ANSYS教程第6章施加载荷和求解

1、1施加载荷和求解施加载荷和求解 26.1加载概述6.2分析类型与求解控制选项6.3载荷定义的基本操作6.4载荷的施加方法6.5求解36.1.1载荷的定义 ANSYS中的载荷可以分为中的载荷可以分为6大类大类 :1）自由度约束（）自由度约束（DOF Constraints）：将给定的自由度用）：将给定的自由度用已知量表示，也称位移约束。例如在结构分析中约束是指位已知量表示，也称位移约束。例如在结构分析中约束是指位移和对称边界条件，而在热力学分析中则指的是温度和热通移和对称边界条件，而在热力学分析中则指的是温度和热通量平行的边界条件。量平行的边界条件。 2）力（集中载荷）（）力（集中载荷）（For

2、ce）：是指施加于模型节点上的）：是指施加于模型节点上的集中载荷或者施加于实体模型边界上的载荷。例如结构分析集中载荷或者施加于实体模型边界上的载荷。例如结构分析中的力和力矩，热力分析中的热流速度，磁场分析中的电流中的力和力矩，热力分析中的热流速度，磁场分析中的电流段。段。 3）面载荷（）面载荷（Surface Load）：是指施加于某个面上的分布）：是指施加于某个面上的分布载荷。例如结构分析中的压力，热力学分析中的对流和热通载荷。例如结构分析中的压力，热力学分析中的对流和热通量。量。 4 4）体载荷（）体载荷（Body Load）：是指体积或场载荷。例如需要考）：是指体积或场载荷。例如需要考虑

3、的重力，热力分析中的热生成速度。虑的重力，热力分析中的热生成速度。 5）惯性载荷（）惯性载荷（Inertia Loads）：是指由物体的惯性而引起）：是指由物体的惯性而引起的载荷。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的惯性力的载荷。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的惯性力。该载荷一般应用于结构分析中。该载荷一般应用于结构分析中。 6）耦合场载荷（）耦合场载荷（Coupled-field Loads）：是一种特殊的载）：是一种特殊的载荷，是考虑到一种分析的结果，并将该结果作为另外一个分荷，是考虑到一种分析的结果，并将该结果作为另外一个分析的载荷。例如将磁场分析中计算得到的磁力作为结构分析析的

4、载荷。例如将磁场分析中计算得到的磁力作为结构分析中的力载荷。中的力载荷。56.1.2 载荷施加的对象 在实体模型上加载在实体模型上加载 在有限元模型上加载在有限元模型上加载66.1.3 载荷步选项设置 1. 载荷步（Load Step）:载荷步是为求解而定义的载荷配置，载荷步是为求解而定义的载荷配置，可根据载荷历程（时间和空间）在不同的载荷步内施加不同的可根据载荷历程（时间和空间）在不同的载荷步内施加不同的载荷载荷 如图共三个载荷步，时间从如图共三个载荷步，时间从0到到t1为第一个载荷步，载荷从为第一个载荷步，载荷从0线性增加到线性增加到3KN。时间从。时间从t1到到t2为第二个载荷步，载荷大

5、小为第二个载荷步，载荷大小为为3KN保持不变。时间从保持不变。时间从t2到到t3为第三个载荷步，载荷大小为第三个载荷步，载荷大小从从3KN阶跃为阶跃为0并保持不变。并保持不变。7 2. 载荷子步（载荷子步（Substep） ：载荷子步是在某个载荷步之内的求：载荷子步是在某个载荷步之内的求解点，由程序定义载荷增量。解点，由程序定义载荷增量。 在载荷步在载荷步1内包含两个载荷子步，在载荷步内包含两个载荷子步，在载荷步2内包含内包含3个载荷子个载荷子步。步。 8 定义载荷子步的方法如下定义载荷子步的方法如下 ：【Main Menu】/【Preprocessor】/【Solution】（求解）（求解）

