1、加载与求解,4.1 加载与求解概述 4.2 载荷的定义 4.3 求解,4. 加载与求解,4.1 加载与求解概述,4.1.1 载荷分类4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代4.1.3 载荷的显示4.1.4 载荷步选项4.1.5 加载方式,4.1.1 载荷分类,ANSYS中的载荷(Loads)包括边界条件和模型内部或外部的作用力。不同学科中的载荷如下： 结构分析：位移、力、弯矩、压力、温度和重力等； 热 分 析：温度、热流速率、对流和无限表面等； 磁场分析：磁势、磁通量、磁流段、源电流密度和无限 表面等； 电场分析：电压、电流、电荷和电密度等； 流场分析：速度和压力等。,自由度约束（DOF const
2、raint） 将给定某一自由度一已知值。 如结构分析中约束被指定位移和对称边界条件。 力（Force）为施加于模型节点或关键点的集中载荷。 在结构分析中被指定为力和力矩。 表面载荷（Surface loads） 作用在表面的分布载荷 。 结构分析中为压力。 体积载荷(Body loads) 为体或场载荷。 结构分析中为温度。 惯性载荷 (Inertia loads) 物体惯性引起的载荷。 结构分析中的重力加速度、角速度和角加速度等。 耦合场载荷（coupled-Field loads）指从一种分析得到的结果用作另一种分析的载荷。如热分析得到的温度用作结构分析的体载荷。,4.1.1 载荷分类六大
3、类,4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代,载荷步：为了获得解答的载荷配置。在线性静态和稳态分析中，可以使用不同的载荷步施加不同的载荷组合。在瞬态分析中，多个载荷步加到载荷历程曲线的不同区段。,载荷步,时间,4.1.2 载荷步、子步和平衡迭代,子步：执行求解载荷步过程中的点。在非线性静态或稳态分析中，使用子步逐渐施加载荷以便能获得精确解。在线性或非线性瞬态分析中，使用子步是为了满足瞬态时间累积法则。,载荷,子步,4.1.3 载荷的显示,4.1.4 载荷步选项,阶跃加载,逐步加载,阶跃载荷,逐步加载,4.1.5 加载方式,1、实体模型加载方式 载荷施加在实体模型（关键点、线、面） 2、有限元模型加载
4、方式 载荷施加在有限元模型（节点和单元）,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。,加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上,沿线均布的压力,均布压力转化到以线为边界的各单元上,在关键点处约束,实体模型加载和有限元模型加载,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。,加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上,沿线均布的压力,均布压力转化到以线为边界的各单元上,注意: 在实体模型上施加的载荷，只有到求解初始 化时，才会被自动
5、转化到有限元模型中的节 点和单元上。但也可以不进行求解，通过执行以下操作将实体模型上的载荷转化到有限元节点和单元上:Main Menu: Solution -Define Loads -Operate -Transfer to FE ,4.2 载荷的定义自由度约束,自由度约束又称DOF约束，是对模型在空间中的自由度的约束。自由度约束可施加于节点、关键点、线和面上，用来限制对象某一方向上的自由度。,不同学科中的位移约束,4.2 载荷的定义自由度约束的操作,自由度约束的施加,4.2 载荷的定义自由度约束的操作,对称和反对称约束,对称边界线,F,F,建造的1/2模型,建造的1/2模型,反对称边界线,
6、对称模型,反对称模型,对称和反对称约束,对称面约束：与对称面法向一致的自由度和面外的转动自由度都将施加零位移约束，其他自由度则完全自由。即固定对称面在其面外的平动自由度和转动自由度，允许对称面在其面内自由平动和自由转动。反对称面约束：固定反对称面在其面内的转动自由度和平动自由度，允许在其面外自由转动和平动。,4.2 载荷的定义集中载荷,集中载荷：结构分析中，包括力和力矩，相应的标识符FX、FY、FZ和MX、MY、MZ集中载荷可以施加在节点或关键点上。载荷的正负表示力沿坐标轴的正向或负向。,4.2 载荷的定义表面载荷,1、均布载荷2、梯度载荷,4.2 载荷的定义表面载荷,3、函数载荷4、梁单元上
7、的压力载荷,Load key设置压力载荷的类型,1表示从节点I到节点J的法向力，正值表示沿单元坐标系-Y法向；2表示从节点I到节点J的切向力，正值表示沿单元坐标系+X切向；3表示节点I端部轴向力，正值表示沿单元坐标系+X轴向；4表示节点J端部的轴向力，正值表示沿单元坐标系-X轴向；,4.2 载荷的定义表面载荷,4、梁单元上的压力载荷,Load key设置压力载荷的类型,1表示从节点I到节点J的法向力，正值表示沿单元坐标系-Y法向；2表示从节点I到节点J的切向力，正值表示沿单元坐标系+X切向；3表示节点I端部轴向力，正值表示沿单元坐标系+X轴向；4表示节点J端部的轴向力，正值表示沿单元坐标系-X
8、轴向；,4.2 载荷的定义表面载荷,500J,1000J,500J,线布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, 将两个压力数值对调即可。,VAL I = 500,VAL I = 500VAL J = 1000,VAL I = 1000VAL J = 500,加载面力载荷：,4.2 载荷的定义表面载荷,校验载荷通过 plotting 画出载荷: Utility Menu: PlotCtrls Symbols .,实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,或通过 listing列表载荷:Utility
9、Menu: List Loads,4.2 载荷的定义体载荷,体载荷是施加在模型体积上的载荷。结构分析中的体载荷主要有温度和惯性载荷。,删除载荷,删除载荷Main Menu: Solution -Define Loads -Delete,All Load Data 选项可同时删除模型中的任一类载荷。,Structural 下单列的各选项则只删除模型选定的载荷。,当实体模型被删除时, ANSYS 将自动删除其上所有的载荷。,4.3 求解,4.3.1 选择求解器ANSYS提供了三个求解器用于一般求解：波前求解器（Frontal solver）和 PCG求解器（ PCG solver）（预条件共扼梯度
10、, 或者 “Power求解器”）。稀疏矩阵求解器（Sparse solver） 也可以使用，主要用于非线性问题。,4.3 求解求解前的模型检查,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,4.3 求解,求解失败的可能原因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。,
