ansys加載與求解

1、ANSYS加載與求解加載與求解一、載荷種類一、載荷種類 在不同的學(xué)科中，載荷的具體含義也不盡相同熱力分析：溫度、熱流速率、對(duì)流、內(nèi)部熱生成等；磁場(chǎng)分析：磁場(chǎng)、磁通量、磁場(chǎng)段、源流密度、；電場(chǎng)分析：電勢(shì)（電壓）、電流、電荷、電荷密度等；流體分析：流速、壓力等對(duì)不同學(xué)科而言，載荷分為六類：對(duì)不同學(xué)科而言，載荷分為六類：（2）Force（集中載荷或力載荷）：施加于模型節(jié)點(diǎn)上的集中載荷。在結(jié)構(gòu)分析中被指定為力和力矩；（3）Surface load(表面載荷)：為施加于模型某個(gè)表面上的分布載荷。在結(jié)構(gòu)分析中被指定為壓力；（4）Body load(體積載荷)：為施加于模型上的體積載荷或者場(chǎng)載荷。在結(jié)構(gòu)分析

2、中為溫度。（5）Inertia load（慣性載荷）：由物體的慣性引起的載荷，如重力加速度、角加速度。主要在結(jié)構(gòu)分析中使用。（6）Coupled-field loads（耦合場(chǎng)載荷）：為以上載荷的一種特殊情況，是從一種分析得到的結(jié)果作為另一種分析的載荷。（1） DOF constraint(DOF約束）:定義節(jié)點(diǎn)的自由度值，在結(jié)構(gòu)分析中該約束被指定為位移和對(duì)稱邊界條件。1 . 施加在實(shí)體模型上ANSYS在求解前先將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型上。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): （1）模型載荷獨(dú)立于有限元網(wǎng)格之外，不必因?yàn)榫W(wǎng)格重 新劃分而重新加載； （2）通過(guò)圖形拾取加載時(shí)，實(shí)體較少，施加載荷簡(jiǎn)易。缺點(diǎn)缺點(diǎn): 施加關(guān)鍵點(diǎn)約

3、束的擴(kuò)展時(shí)，在兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)施加的約束會(huì)擴(kuò)展到關(guān)鍵點(diǎn)之間的直線上所有的節(jié)點(diǎn)上，有時(shí)這種約束并不是實(shí)際的約束情況。二、加載方式及其優(yōu)缺點(diǎn)二、加載方式及其優(yōu)缺點(diǎn) 施加在有限元模型上 優(yōu)點(diǎn)： （1）約束可以直接施加在節(jié)點(diǎn)上，所以擴(kuò)展約束沒(méi)有影響；（2）載荷可以直接施加在節(jié)點(diǎn)上缺點(diǎn)：（1）任何對(duì)于有限元網(wǎng)格的修改都會(huì)使已施加的載荷無(wú)效，需要?jiǎng)h除先前的載荷并在新網(wǎng)格上重新施加載荷；（2）不方便處理線載荷和面載荷，因?yàn)樵瓉?lái)施加在一條線上的載荷需要逐個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)拾取，原來(lái)施加在一個(gè)面上的載荷需要逐個(gè)單元來(lái)拾取，非常麻煩。 結(jié)構(gòu)分析涉及到的所有載荷中，慣性載荷施加于整個(gè)模型，除此之外，其它載荷既可以施加于實(shí)體圖元（點(diǎn)

4、、線、面），也可以施加在有限元模型上（結(jié)點(diǎn)、單元）。載荷可以進(jìn)行施加(Apply)、刪除(Delete)、運(yùn)算(Operate)。步驟：步驟：1選擇載荷形式 2選擇加載的對(duì)象 3指定載荷的方向和數(shù)值三、載荷的施加三、載荷的施加 在結(jié)構(gòu)分析中，在結(jié)構(gòu)分析中，DOF約束中有約束中有UX、UY、UZ(X、Y、Z方向平動(dòng)自由度）及方向平動(dòng)自由度）及RTOX、RTOY、RTOZ （X、Y、Z方向方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度），位移方向與總體坐標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度），位移方向與總體坐標(biāo)軸正向相同時(shí)取正值，否則取負(fù)值。軸正向相同時(shí)取正值，否則取負(fù)值。DOF的復(fù)雜情況：的復(fù)雜情況：施加對(duì)稱或者反對(duì)稱施加對(duì)稱或者反對(duì)稱DOF約束

