ANSYS制訂分析方案PPT

1、制訂分析方案通?？紤]的分析因素制訂分析方案是很重要的。一般考慮下列問題： 分析領(lǐng)域 分析目標(biāo) 線性/非線性問題 靜力/動(dòng)力問題 分析細(xì)節(jié)的考慮 幾何模型對(duì)稱性 奇異 單元類型 網(wǎng)格密度 單位制 材料特性 載荷 求解器通?？紤]的分析因素（續(xù)）制訂得分析方案好壞直接影響分析的精度和成本（人耗工時(shí)，計(jì)算機(jī)資源等），但通常情況下精度和成本是相互沖突，特別是分析較大規(guī)模和具有切割邊界的模型時(shí)更為明顯。一個(gè)糟糕的分析方案可能導(dǎo)致分析資源緊張和分析方式受得限制。確定合適的分析學(xué)科領(lǐng)域?qū)嶓w運(yùn)動(dòng)，承受壓力，或?qū)嶓w間存在接觸施加熱、高溫或存在溫度變化恒定的磁場或磁場電流（直流或交流）氣（液）體的運(yùn)動(dòng)，或受限制的氣

2、體/液體以上各種情況的耦合結(jié)構(gòu)熱磁流體電耦合場準(zhǔn)則分析目的分析目的直接決定分析近似模型的確定。分析目的，就是這樣一個(gè)問題的答案：“利用FEA我想研究結(jié)構(gòu)哪些方面的情況？”結(jié)構(gòu)分析:要想得到極高精度的應(yīng)力結(jié)果，必須保證影響精度的任何結(jié)構(gòu)部位有理想 的單元網(wǎng)格，不對(duì)幾何形狀進(jìn)行細(xì)節(jié)上的簡化。應(yīng)力收斂應(yīng)當(dāng)?shù)玫奖ＷC，而任何位置所作的任何簡化都可能引起明顯誤差。在忽略細(xì)節(jié)的情況下，使用相對(duì)較粗糙的單元網(wǎng)格計(jì)算轉(zhuǎn)角和法向應(yīng)力。復(fù)雜的模型要求具有較好的均勻單元網(wǎng)格，并允許忽略細(xì)節(jié)因素。準(zhǔn)則分析目的(續(xù))模態(tài)分析:簡單模態(tài)振型和頻率可以忽略細(xì)節(jié)因素而使用相對(duì)較粗糙的單元網(wǎng)格進(jìn)行分析計(jì)算。熱分析：溫度分布梯度變

3、化不大時(shí)可以忽略細(xì)節(jié)，劃分均勻且相對(duì)稀疏的單元網(wǎng)格。當(dāng)溫度場梯度較大時(shí)，在梯度較大的方向劃分細(xì)密的單元網(wǎng)格。梯度越大，單元?jiǎng)澐志驮郊?xì)密。利用一個(gè)能同時(shí)模擬兩個(gè)物理場的模型求解溫度和熱耗散應(yīng)力，但熱和應(yīng)力模型都是相對(duì)獨(dú)立的。線性 / 非線性分析“我的物理系統(tǒng)是在線性還是非線性狀態(tài)下工作？線性求解能滿足我的需要嗎？如果不能，必須考慮哪種非線性特性？” 許多情況和物理現(xiàn)象都要求進(jìn)行非線性計(jì)算。(a) 訂書釘Fut0t1t2t3Fu (b) 木制書架b1b2 (c) 氣動(dòng)帶Fu線性 / 非線性分析(續(xù))1. 幾何非線性2. 材料非線性3. 不斷變化的工作狀態(tài)造成的非線性非線性最大的特性就是變結(jié)構(gòu)剛度。

4、它由多種原因引起的，其中主要有以下三個(gè)方面的因素：線性 / 非線性分析(續(xù))幾何非線性大變形/大轉(zhuǎn)角當(dāng)結(jié)構(gòu)位移相對(duì)于結(jié)構(gòu)最小尺寸顯得較大時(shí)，該因素不可忽略。如，鉤魚桿前稍承受較小的橫向載荷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的彎曲變形。隨著載荷增加，鉤魚桿的變形增大而使彎矩的力臂減小，結(jié)構(gòu)剛度增加。ABFTIPuTIPAB準(zhǔn)則線性 / 非線性分析(續(xù))幾何非線性(續(xù))應(yīng)力剛化 (也稱作幾何或微分剛化 ) 如果一個(gè)方向的應(yīng)力明顯引起其他方向的剛度時(shí)，這個(gè)效應(yīng)十分重要。 受拉纜繩或薄膜，或者旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)都是典型的例子。ANSYS只要作簡單設(shè)置就能將幾何非線性考慮進(jìn)來，并建議完全不考慮幾何非線性時(shí)也最好打開應(yīng)力剛化開關(guān)。線性

