《ANSYS建模教程》课件ANSYS加载与求解（第3章）

1、 在建立有限元模型之后，就可以根据结构在工程实际中的应用情况为其指定位移边界和载荷，并选择合适的求解器对其求解。3.1 载荷的基本概念 有限元分析的主要目的是检查结构对一定载荷条件的响应。因此在分析中指定合适的载荷条件也是关键的一步。在ANSYS的术语中，载荷(Loads)包括边界条件和外部或者内部作用力。在不同的学科中，载荷的具体含义也不尽相同，下面为不同学科中所指的载荷术语。结构分析：位移、力、压力、温度、重力；热力分析：磁场、热流速率、对流、内部热生成、无限表面等；磁场分析：磁场、磁通量、磁场段、源流密度、无限表面；电场分析：电势（电压）、电流、电荷、电荷密度、无限表面等；流体分析：流速

2、、压力等对不同学科的载荷而言，程序中的载荷可以分为六类：DOF constraint(DOF约束）:定义结点的自由度值，也就是将某个自由度赋予一个已知值。在结构分析中该约束被指定为位移和对称边界条件；在热力分析中被指定为温度和热通量平行的边界条件。3.1.1 关于载荷的一些概念Force（集中载荷或力载荷）：施加于模型结点上的集中载荷。在结构分析中被指定为力和力矩；在热分析中为热流速率；在磁场分析中为电流段。Surface load(表面载荷)：为施加于模型某个表面上的分布载荷。在结构分析中被指定为压力；在热分析中为对流和热通量。Body load(体积载荷)：为施加于模型上的体积载荷或者场载

3、荷。在结构分析中为温度；热力分析中为热生产率。Inertia load（惯性载荷）：由物体的惯性引起的载荷，如重力加速度、角速度、角加速度。主要在结构分析中使用。Coupled-field loads（耦合场载荷）：为以上载荷的一种特殊情况，是从一种分析得到的结果作为另一种分析的载荷。例如可以施加磁场分析中计算的磁力作为结构分析中的力载荷。3.1.2 载荷步和子步1)载荷步(load step):载荷步就是我们平时讲的分步施加加载荷，以模拟真实的载荷配置。左图所示显示了一个需要三个载荷步的载荷历程曲线：第一个载荷步用于线性载荷，第二个载荷步用于不变载荷，第三个载荷步用于卸载。载荷值在载荷部的结

4、束点达到全值。TimeLoad2)载荷子步子步(Sub step):将一个载荷步分成几个子步施加载荷。3)时间的作用在所有静态和瞬态分析中，ANSYS使用时间作为跟踪参数，而不论分析是否依赖于时间。在指定载荷历程时，在每个载荷步的结束点赋予时间值。时间也可作为一个识别载荷步和载荷子步的计算器。这样计算得到的结果也将是与时间有关的函数，只不过在静力分析中，时间取为常量0；在瞬态分析中，时间作为表示真实时间历程的变量在变化；在其它分析中，时间仅作为一个计算器识别求解时所采用的不同载荷步。从时间的概念上讲，载荷步就是作用在给定时间间隔内的一系列载荷；子步为载荷步中的时间点，并在这些点上求得中间解。3

5、.1.3 载荷的方式及其优缺点在ANSYS程序中，用户可以把载荷施加在实体模型（关键点、线、面体等）上，也可以施加在有限元模型（结点、单元）上。这两种情况各有各自的优缺点。 (1)施加在实体模型上优点：通过图形拾取来加载时，因为实体较少，所以施加载荷简易；模型载荷独立于有限元网格之外，这样就不必因为网格重新划分而重新加载。缺点：不能显示所有的实体模型载荷；关键点上的载荷很难施加。在开始求解时，实体模型载荷将自动转换到有限元模型。(2)施加在有限元模型上优点：因为载荷可以直接施加在主结点上，所以在简化分析时不会有任何问题；可用简单地选取所需要的结点，并直接指定约束条件。缺点：任何对于有限元网格的

