1、结构 静力分析 2 本章的目标是，假如已将几何模型划分网格 , 应如何加载、求解 . Lesson Objectives 目 标 第 1课 . 载荷 6-1. 列表和分类载荷。 6-2. 在实体模型上完成下列操作 : a. 加载 . b. 校验载荷 . c. 删除载荷 . 第 2课 . 求解 6-3. 描述求解过程 . 第 3课 . 结果后处理 6-4. 描述 ANSYS后处理中观看结果的各种功能 . 6-5. 描述静力分析结果后处理的五个步骤 . 6-6 实例 3 第 1 课 加 载 4 载荷分类 Objective 6-1. 列表和分类载荷 ANSYS中的载荷可分为 : 自由度 DOF -
2、 定义节点的自由度（ DOF ） 值 (结构分析 _位移、热分析 _ 温度、电磁分析 _磁势等 ) 集中载荷 - 点载荷 (结构分析 _力、热分析 _ 热导率、电磁分析 _ magnetic current segments) 面载荷 - 作用在表面的分布载荷 (结构分析 _压力、热分析 _热对流、电磁分析 _magnetic Maxwell surfaces等 ) 体积载荷 - 作用在体积或场域内 (热分析 _ 体积膨胀、内生成热、电磁分析 _ magnetic current density等 ) 惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷 (重力、角速度等 ) 5 加载 Objective
3、6-2a. 加载 . 可在实体模型或 FEA 模型 (节点和单元 ) 上加载 . 在关键点处约束 实体模型 沿线均布的压力 在关键点加集中力 在节点处约束 FEA 模型 沿单元边界均布的压力 在节点加集中力 6 加载 (续 ) + 几何模型加载 独立于有限元网格 . 重新划分网格或局部网格修改不影响载荷 . + 加载的操作 更加容易 ,尤其是在图形中直接拾取时 . 直接在实体模型加载的优点 : Guidelines 7 加载 (续 ) 无论采取何种加载方式 ,ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型 .因此, 加载到实体的载荷将 自动转化到 其所属的节点或单元上。 实体模型 加载到实体的载荷自
4、动转化到其所属的节点或单元上 FEA 模型 沿线均布的压力 均布压力转化到以线为边界 的各单元上 8 加载 (续 ) 注意到这是 很长的菜单 , 对于结构分析，部分菜单呈暗淡灰色，表示不属于结构分析的范畴。 (ANSYS 可由模型中的单元类型识别分析类型 ) 实体模型加载 : Main Menu: Solution -Loads- Apply 步骤 1. . 2. . 3. . 说明 : 可通过在 preferences 中选择适当的分析类型过滤菜单中的选项。 9 加载 (续 ) 输入一个 压力值即为 均布载荷 , 两个数值 定义 坡度压力 说明：压力数值为正表示其方向指向表面 Main Me
5、nu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines 加载面力载荷 拾取 Line 10 加载 (续 ) VALI = 500 VALI = 500 VALJ = 1000 VALI = 1000 VALJ = 500 500 L3 500 L3 1000 500 L3 1000 500 坡度压力载荷沿起始关键点 (I) 线性变化到第二个关键点 (J)。 如果加载后坡度的方向相反 , 将两个压力数值颠倒即可。 加载面力载荷（续） 机械工程学院 王开松 11 加载 (续 ) 轴对称载荷可加载到具有对称轴的 3-D 结构上。 3-D 轴对称结构可用一 2-D 轴
6、对称模型描述。 加载轴对称载荷 10” 直径 5” 半径 轴对称模型 3-D 结构 对称轴 12 加载 (续 ) 加载 轴对称载荷 , 注意以下方面 : 载荷数值 (包括输出的反力 ) 基于 360度转角的 3-D结构。 在右图中，轴对称模型中的载荷是 3-D结构均布面力载荷的总量。 Total Force = 2pr = 47,124 lb. 准则 3-D 结构 2-D 有限元模型 Axis of symmetry 13 加载 (续 ) 在关键点加载位移约束 : 加载约束载荷 Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacemen
7、t On Keypoints + procedure 1. . 2. . 3. . Expansion option 可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上 拾取keypoints 例 要固定一边，只要拾取关键点 6、7,并设置 all DOFs = 0 和 KEXPND = yes. K6 K7 14 加载 (续 ) 加载约束载荷（续） 在线和面上加载位移约束 : Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Lines + OR On Areas+ 步骤 1. . 2. . 3. . 15 校验载荷 实