5、約束施加耦合施加耦合DOF約束約束1 加載自由度加載自由度(DOF)約束約束關(guān)鍵點(diǎn)的擴(kuò)展約束關(guān)鍵點(diǎn)的擴(kuò)展約束K1K2在關(guān)鍵點(diǎn)（或節(jié)點(diǎn)）上加載位移約束在關(guān)鍵點(diǎn)（或節(jié)點(diǎn)）上加載位移約束在線（或面）上加載位移約束在線（或面）上加載位移約束 對(duì)稱約束與反對(duì)稱約束的示意圖：對(duì)稱約束與反對(duì)稱約束的示意圖：解釋：對(duì)于如圖給定的坐標(biāo)系而言，對(duì)稱約束表示對(duì)稱面上所有點(diǎn)UX=0，ROTZ0，ROTY0在對(duì)稱面上的對(duì)稱約束和反對(duì)稱約束：（1）限制對(duì)稱面內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)自由度，同時(shí)限制了垂直于對(duì)稱面的位移自由度。（2）限制了對(duì)稱面內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)在對(duì)稱面內(nèi)的兩個(gè)方向位移自由度，同時(shí)限制了垂直于對(duì)稱面的旋轉(zhuǎn)自由度。力

6、（力（FX、FY、FZ）：）：X軸、軸、Y軸、軸、Z軸方向的集中力軸方向的集中力力矩（力矩（MX、MY、MZ）：繞）：繞X軸、軸、Y軸、軸、Z軸的力矩軸的力矩只能施加在關(guān)鍵點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)上。只能施加在關(guān)鍵點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)上。2 施加集中載荷施加集中載荷正值表示力的方向與坐標(biāo)軸正向一致，負(fù)值表示力的方向與坐標(biāo)軸正向相反當(dāng)表面載荷方向指向物體內(nèi)部時(shí)取正值，否則取負(fù)值，當(dāng)表面載荷方向指向物體內(nèi)部時(shí)取正值，否則取負(fù)值，ANSYS不不僅可以將表面載荷施加在線上、面上，還可以將表面載荷施加在節(jié)僅可以將表面載荷施加在線上、面上，還可以將表面載荷施加在節(jié)點(diǎn)、單元以及梁上。點(diǎn)、單元以及梁上。3 施加分布載荷施加分布載荷 若分

7、布載荷為均布載荷，只需在對(duì)話框的第一個(gè)輸入欄中輸入相應(yīng)的分布若分布載荷為均布載荷，只需在對(duì)話框的第一個(gè)輸入欄中輸入相應(yīng)的分布載荷值；載荷值； 若同時(shí)輸入第二個(gè)值，從線的起始到終點(diǎn)，沿線的方向，承受從第一個(gè)值若同時(shí)輸入第二個(gè)值，從線的起始到終點(diǎn)，沿線的方向，承受從第一個(gè)值到第二個(gè)值線性過(guò)渡的分布載荷。到第二個(gè)值線性過(guò)渡的分布載荷。 線上分布力加載的起始方向注意：在節(jié)點(diǎn)上施加分布載荷必須選取兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)注意：在節(jié)點(diǎn)上施加分布載荷必須選取兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn) 單元上的載荷是均單元上的載荷是均布的，只在布的，只在VALUE輸入輸入框中輸入載荷值即可；框中輸入載荷值即可；如果不是均布載荷，則如果不是均布載荷