5、 / 非線性分析(續(xù)) 材料非線性線彈性是基于材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系是常數(shù)關(guān)系的假設(shè)“彈性模量”或“楊氏模量”為常數(shù)。因此，非線性材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的。應(yīng)變應(yīng)力彈性模量(EX)應(yīng)變應(yīng)力屈服點(diǎn).材料極限塑性應(yīng)變線性 / 非線性分析(續(xù)) 材料非線性(續(xù))實(shí)際當(dāng)中，沒有那種材料的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系是完全遵循線性關(guān)系的，線性假設(shè)只不過是一種近似處理。對(duì)于大多數(shù)工程材料而言，在外載荷不足使結(jié)構(gòu)破壞情況下，這種近似是非常好的，能較好地確定設(shè)計(jì)中的許可應(yīng)力或應(yīng)力限值。ANSYS規(guī)定的非線性材料特性：塑性 永久的，不隨時(shí)間變化的變形蠕變 永久的，隨時(shí)間變化的變形非線性彈性粘彈 類似玻璃的材料超彈 類似于橡膠

6、的材料線性 / 非線性分析(續(xù))材料非線性(續(xù))一些結(jié)構(gòu)存在局部屈服，即在一些小的區(qū)域內(nèi)應(yīng)力超過了屈服極限（“彈性極限”）。與結(jié)構(gòu)線性假設(shè)相反，充分考慮材料非線性特性并不會(huì)改變遠(yuǎn)離屈服區(qū)域的應(yīng)力場，甚至不改變這些區(qū)域內(nèi)的總應(yīng)變（彈性和塑性應(yīng)變之和）。低周疲勞破壞計(jì)算完全不受其影響。僅僅在孔周圍發(fā)生屈曲線性 / 非線性分析(續(xù)) 接觸和其它狀態(tài)改變的非線性這類非線性特性是隨狀態(tài)變化的，例如，只能承受張力的纜索的松馳與張緊；滾輪與支撐的接觸與脫開；凍土的凍結(jié)與解凍。隨著它們狀態(tài)的變化，它們的剛度在不同值之間顯著變化。靜力 / 動(dòng)力分析靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行那種動(dòng)力分析？動(dòng)

7、力分析的所有載荷都是隨時(shí)間變化的，但在許多情況下動(dòng)力影響可以忽略不計(jì)。一般情況下，激勵(lì)頻率低于結(jié)構(gòu)最小固有頻率的1/3時(shí)靜力求解就足夠了。慣性力是動(dòng)力問題不同于靜力問題的關(guān)鍵之處。準(zhǔn)則高效率建模技術(shù)在建立分析模型之前必須制訂好建模方案：必須考慮那些細(xì)節(jié)問題？對(duì)稱/反對(duì)稱/軸對(duì)稱？模型中存在應(yīng)力奇異？選用那種類型的單元？線單元?dú)卧猉Y平面單元平面應(yīng)力或應(yīng)變單元軸對(duì)稱單元諧單元實(shí)體單元專用單元線性單元/高階單元/P單元四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元高效率建模技術(shù) - 細(xì)節(jié)處理對(duì)于分析不重要的細(xì)節(jié)不應(yīng)當(dāng)包含在分析模型中。當(dāng)從CAD系統(tǒng)傳一個(gè)模型到 ANSYS程序中時(shí)往往可以作大量的簡化

8、處理。然而，諸如倒角或孔等細(xì)節(jié)可以是最大應(yīng)力出現(xiàn)的位置，這些細(xì)節(jié)對(duì)于你的分析目的是十分重要的。帶倒角不帶倒角準(zhǔn)則高效率建模技術(shù) - 對(duì)稱性模型對(duì)稱 當(dāng)物理系統(tǒng)的形狀、材料和載荷具有對(duì)稱性時(shí)，就可以只對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)中具有代表性的部分或截面進(jìn)行建模分析，再將結(jié)果映射到整個(gè)模型上，就能獲得相同精度的結(jié)果。物理系統(tǒng)對(duì)稱分析要求具有以下對(duì)稱性條件：幾何結(jié)構(gòu)對(duì)稱材料特性對(duì)稱具有零位移約束存在非零位移約束定義高效率建模技術(shù) - 對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型軸對(duì)稱即繞某一軸線存在對(duì)稱性，這類結(jié)構(gòu)如：電燈泡，直管，圓錐體，圓盤和圓屋頂。對(duì)稱面就是旋轉(zhuǎn)形成結(jié)構(gòu)的橫截面，它可以在任何位置。大多數(shù)軸對(duì)稱分析求解必須假定非零約

