ANSYS耦合場(chǎng)分析指南

/ANSYS耦合場(chǎng)分析指南第一章耦合場(chǎng)分析1．1耦合場(chǎng)分析的定義耦合場(chǎng)分析是指考慮了兩個(gè)或多個(gè)工程物理場(chǎng)之間相互作用的分析。例如壓電分析，考慮結(jié)構(gòu)和電場(chǎng)間的相互作用：求解由施加位移造成的電壓分布或相反過程。其它耦合場(chǎng)分析的例子有熱-應(yīng)力分析,熱—電分析，流體－結(jié)構(gòu)分析。需要進(jìn)行耦合場(chǎng)分析的工程應(yīng)用有壓力容器(熱-應(yīng)力分析），流體流動(dòng)的壓縮（流體結(jié)構(gòu)分析）,感應(yīng)加熱(磁－熱分析），超聲波換能器（壓電分析)以及磁體成形(磁－結(jié)構(gòu)分析)，以及微電機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）等。1．2耦合場(chǎng)分析的類型耦合場(chǎng)分析的過程依賴于所耦合的物理場(chǎng)，但明顯可以可分為兩類：順序耦合和直接耦合.1．2．1順序耦合方法順序耦合方法包括兩個(gè)或多個(gè)按一定順序排列的分析,每一種屬于不同物理場(chǎng)的分析.通過將前一個(gè)分析的結(jié)果作為載荷施加到第二個(gè)分析中的方式進(jìn)行耦合。典型的例子是熱—應(yīng)力順序耦合分析,熱分析中得到節(jié)點(diǎn)溫度作為“體載荷”施加到隨后的應(yīng)力分析中去。1。2．２直接耦合方法直接耦合方法一般只涉及到一次分析,利用包括所有必要自由度的耦合場(chǎng)類型單元。通過計(jì)算包含所需物理量的單元矩陣或載荷向量的方式進(jìn)行耦合.例如使用了SOLID５、PLANE13或SOLＩD９8單元的壓電分析。另外的例子如利用TRANS１26單元的MEMS分析.1．２.3直接法與順序法的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)于耦合情況的相互作用非線性程度不是很高的情況，順序耦合法更有效，也更靈活。因?yàn)閮蓚€(gè)分析之間是相對(duì)獨(dú)立的。例如在熱應(yīng)力順序耦合分析中,可以先進(jìn)行非線性瞬態(tài)熱分析,然后再進(jìn)行線性靜力分析?？梢詫⑺矐B(tài)熱分析中任一載荷步或時(shí)間點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)溫度作為載荷施加到應(yīng)力分析中.順序耦合可以是不同物理場(chǎng)之間交替進(jìn)行執(zhí)行，直到收斂到一定精度為止.當(dāng)耦合場(chǎng)之間的相互作用是高度非線性的，直接耦合具有優(yōu)勢(shì)。它使用耦合變量一次求解得到結(jié)果。直接耦合的例子有壓電分析，流體流動(dòng)的共軛傳熱分析,電路－電磁分析。這些分析中使用了特殊的耦合單元直接求解耦合場(chǎng)間的相互作用.參見本手冊(cè)中第五章關(guān)于聲學(xué)的更多信息。參見《AＮSYＳBasiｃAｎalｙsiｓＧuｉｄe》中關(guān)于加載的更多信息.１。3單位制在AＮSＹS中應(yīng)確保你所輸入所有數(shù)據(jù)單位制的統(tǒng)一?？梢允褂萌魏螁挝恢?。