCCSYS *SET,_FNCNAME,Fun_Load*SET,_FNCCSYS,0 ! /INPUT,Load.func,1 *DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,5,4,%_FNCCSYS% ! Begin of equation: TIME *SET,%_FNCNAME%(0,0,1), 0.0, -999 *SET,%_FNCNAME%(2,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(3,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(4,0,1), 0.0

29、*SET,%_FNCNAME%(5,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(6,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(0,1,1), 1.0, 99, 0, 1, 1, 0, 0 *SET,%_FNCNAME%(0,2,1), 0 *SET,%_FNCNAME%(0,3,1), 0 *SET,%_FNCNAME%(0,4,1), 0 *SET,%_FNCNAME%(0,5,1), 0 ! End of equation: TIME ! Begin of equation: 45*TIME *SET,%_FNCNAME%(0,0,2), 0.5, -999 *SET,%

30、_FNCNAME%(2,0,2), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(3,0,2), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(4,0,2), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(5,0,2), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(6,0,2), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(0,1,2), 1.0, -1, 0, 45, 0, 0, 1 *SET,%_FNCNAME%(0,2,2), 0.0, -2, 0, 1, -1, 3, 1 *SET,%_FNCNAME%(0,3,2), 0, 99, 0, 1, -2, 0, 0 *SET,%_FNCNAME%(0,4,2), 0 *SET,%_FNCNAME%(0,5,2), 0 ! End of equation: 45*TIME! Begin of equation: -25