9、束（邊界），集中力、壓力和體截荷均具有軸對(duì)稱。然而，如果截荷不存在軸對(duì)稱性，并且是線性分析，可以將截荷分成簡諧成分，進(jìn)行獨(dú)立求解（然后進(jìn)行疊加）。定義高效率建模技術(shù) - 對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))旋轉(zhuǎn)對(duì)稱即結(jié)構(gòu)由繞軸分布的幾個(gè)重復(fù)部分組成，諸如渦輪葉片這類物體。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對(duì)稱性。然而，如果載荷不對(duì)稱分布，并且如果是線性分析，它們可以利用周期對(duì)稱求解。定義高效率建模技術(shù) - 對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))平面 或 鏡面對(duì)稱即結(jié)構(gòu)的一半與另一半成鏡面映射關(guān)系，對(duì)稱位置（鏡面）稱為對(duì)稱平面。大多數(shù)平面對(duì)稱分析求解要求非零位移約束（邊

10、界），集中力、壓力和體力應(yīng)當(dāng)對(duì)稱。但是，如果這些載荷不對(duì)稱，并且是線性分析，它們可以分成對(duì)稱或反對(duì)稱問題進(jìn)行獨(dú)立求解。定義該圖顯示了鏡面對(duì)稱和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱高效率建模技術(shù) - 對(duì)稱性模型(續(xù))對(duì)稱類型(續(xù))重復(fù) 或 平移對(duì)稱即結(jié)構(gòu)是由沿一直線分布的重復(fù)部分組成，諸如帶有均勻分布冷卻節(jié)的長管等結(jié)構(gòu)。該對(duì)稱要求非零位移約束，集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對(duì)稱性。一個(gè)結(jié)構(gòu)可能由多個(gè)對(duì)稱平面，這樣就可以利用對(duì)稱性建立一個(gè)很小的等效分析模型。定義 圖示模型具有鏡面對(duì)稱 (2X) 和 重復(fù)對(duì)稱高效率建模技術(shù) - 對(duì)稱性模型(續(xù))在實(shí)際當(dāng)中，可以利用對(duì)稱模型進(jìn)行分析能獲得更好的分析結(jié)果，因?yàn)榭梢越⒏_、綜合考慮各

11、細(xì)節(jié)的模型。這里有一個(gè)真實(shí)的軸對(duì)稱（3D）模型。準(zhǔn)則高效率建模技術(shù) - 對(duì)稱性模型(續(xù))在某些情況下，僅僅是那些較次要的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)破壞了結(jié)構(gòu)對(duì)稱性。有時(shí)，這些細(xì)節(jié)可以忽略（或認(rèn)為它們是對(duì)稱的），進(jìn)而利用對(duì)稱性的優(yōu)點(diǎn)建立更小的分析模型。這樣計(jì)算獲得結(jié)果的精度損失是很難估計(jì)的。高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異應(yīng)力奇異 是有限元模型中由于幾何構(gòu)造或載荷引起彈性理論計(jì)算應(yīng)力值無限大。即使是奇異點(diǎn)，材料的非線性特性不可能允許應(yīng)力值出現(xiàn)無限增大情況，在理論上總體應(yīng)變也是有限的（許多設(shè)計(jì)準(zhǔn)則都是根據(jù)應(yīng)力制訂的，例如設(shè)計(jì)疲勞曲線，但實(shí)際上是基于應(yīng)變制訂的）。在應(yīng)力奇異處:單元網(wǎng)格越是細(xì)化，越引起計(jì)算應(yīng)力無限增加，并

12、且不再收斂。網(wǎng)格疏密不均勻時(shí)網(wǎng)格離散誤差也大小不一（自適應(yīng)網(wǎng)格劃分結(jié)果是失敗的或者網(wǎng)格錯(cuò)誤）。定義高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異(續(xù))高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異(續(xù))一般應(yīng)力奇異發(fā)生情形：添加在節(jié)點(diǎn)上的集中載荷（集中力）與施加在與該節(jié)點(diǎn)相連單元上的均布或變化的面載荷（壓力）等相當(dāng)?shù)脑?，這些節(jié)點(diǎn)處就成為應(yīng)力奇異點(diǎn)。離散約束點(diǎn)導(dǎo)致非零反力的出現(xiàn)，就如同在節(jié)點(diǎn)上施加一集中力，這時(shí)約束點(diǎn)也就成為應(yīng)力奇異點(diǎn)。銳利（零半徑倒角）拐角處。不常見的應(yīng)力奇異情形：由于在劃分單元網(wǎng)格時(shí)出錯(cuò)，模型中存在的“裂縫”。曲邊單元中處在極不理想位置的中間點(diǎn)（ANSYS單元形狀檢查會(huì)發(fā)出警告）。嚴(yán)重扭曲的單元（ ANSYS單元形狀檢查會(huì)發(fā)出警告）。高效率建模技術(shù)