6、/【Analysis Type】（分析类型）（分析类型）/【Sol Controls】（求解控制）（求解控制）/【Basic】（基本）（基本） 9 3.平衡迭代平衡迭代 ：平衡迭代是在给定子步下为了收敛而进行的附加：平衡迭代是在给定子步下为了收敛而进行的附加计算。仅用于收敛起着很重要的作用的非线性分析（静态或瞬态计算。仅用于收敛起着很重要的作用的非线性分析（静态或瞬态）中的迭代修正。在非线性分析中，迭代计算多次收敛后得到该）中的迭代修正。在非线性分析中，迭代计算多次收敛后得到该载荷子步的解。载荷子步的解。 如图所示，第一个载荷步，将载荷逐渐加到如图所示，第一个载荷步，将载荷逐渐加到5至至10个

7、子步以上个子步以上，每个子步仅用一次平衡迭代。第二个载荷步，得到最终收，每个子步仅用一次平衡迭代。第二个载荷步，得到最终收敛解，且仅有一个使用敛解，且仅有一个使用15-25次平衡迭代的子步。次平衡迭代的子步。10 4.斜坡载荷和阶跃载荷斜坡载荷和阶跃载荷 当在一个载荷步中设置一个以上子步时，就必须定义载荷是当在一个载荷步中设置一个以上子步时，就必须定义载荷是斜坡载荷或是阶跃载荷斜坡载荷或是阶跃载荷 ，图（，图（a）为阶跃载荷，图（）为阶跃载荷，图（b）为斜）为斜坡载荷坡载荷 11 5. 时间及时间步时间及时间步 ：在所有静态和稳态分析中，不管是否与时间：在所有静态和稳态分析中，不管是否与时间“

8、真实真实”相关，相关，ANSYS 都使用时间作为跟踪参数。都使用时间作为跟踪参数。 在瞬态分析或与速率有关的静态分析（如蠕变或粘塑性）中在瞬态分析或与速率有关的静态分析（如蠕变或粘塑性）中，时间代表实际的按年月顺序的时间，可用小时、分、秒等，时间代表实际的按年月顺序的时间，可用小时、分、秒等计量单位来表示。计量单位来表示。 在指定载荷历程的同时，在每个载荷步终点给时间赋值。在指定载荷历程的同时，在每个载荷步终点给时间赋值。 对于与速率无关的静态分析，时间仅仅成为识别载荷步和子对于与速率无关的静态分析，时间仅仅成为识别载荷步和子步的计数器，每一个载荷步和子步都与唯一的时间点对应，步的计数器，每一

9、个载荷步和子步都与唯一的时间点对应，故子步也称时间步。因此这种情况下，故子步也称时间步。因此这种情况下，“time” 可用任意单可用任意单位和数值。位和数值。12 载荷步时间及其步长控制方式载荷步时间及其步长控制方式 ，ANSYS提供了两种方式控制载提供了两种方式控制载荷步时间及其步长：通过时间荷步时间及其步长：通过时间-时间步长方式控制时间步长方式控制 ，通过时间，通过时间-载载荷子步数方式控制荷子步数方式控制 。 首先确定瞬态分析类型，其次，确定载荷步时间及其子步长首先确定瞬态分析类型，其次，确定载荷步时间及其子步长。136.2.1 分析类型设置 【Main Menu】/【Solution

10、】/【Analysis Type】（分析类型）/【New Analysis】（新的分析） 14 “Static”：静态分析，可执行所有线性、非线性静态分析。：静态分析，可执行所有线性、非线性静态分析。 “Modal”：模态分析，计算结构的模态振型和模态频率。：模态分析，计算结构的模态振型和模态频率。 “Harmonic”：谐分析，计算结构在不同频率激励下的谐响应：谐分析，计算结构在不同频率激励下的谐响应行为。行为。 “Transient”：瞬态分析，计算结构在时间历程载荷作用下的瞬：瞬态分析，计算结构在时间历程载荷作用下的瞬态响应行为。态响应行为。 “Spectrum”：谱分析，求解响应谱求解

