1、September 30, 1998,B-57,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),载荷考虑,与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果影响更大。将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多。,September 30, 1998,B-58,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),载荷分类,载荷 包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以下几类：,定义,自由度约束 集中载荷 面载荷 体载荷 惯性载荷,September 30, 1998,B-59,Introduction
2、to ANSYS - Release 5.5 (001128),自由度约束,自由度约束就是给某个自由度(DOF)指定一已知数值 (值不一定是零)。,定义,September 30, 1998,B-60,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),自由度约束(续),结构分析中的固定位移(零或者非零值) 。大多数自由度约束用作：对称性边界条件或者称作“built-in”边界条件指定刚体位移。热分析中的指定温度。,举例,September 30, 1998,B-61,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128)
3、,自由度约束(续),对称性或反对称边界条件可以添加到线、面或平面的节点上。 (它们中的每一个最后成为各个节点上的一组约束。) 在大多数情况下，ANSYS将自动确定约束的方向。,固定位移约束举例: 对称边界条件的添加,September 30, 1998,B-62,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),自由度约束(续),固定位移约束举例: 刚体位移约束,该方块上下面受压。它需要仔细选择6个平移自由度 ，并约束它们的刚体运动，但不能引起附加扭曲应力。,September 30, 1998,B-63,Introduction to ANSYS -
4、Release 5.5 (001128),集中载荷,集中载荷 就是作用在模型的一个点上的载荷。,定义,September 30, 1998,B-64,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),集中载荷 (续),结构分析中的力和弯矩。热分析中热流率。集中载荷可以添加到节点和关键点上。(添加到关键点上的力将自动转化到相连的应节点上。),举例,September 30, 1998,B-65,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),集中载荷 (续),集中载荷通常是向由梁(beam)、杆(spars)和弹簧
5、(springs)构成的非连续性的模型添加载荷的一种途径。对于由壳单元(shells)、平面单元(XY plane elements)或者三维实体单元(3-D solids)等组成连续性模型，集中载荷意味存在应力奇异点。 你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模型上。如果你不关心(集中载荷作用)节点处的应力，这样做是可以接受的。,对于结构分析而言,September 30, 1998,B-66,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),面载荷,面载荷 就是作用在单元表面上的分布载荷。,定义,September 30, 1998,B-67,
6、Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),面载荷(续),结构分析中的压力。热分析中的对流和热流密度。面载荷可以添加到线或面上 (实体模型上的实体)、以及节点或单元上。作用在线或面上的面载荷最终会传到面内各个单元上。,举例,September 30, 1998,B-68,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),面载荷(续),在块顶面上施加均布压力,September 30, 1998,B-69,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),面载荷(续),变
7、化面载荷情形,梯度 在面载荷中可能会使用到。你可以给一按线性变化的面载荷指定一个梯度，例如水工结构在深度方向上受到静水压。,September 30, 1998,B-70,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),面载荷(续),面载荷不是垂直于表面的情形,某些类型的载荷只能作用在 面效应单元上，这些单元的作用是将载荷传递到模型的其它单元：,结构实体单元的切向 (或其它方向) 压力。 实体热单元的辐射描述。,September 30, 1998,B-71,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),体载
8、荷,体载荷 是分布于整个体内或场内的载荷。,定义,September 30, 1998,B-72,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),体载荷(续),结构分析中的温度载荷。热分析中生热率。电磁场分析中电流密度。体载荷可以、添加到关键点或节点上。 (关键点上的体载荷最终将转化成各个节点上的一组组体载荷。),举例,September 30, 1998,B-73,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),体载荷(续),体载荷分布复杂情形,体载荷分布一般都很复杂，必须通过其它分析才能得到，例如通过热应力
9、分析获得温度分布。在某些情况下，体载荷是由当前分析结果决定，这就需要进行耦合场分析。,结构分析模型上温度分布,September 30, 1998,B-74,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),惯性载荷,惯性载荷 是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷，例如重力加速度，加速度，以及角加速度。,定义,September 30, 1998,B-75,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),惯性载荷(续),特点,惯性载荷只有结构分析中有。 惯性载荷是对整个结构定义的，是独立于实体模型和有限元模型的。
10、考虑惯性载荷就必须定义材料密度 (材料特性DENS)。,绕Y轴的角速度,September 30, 1998,B-76,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),添加载荷应遵循的原则,简化假定越少越好。使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。,准则,September 30, 1998,B-77,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),添加载荷应遵循的原则(续),分析一受垂直载荷的托架。怎样才能使模型左边边界在垂直方向上不存在运动？,举例: 向结构添加匹配载荷,September 30, 199