對(duì)電磁場(chǎng)分析，參見《ＡNＳYSＣoｍmandｓReｆerence》中EMUNＩT命令對(duì)于自由空間中磁導(dǎo)率和介電常數(shù)設(shè)定的更多信息。對(duì)微電機(jī)械系統(tǒng)(MEMＳ）,用更合適的單位制建立模型會(huì)更加方便，因?yàn)镸ＥMS部件通常大小為幾微米。為方便，表１－1到1-8列出從標(biāo)準(zhǔn)的MＫS轉(zhuǎn)換到μMKSV及μMSVfA及的轉(zhuǎn)換系數(shù)。表1—1力學(xué)從MＫＳ到uMＫSV的轉(zhuǎn)換系數(shù)力學(xué)參數(shù)MKS單位量綱乘以此數(shù)獲得μMＫSｖ單位量綱長(zhǎng)度mm１06μmμm力N(kg)（m)/（s)２106μN(yùn)（kg）（μm）/（s）２時(shí)間ss１sｓ質(zhì)量ｋｇkg1kgkg壓力Ｐa（kg)/（m）（s）2１0－6MPａ（ｋｇ)／(μm）(s)２速度m/ｓm／ｓ1０６μm/sμｍ/s加速度m/(s)2ｍ/（s)210６μｍ/(s）2μm/(s）2密度ｋg／（m)３kg/（m）310—18kｇ/（μｍ)3kg/（μｍ）３應(yīng)力Pakg/(m）(ｓ)21０－6MＰakｇ/（μm)（s）2楊氏模量Pakｇ/(ｍ）（ｓ）210-６MPakg/(μm)（s)2功率Ｗ（kｇ）(m）2/（ｓ）31０１２ｐW(kg)(μm)2／（ｓ)3表1－2熱學(xué)從MKＳ到ｕＭKSV的轉(zhuǎn)換系數(shù)熱參數(shù)ＭKS單位量綱乘以此數(shù)獲得μＭＫSv單位量綱導(dǎo)熱系數(shù)W/ｍ°K（kｇ）(m）／°（K）(s）３10６pW／(μm)(°K)(kg）(μm）/(°Ｋ)（s）3熱通量W／（m）2kg/（s）31pＷ/（μｍ)2ｋg/(s）３比熱J/（kg)（°Ｋ）(m)２/(K°）(s）210１2pJ／（kg）（°K)（μｍ)2/(°K）（s）2熱流W（ｋg)（m）２／(s)3101２pW（ｋg)（μm）2/（s）3單位體積的熱生成Ｗ/m3(kｇ)/（m)（s)310-6ｐW/（μｍ）3kg/（μm）(s）3對(duì)流系數(shù)Ｗ／（m)2°Kkg／(s)２1pＷ/(μm)2°Kkｇ／(s)2動(dòng)力粘度ｋg/（m)（s）Ｋｇ/(m）（ｓ）10—6ｋｇ／（μm）(s）kg／(μm）（s）運(yùn)動(dòng)粘度(ｍ)２/ｓ（ｍ)2/s1012(μm）２/s（μm）2/s表1－3電學(xué)從MＫS到ｕMKＳＶ的轉(zhuǎn)換系數(shù)電學(xué)參數(shù)MKS單位量綱乘以此數(shù)獲得μMKSv單位量綱電流AA１012pApＡ電壓V（ｋg)（ｍ)2/（A）（s)31V（ｋg）（μm)2/（ｐA）（ｓ）3電荷C(Ａ）（s）１０１2pC（ｐA)(s）電導(dǎo)率Ｓ／ｍ（Ａ)2（s）３/（kｇ）(m)310６pS/μｍ（ｐA)２(s）3／(kｇ)(μm)3電阻率Ωm（Ｋg）（ｍ3/(A)2（s）３１0-6TΩμm(ｋg）(μm）3／(pA）２(s）3介電常數(shù)[１］F/m（Ａ)2（ｓ）4/（ｋg）（m）3106pF／μm(pA）2(ｓ)2/(kｇ）(μm)3能量J（kg)(ｍ)2／（ｓ）2１012pJ(ｋg)（μm)2／（s）2電容Ｆ（A）2(s)4／（kg）(m)２1012pＦ(pA)2（s）4／（kｇ)(μm）２電場(chǎng)V/ｍ(kg）(m)/（s）3(A)10—6V/μm（kg)（μm)/(s)3（pA）電通量密度C/（m）2（Ａ）(s)／(m)2１pC/（μm)2（ｐA）（s）/(μｍ）21.