11、和随机振动求解两种：谱分析，求解响应谱求解和随机振动求解两种分析类型。分析类型。 “Eigen Buckling”：屈曲分析，线性临界屈曲载荷求解。：屈曲分析，线性临界屈曲载荷求解。 “Substructuring”：子结构分析，计算超单元生成超单元矩阵：子结构分析，计算超单元生成超单元矩阵。156.2 求解控制 【Main Menu】/【Solution】/【Analysis Type】/【Soln Control】 基本选项卡。基本选项卡。瞬态分析选项卡。瞬态分析选项卡。求解选项选型卡。求解选项选型卡。非线性分析选项卡。非线性分析选项卡。高级非线性选项卡高级非线性选项卡 16载荷定义：载荷

12、定义：【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】（定义载荷）。定义载荷菜单项共有（定义载荷）。定义载荷菜单项共有4个菜单子个菜单子项，其功能如下。项，其功能如下。 【Settings】：定义载荷设置菜单项。：定义载荷设置菜单项。 【Apply】：施加各类载荷的菜单项，该内容在本章的：施加各类载荷的菜单项，该内容在本章的6.4中讲中讲述。述。 【Delete】：删除载荷菜单项。：删除载荷菜单项。 【Operate】：载荷操作菜单项。：载荷操作菜单项。176.3.1 定义载荷的设置 施加载荷之前需了解影响载荷施加的影响因素，它们对某些载荷的施加和求解过程有直接的影响

13、，因此必须予以了解。 181. 均布温度 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Settings】/【Uniform Temp】 19参考温度参考温度 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Settings】/【Reference Temp】 20面载荷梯度面载荷梯度 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Settings】/【For surface Ld】 214. 重复加载重复加载 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Settin

14、gs】/【Replace vs Add】 226.3.2 删除载荷 【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Delete】 236.3.3 载荷操作 1.比例缩放载荷大小：【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Operate】/【Scale FE Loads】 2.实体模型上的载荷向有限元模型上转移实体模型上的载荷向有限元模型上转移:【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Operate】/【Transfer to FE】 3.删除载荷步文件删除载荷步文件:Main Menu】/

15、【Solution】/【Define Loads】/【Operate】/【Delete LS Files】 246.4.1自由度约束 自由度也称节点自由度，是有限元求解过程中的唯一变量，有自由度也称节点自由度，是有限元求解过程中的唯一变量，有限元计算最终得到的自由度的值成为基本解限元计算最终得到的自由度的值成为基本解 自由度约束的施加自由度约束的施加:Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Apply】（施加）（施加）/【Structural】（结构）（结构）/【Displacement】 256.4.2集中力载荷 集中力载荷，只能施加在关键点和节点上，其方

16、向由关键点关集中力载荷，只能施加在关键点和节点上，其方向由关键点关联节点的节点坐标系决定联节点的节点坐标系决定 集中力载荷的施加集中力载荷的施加:【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Apply】（施加）（施加）/【Structural】（结构）（结构）/【Force/Moment】（力（力/力矩）力矩） 266.4.3 面载荷 面载荷，是一种分布载荷 面载荷的施加面载荷的施加:【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Apply】（施加）（施加）/【Structural】（结构）（结构）/【Pressure】（压力）（压力） 276.4.4体载荷 体载荷在体载荷在ANSYS中是一种常见的载荷形式，例如结构分析中的中是一种常见的载荷形式，例如结构分析中的温度载荷就是体载荷的一种。温度载荷就是体载荷的一种。 体载荷的施加体载荷的施加:单击单击【Main Menu】/【Solution】/【Define Loads】/【Apply】（施加）（施加）/【Structural】（结构）（结构）/【Temperature】（ 286.4.5 惯性载荷 惯性载荷时指系统在惯性力作用下引起的线加速度、离心加速惯性载荷时指系统在惯性力作用下引起的线加速度、离心加速度、以及转动加速度等，包括总