6、修改都使载荷无效，需要删除先前的载荷并在新网格上重新施加载荷；不方便处理线载荷和面载荷，因为原来施加在一条线上的载荷需要逐个结点来拾取，原来施加在一个面上的载荷需要逐个单元来拾取，非常麻烦。在结构分析涉及到的所有载荷中，惯性载荷相对于整体相对于整体笛卡儿坐标系施加于整个模型，除此之外，其它载荷既可以施加于实体图元（点、线、面），也可以施加在有限元模型上（结点、单元）。载荷可以进行施加(Apply)、删除(Delete)、运算(Operate)。3.2 载荷的施加施加载荷可以通过下列途径操作：MainPreprocessor|Loads| 或 MainSolution|Loads| 或命令。上页

7、图示菜单为第一种方式。弹出相应对话框后：(1)选择载荷形式：如Displacement(位移) ,Force/Moment(力和力矩),Pressure(压力)、Temperature（温度）等；(2)选择加载的对象：如:On Keypoints、On Lines、On Areas、On Nodes、On Element等；(3)指定载荷的方向和数值3.2.1 施加DOF约束在结构分析中，DOF约束中相应的自由度有平移和旋转，共有6个，即UX、UY、UZ(X、Y、Z方向平动自由度）及RTOX、RTOY、RTOZ （X、Y、Z方向的转动平动自由度），它可以施加在线上，也可以施加在结点上。位移方向

8、与轴向相同时取正值，否则取负值。DOF的复杂情况如下：施加对称或者反对称DOF约束施加耦合DOF约束3.2.2 施加力（集中载荷）在结构分析中，集中载荷包括力（FX、FY、FZ，即在X轴、Y轴、Z轴方向的集中力和力矩（MX、MY、MZ，即绕X轴、Y轴、Z轴的力矩）。它们只能施加在关键点和结点上面GUI：Main Menu|Preprocessor|Loads|Apply|Displacement|Force/Moment Main Menu|Solution|Loads|Apply|Displacement|Force/Moment3.2.2 施加表面载荷在结构分析中，表面载荷就是施加的压力。

9、当表面载荷方向指向物体内部时取正值，否则取负值，ANSYS不仅可以将表面载荷施加在线上、面上，还可以将表面载荷施加在结点和单元上。集中载荷包括力（FX、FY、FZ，即在X轴、Y轴、Z轴方向的集中力和力矩（MX、MY、MZ，即绕X轴、Y轴、Z轴的力矩）。它们只能施加在关键点和结点上面GUI：Main Menu|Preprocessor|Loads|Apply|Displacement|Pressure Main Menu|Solution|Loads|Apply|Displacement|PressureANSYS程序给出了两种表面载荷，一种是均匀分布的表面压力，还有一种是线性增加的表面压力，不

10、要搞错3.2.3 施加体积载荷在结构分析当中，体积载荷有温度和流量两种。在ANSYS程序当中，体积载荷可以施加在结点、关键点、线、面、体、单元上GUI：Main Menu|Preprocessor|Loads|Apply|Temperature Main Menu|Solution|Loads|Apply| TemperatureGUI：Main Menu|Preprocessor|Loads|Apply|Other|Fluence Main Menu|Solution|Loads|Apply| Other|Fluence3.2.4 施加惯性力载荷在结构分析中，惯性载荷有加速度、角加速度、角速度等。惯性载荷只有在模型具有质量的时候才有效。GUI：Main Menu|Preprocessor|Loads|Apply|Gravity Main Menu|Solution|Loads|Apply| Gravity列表显示惯性载荷：Utility Menu|List|Status|Solution|InertiaANSYS程序不允许用户删除惯性载荷，要取消惯性载荷只需将其值设为03.2.5 施加耦合场载荷略3.3 载荷的重新设置、运