11、8,B-78,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),添加载荷应遵循的原则,你可能 需要约束Y方向上的一个点 - 但这样做会在约束点位置产生应力奇异.,constrained point,stress singularity,举例: 向结构添加匹配载荷,September 30, 1998,B-79,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),添加载荷应遵循的原则,如果你将整个左边边界的垂直自由度全部约束，可能会更好些，但人为阻碍“泊松效应”（即，一个方向上的应力引起其它方向上的应变），造成应力场局
12、部失真。,constrained edge,举例: 向结构添加匹配载荷,September 30, 1998,B-80,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),添加载荷应遵循的原则,事实上，并没有很好的方法向该结构上添加垂直约束。如果希望得到精确的应力，在分析中还应当将托架的支撑部分考虑进来。,举例: 向结构添加匹配载荷,September 30, 1998,B-81,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),添加载荷应遵循的原则,如果你没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为是正确的，但是
13、你必须忽略“不合理”边界的附近一定区域内的应力。 加载时，你必须十分清楚各个加载对象。,更小的托架模型能更好地确定孔周围的应力。,准则,September 30, 1998,B-82,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),添加载荷应遵循的原则,除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。 不要忘记泊松效应。 添加刚体运动约束, 但不能添加过多的（其它）约束：,一块二维平面应力、平面应变、梁或杆模型至少需要三个约束。,轴对称模型至少需要一个（轴向）约束。三维实体或壳模型至少需要六个约束。,准则,X constraints,Bracket,该模型
14、边界条件合理?,September 30, 1998,B-83,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),添加载荷应遵循的原则,实际上，集中载荷是不存在的。 然而，只要你不关心集中载荷作用区域的应力，完全可以以集中载荷添加将载荷添加到模型上。,这是一个带有切口的受拉板，如果你只关心切口区域的应力，集中载荷加载是完全可以的。,准则,September 30, 1998,B-84,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),添加载荷应遵循的原则,轴对称模型具有一些独一无二的边界特性 。 在360度的基础上
15、输入集中力和输出反力，载荷大小等于整个周向力的总和。 轴对称实体结构，象实体杆件，应当约束对称轴方向上的自由度UX， 限制理论上可能存在的不真实零变形。,总集中力 = 2pr = 47,124 lb.,准则,三维结构,二维模型,September 30, 1998,B-85,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),添加载荷应遵循的原则,简化假定越少越好。 使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合Statically 如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为使正确的，但是你必须忽略“不合理”边界的附近一定区域内的应力。 加载时，必须十分
16、清楚各个载荷的施加对象。 除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。 不要忘记泊松效应。 添加刚体运动约束, 但不能添加过多的（其它）约束。 实际上，集中载荷是不存在的。 轴对称模型具有一些独一无二的边界特性 。,总结 .,准则,September 30, 1998,B-86,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),选择求解器,求解器 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组 - 这个过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度)到几个小时或者几天 (100,000 - 1,000,000 自由度)，基本上取决于你所用计算机的速度。对于简单分
17、析，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、几百次、或者甚至几千次求解。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, 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。,September 30, 1998,B-87,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),波前求解器 / PCG求解器,下面是二者的差别对比表：,准则,September 30, 1998,B-8
18、8,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),波前(Wavefront)求解器,波前求解器经常发出“主对角值”或“主元”为小或负的警告或错误信息，指出求解发生奇异。任何一条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略掉。,September 30, 1998,B-89,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),Power求解器,Power求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下，它仍可以计算求解，或者结果不收敛，但仍然进行所有的PCG迭代计算，并输出错误信息。,June 3, 1996Septem
19、ber 30, 1998,B-90,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),练习 - 分析方案,根据附录提供的信息，以3或4个齿为组，确定齿轮的分析方案。 同所在的小组其它成员讨论你的想法和分析方案，并提交你的结果。,练习,June 3, 1996September 30, 1998,B-91,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),练习 - 分析方案(续),这里是提供来分析的两个对象：,1. 当两切槽处施加载荷时，确定(+/- 10%)轮的弹性常数。,2. 当轮绕Z轴旋转时，确定结构的 (+/- 10%)最大von Mises应力。,w,All reentrant corners have fillets,