8、，則需要輸入其它節(jié)點(diǎn)上的需要輸入其它節(jié)點(diǎn)上的載荷值。各節(jié)點(diǎn)之間的載荷值。各節(jié)點(diǎn)之間的載荷分布規(guī)律，按線性載荷分布規(guī)律，按線性變化處理。變化處理。4 施加體積載荷施加體積載荷 在結(jié)構(gòu)分析當(dāng)中，體積載荷是溫度。在在結(jié)構(gòu)分析當(dāng)中，體積載荷是溫度。在ANSYS程序當(dāng)中，程序當(dāng)中，體積載荷可以施加在節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)、線、面、體、單元上體積載荷可以施加在節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)、線、面、體、單元上5 施加慣性力載荷施加慣性力載荷 在結(jié)構(gòu)分析中，慣性載荷有加速度、角加速度等。慣性載荷在結(jié)構(gòu)分析中，慣性載荷有加速度、角加速度等。慣性載荷只有在模型具有質(zhì)量的時(shí)候才有效。只有在模型具有質(zhì)量的時(shí)候才有效。ANSYS程序不允許用戶刪

9、除慣性載荷，要取消慣性載荷只需程序不允許用戶刪除慣性載荷，要取消慣性載荷只需將其值設(shè)為將其值設(shè)為0參數(shù)說(shuō)明：NSET耦合標(biāo)號(hào)；Lab耦合自由度；GUI方式在彈出拾取對(duì)話框后，拾取需要耦合的若干節(jié)點(diǎn)，單擊OK，進(jìn)入耦合設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置耦合約束來(lái)模擬鉸鏈、無(wú)摩擦滑動(dòng)器、萬(wàn)向節(jié)、無(wú)摩擦接觸面等問(wèn)題。一個(gè)耦合約束是設(shè)置一組被約束在一起，有著相同大小但數(shù)值未知的自由度。 6 耦合約束(Couple DOFs)耦合編號(hào) 提示：提示：（1 1）耦合設(shè)置的標(biāo)號(hào)是為了區(qū)分不同耦合設(shè)置的，必須是一個(gè)自然數(shù)，每次生）耦合設(shè)置的標(biāo)號(hào)是為了區(qū)分不同耦合設(shè)置的，必須是一個(gè)自然數(shù)，每次生成新的耦合都應(yīng)該輸入不同的標(biāo)號(hào)；成新

10、的耦合都應(yīng)該輸入不同的標(biāo)號(hào)；（2 2）耦合設(shè)定的都是節(jié)點(diǎn)，因此耦合操作必須在劃分單元后進(jìn)行，不可以耦合）耦合設(shè)定的都是節(jié)點(diǎn)，因此耦合操作必須在劃分單元后進(jìn)行，不可以耦合關(guān)鍵點(diǎn)、線和面；關(guān)鍵點(diǎn)、線和面； 對(duì)于需要在同一位置的所有節(jié)點(diǎn)之間自動(dòng)生成耦合關(guān)系的情況，選擇主菜單中：GUI :PreprocessorCoupling/CeqnCoincident Nodes，如左圖所示。在對(duì)話框中選擇耦合自由度，然后輸入容差的值，單擊OK，則完成距離小于容差設(shè)定的相同位置節(jié)點(diǎn)的自由度耦合。例如：需要耦合節(jié)點(diǎn)例如：需要耦合節(jié)點(diǎn)30、31、32的的X方向自由度，使之成為一個(gè)方向自由度，使之成為一個(gè)可以沿可以沿

11、Y軸滑動(dòng)的滑動(dòng)副，使用如下命令：軸滑動(dòng)的滑動(dòng)副，使用如下命令：四四 載荷顯示與控制載荷顯示與控制1、在圖形中顯示載荷、在圖形中顯示載荷2、載荷的刪除、載荷的刪除 求解的過(guò)程大部分是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成的，在完成建模和加求解的過(guò)程大部分是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成的，在完成建模和加載工作后，就可以直接進(jìn)行載工作后，就可以直接進(jìn)行ANSYSANSYS求解了。求解了。3 求解過(guò)程控制求解過(guò)程控制用當(dāng)前載荷步求解對(duì)求解過(guò)程進(jìn)行控制設(shè)置，主要包括：對(duì)求解過(guò)程進(jìn)行控制設(shè)置，主要包括：（1）分析類型設(shè)置；）分析類型設(shè)置；（2）求解基本選項(xiàng)設(shè)置；）求解基本選項(xiàng)設(shè)置；模態(tài)分析諧波分析瞬態(tài)分析頻譜分析子結(jié)構(gòu)分析分析類型設(shè)置分析