8、体模型载荷显示在几何模型上 (体 、 面 、 线或关键点 ) 有限元模型载荷在画节点或单元时显示 通过 plotting画出载荷 : Utility Menu: PlotCtrls Symbols . 或通过 listing列表载荷 : Utility Menu: List Loads 步骤 1. . 2. . 3. . Objective 6-2b. 校验载荷 16 将载荷转化到有限元模型上 说明 : 只有到求解初始化时 ，才将模型中的载荷自动转化到有限元模型中的节点和单元上。 Procedure 1. . 2. . 3. . 下面将载荷转化到节点和单元上，不进行求解 : Main Menu
9、: Solution -Loads-Operate 这些选项出现的信息大致相同 17 删除载荷 Main Menu: Solution -Loads- Delete All Load Data 选项可同时删除模型中的任一类载荷。 individual entities by picking 选项只删除模型选定的载荷。 而 . Procedure 1. . 2. . 3. . 6-2c. 删除载荷 Objective 18 删除载荷（续） 当删除实体模型时 , ANSYS 将自动删除其上所有的载荷 实体模型 FEA 模型 l 删除线上的均布压力 自动删除以线为边界的各单元均布压力 记住这 一关系
10、 ? 19 删除载荷（续） 两关键点的扩展位移约束载荷例外： 删除两点的约束 只删除了两角点（ CORNER ）约束， 而加载时扩展的 （ inside ） 节点约束必须手工删除 . 实体 模型 FEA 模型 l 20 第 2 课 求 解 21 求解 求解结果保存在数据库中并输出到结果文件 (Jobname.RST, Jobname.RTH, Jobname.RMG, or Jobname.RFL) 结果文件 结果数据 数据库 求解器 结果 输入数据 2015/5/14 22 模态分析 谐波分析 瞬态分析 频谱分析 子结构分析 求解前使用该对话框将各个控制项设置好，就可以求解了。 命令： SO
11、LCONTROL， Key1， Key2， Key3， Vtol GUI： MainMenuSolutionAnalysis TypeSolution Ctrl 23 求解时模型是否准备就绪 ? 在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容 : 统一的单位 单元类型和选项 材料性质参数 考虑惯性时应输入材料密度 热应力分析时应输入材料的热膨胀系数 实常数 (单元特性 ) 单元实常数和材料类型的设置 实体模型的质量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items) 模型中不应存在的缝隙 壳单元的法向 节点坐标系 集中、体积载荷 面力方向 温度场的分布和范围 热
12、膨胀分析的参考温度 (与 ALPX 材料特性协调 ?) 24 求解过程 : 1. 求解前保存数据库 2. 将 Output 窗口提到最前面观看求解信息 3. Main Menu: Solution -Solve-Current LS. 进行求解 Objective 6-3. 描述求解过程 Procedure 1. . 2. . 3. . 机械工程学院 王开松 25 进行求解 (续 ) 在求解过程中，应将 OUTPUT窗口提到最前面。 ANSYS 求解过程中的一系列信息都将显示在此窗口中，主要信息包括 : 模型的质量特性 - 模型质量是精确的 - 质心和 质量矩的值有一定误差。 单元矩阵系数 -
13、 当单元矩阵系数最大 /最小值的比率 1.0E8 时将预示模型中的材料性质、实常数或几何模型可能存在问题。当比值过高时，求解可能中途退出。 模型尺寸和求解统计信息 。 汇总文件和大小。 机械工程学院 王开松 26 进行求解 (续 ) 没有获得结果的原因是什么 ? 往往是求解输入的模型不完整或存在错误，典型原因有 : 约束不够 ! (通常出现的问题 )。 当模型中有非线性单元 (如缝隙 gaps、 滑块 sliders、 铰hinges、 索 cables等），整体或部分结构出现崩溃或“松脱”。 材料性质参数有负值 , 如密度或瞬态热分析时的比热值。 未约束铰接结构 ， 如两个水平运动的梁单元在
14、竖直方向没有约束。 屈曲 - 当应力刚化效应为负（压）时，在载荷作用下整个结构刚度弱化。如果刚度减小到零或更小时，求解存在奇异性，因为整个结构已发生屈曲。 27 第 3 课 结果后处理 28 结果的绘图和列表 ANSYS 有两个后处理器 : 通用后处理器 (即 “ POST1”) 只能观看整个模型在某一时刻的结果 (如：结果的照相 “ snapshot”). 时间历程后处理器 (即 “ POST26”) 可观看模型在不同时间的结果。 但此后处理器只能用于处理瞬态和 /或动力分析结果。 在这一课只讨论通用后处理器 Objective 6-4. 介绍 ANSYS后处理功能 机械工程学院 王开松 29 结果的绘图和列表 (续 ) 静力分析结果后处理的步骤主要包括 : 1. 绘变形图 2. 变形动画 3. 支反力列表 4. 应力等值线图 5. 网格密度检查 Guidelines Objective 6-5. 介绍静力分析结果后处理的五个步骤 机械工程学院 王开松 30 绘变形图 绘出结构在静力作用下的变形结果 : Main Menu: General Postprocessor Plot Results Deformed Shape.