12、類型設(shè)置求解基本選項(xiàng)設(shè)置求解基本選項(xiàng)設(shè)置矩形截面超靜定粱的受力與約束情況和截面如圖所示，b=20mm,h=80mm ，材料的彈性模量為2.1x105MPa，泊松比為0.3。集中力P=1000N，分布載荷q=200N/m 。求粱的支反力、最大位移及最大位移出現(xiàn)的位置。實(shí)例實(shí)例如圖所示有一工字形截面的外伸梁，外伸端長(zhǎng)度為如圖所示有一工字形截面的外伸梁，外伸端長(zhǎng)度為a=1m，跨度，跨度l=2m，外伸端受到，外伸端受到W=10KN/m的均布的均布載荷的作用。彈性模量載荷的作用。彈性模量E=200GPa，泊松比為，泊松比為0.3.求此外伸梁跨中的最大撓度。求此外伸梁跨中的最大撓度。實(shí)例實(shí)例實(shí)例實(shí)例 平面

13、問(wèn)題：板中圓孔的應(yīng)力集中平面問(wèn)題：板中圓孔的應(yīng)力集中如圖所示板件，其中心位置有一個(gè)小圓孔，尺寸如圖所示板件，其中心位置有一個(gè)小圓孔，尺寸(mm)如圖所示。如圖所示。彈性模量E2105N/mm2，泊松比v=0.3拉伸載荷:q=20N/mm平板的厚度：t=20mm解題思路分析：1.屬于平面應(yīng)力問(wèn)題屬于平面應(yīng)力問(wèn)題2.中心帶孔，應(yīng)使用中心帶孔，應(yīng)使用8節(jié)點(diǎn)四邊形單元或三角形單元節(jié)點(diǎn)四邊形單元或三角形單元3.注意單位：尺寸注意單位：尺寸mm，力，力N，故應(yīng)力，故應(yīng)力N/mm24.最大變形約為最大變形約為0.001mm（忽略孔的影響）（忽略孔的影響）,最大應(yīng)力在孔的頂部和底部，大最大應(yīng)力在孔的頂部和底部

14、，大小約為小約為3.9N/mm2，即，即3.9MPa。依次檢驗(yàn)有限元的分析結(jié)果。依次檢驗(yàn)有限元的分析結(jié)果。一. 相關(guān)設(shè)置設(shè)置jobname、Title；二.建立網(wǎng)格模型1.創(chuàng)建幾何模型：2.定義單元類型：Quad 8node 82單元；設(shè)置平面應(yīng)力單元的厚度，單擊單元類型表中的options按鈕，彈出PLANE82選項(xiàng)設(shè)置窗口，在K3對(duì)應(yīng)的方框中選擇“Plane strs w/thk”，使得可以設(shè)置板的厚度。3.定義實(shí)常數(shù)：定義實(shí)常數(shù)：PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete。輸入板的厚度。輸入板的厚度204.定義材料特性：定義材料特性：EX20000

15、0，PRXY0.35.定義網(wǎng)格尺寸定義網(wǎng)格尺寸：網(wǎng)格邊長(zhǎng)網(wǎng)格邊長(zhǎng)25，劃自由網(wǎng)格。，劃自由網(wǎng)格。6. 保存工作保存工作三. 加載和求解1.定義分析類型：SolutionAnalysis TypeNew Analysis ，設(shè)為Static，2.施加約束：3.施加載荷：板右側(cè)邊緣上有一個(gè)背離平板的20N/mm的均布線載荷，則均布?jí)毫€載荷除以板厚20mm1N/mm2。對(duì)模型右側(cè)邊施加1的均布表面壓力。SolutionDefine LoadsApplyStructuralPressureOn Lines4. 求解：SolutionSolveCurrent LS網(wǎng)格模型圖約束、載荷模型圖三.檢查計(jì)算

16、結(jié)果，觀察收斂情況,決定是否修改網(wǎng)格模型1.節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力檢查節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力檢查2. 修改網(wǎng)格模型：這里選擇將孔周圍的單元進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化。運(yùn)用MeshTool的Refine完成，細(xì)化級(jí)別1?？字車?xì)化的單元細(xì)化后的網(wǎng)格3.重新計(jì)算：這時(shí)檢查孔頂部最大等效應(yīng)力（編號(hào)可能會(huì)改變）3.39N/mm2四. 后處理1.繪制變形圖：General PostprocPlot ResultsDeformed ShapeDef+undeformed從圖中可以看出孔的變形情況、整體變形情況，并且從圖中左上角說(shuō)明得知，最大位移0.00124mm2.繪制等效應(yīng)力云圖： General PostprocPlot Resul

17、tsContour plotNodal Solution，在彈出的窗口中選von Mises SEQV，得到等效應(yīng)力云圖如下頁(yè)所示。整體變形圖等效應(yīng)力云圖實(shí)例：平面對(duì)稱問(wèn)題實(shí)例2：如圖平板，尺寸（mm）及載荷如圖所示。已知板厚t=2mm，材料彈性模量E2105N/mm2,泊松比v=0.3，求平板的最大應(yīng)力及其位移。解題思路：1.該問(wèn)題屬于平面應(yīng)力問(wèn)題2.根據(jù)平板結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，只需分析其中的四分之一即可。即如下簡(jiǎn)化模型：簡(jiǎn)化分析模型3. 幾何邊界、載荷、網(wǎng)格模型以及求解過(guò)程的有限元模型邊界、載荷、網(wǎng)格模型(映射網(wǎng)格)有限元模型4. 求解結(jié)果及其分析 （1）一般性分析 查計(jì)算結(jié)果可知，平板的最右側(cè)

18、中點(diǎn)位移最大，最大位移0.519E-06mm； 孔頂部或底部的應(yīng)力最大，最大等效應(yīng)力0.2889M/mm2 其變形圖及應(yīng)力云圖如下頁(yè)所示。等效應(yīng)力云圖（2）擴(kuò)展方式分析，顯示整體效果1.設(shè)置擴(kuò)展模式：Utility MenuPlotCtrlsStyleSymmetry ExpansionPeriodic/Cyclic Symmetry Expansion，即采用部分循環(huán)對(duì)稱擴(kuò)展。選用默認(rèn)值，其等效應(yīng)力云圖見(jiàn)下頁(yè)，顯示整體效果。1/4兩平面對(duì)稱2.以等值線方式顯示：Utility MenuPlotCtrlsDevice Options，彈出一個(gè)如圖所示的對(duì)話框，選取”Vector mode(wi

19、reframe)”后面的復(fù)選框，使其處于”on”，單擊OK，生成如下等值線圖。Mises應(yīng)力等值線圖Ansys求解基本步驟求解基本步驟1.確定問(wèn)題的分析類型2.定義單元類型3.定義材料屬性4.建立幾何模型5.劃分網(wǎng)格6.定義約束與載荷7.定義分析類型8.求解9.查看結(jié)果，分析結(jié)果的正確性。利用后處理器顯示求解所得結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形狀態(tài)，結(jié)構(gòu)受力變形圖，節(jié)點(diǎn)的利用后處理器顯示求解所得結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形狀態(tài)，結(jié)構(gòu)受力變形圖，節(jié)點(diǎn)的位移云圖和節(jié)點(diǎn)的位移云圖和節(jié)點(diǎn)的Von Mises應(yīng)力圖，對(duì)結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力、最大變形值及最大應(yīng)應(yīng)力圖，對(duì)結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力、最大變形值及最大應(yīng)力和最大變形所發(fā)生的位置。力和最大變形所發(fā)生的位置。A面被完全固定，面被完全固定，A面被完全固定，面被完全固定，B點(diǎn)作用有集中力點(diǎn)作用有集中力F=1000N。 材料材料屬性為彈性模量屬性為彈性模量E=21011Pa（鋼材），泊松比為（鋼材），泊松比為0.3，利用，利用ANSYS軟軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。件對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。 （單位為（單位為mm） 底面被完全固定，R30的孔壁作用有均勻的面壓力10000Pa。材料屬性為彈