自由空間的介電常數(shù)為8．85４x1０—６pＦ/μm。表1－4磁場(chǎng)從MＫＳ到uMＫＳＶ［1]的單位制轉(zhuǎn)換磁場(chǎng)參數(shù)MKS單位量綱乘以此數(shù)獲得μMKSv單位量綱磁通量Wｅｂer（kg)（m）2/（Ａ)（s)21Weｂｅr（ｋg）（μm）2/(ｐA)(s)2磁通量密度Tｅｓlａｋg/（A)（s）210－12Tesｌakg/(pA）（ｓ）２場(chǎng)強(qiáng)A/ｍA/ｍ106pA/μmpA/μm電流ＡA1012pＡｐＡ電流密度A／(m）2Ａ/（m)２1pA/（μm)2pA/（μｍ）２磁導(dǎo)率[２]H/m（kg)（ｍ）／(A）2（s）2１0－18TＨ／μm(kg)（μm)/（pＡ）２（s)2電感H（ｋg）（m)2/（A)2(s)2１0－1２TH（kg)（μm）2/（pA）２(s)２1。只有不變的磁導(dǎo)率才能用這些單位2.自由空間的磁導(dǎo)率為4πx10—25TＨ/μm表1-5力學(xué)從MKＳ到uMSVfＡ的轉(zhuǎn)換系數(shù)力學(xué)參數(shù)MKS單位量綱乘以此數(shù)獲得μＭsｖfａ單位量綱長(zhǎng)度mm１０６μmμm力N（ｋg）（ｍ）/（s）2１09nＮ（g）(μm)/（s)2時(shí)間ｓs1sＳ質(zhì)量kgkｇ103gG壓力Pa(kg）/（m)（s）２10—3kPag/（μm）(s）2速度m/ｓｍ／s1０６μm／sμm/s加速度m/（s)2m／（s）２106m/(s）2μm/（ｓ)2密度Kg/（m)3kg／（m)３10-15g/(μm）3g/(μm）3應(yīng)力Pａkｇ/（m)(ｓ）２1０-3kPａg／(μｍ)（s）２楊氏模量Pａkｇ／（m）（s)2１0—3kPａｇ/（μｍ)（ｓ)2功率W（kg)(m)２/（s）31015fW（ｇ）（μｍ)2/(s）3表1—6熱學(xué)從MKＳ到ｕＭＳＶfA的轉(zhuǎn)換系數(shù)熱參數(shù)MＫS單位量綱乘以此數(shù)獲得μMｓvfａ單位量綱導(dǎo)熱系數(shù)W/ｍ°K(kg）(m)／（°Ｋ)(ｓ）3109fW/(μm)（°Ｋ)（g)（μm)/(°K)（s)3熱通量W／（ｍ)2kg／（s)31０３ｆＷ/（μm）2g/(ｓ)3比熱J／(ｋg）(°K)（m)２/(°K)(s)２1012ｆJ/（g）(°Ｋ）（μｍ）2／（°K）（ｓ）２熱流W（kg)（m）2/(s）３1０15fW（g）（μm）2/(ｓ）3單位體積的熱生成W／m３（ｋｇ）/(m）（s）310-3fW／（μm)3g／（μm)（s)3對(duì)流系W/（m）2°Ｋkg/（s）２103fW／（μm）２°Kg/(s)２動(dòng)力粘度Kg／(m）（s)ｋｇ/(m）（ｓ）1０-３g/（μｍ）（s）g/(μm）（s）運(yùn)動(dòng)粘度（ｍ)2/s（m）２／s1012（μm）2/ｓ（μm)2／s表1－7電學(xué)從MKS到uＭSVfA單位制的轉(zhuǎn)換系數(shù)電學(xué)參數(shù)ＭKS單位量綱乘以此數(shù)獲得μMsvfa單位量綱電流ＡA10１5fＡfA電壓V（kｇ)(m）2/(A)(ｓ)３１V（g）(μｍ）2/（fA)(s)３電荷C（A)(s)1015fＣ(fA）(s）電導(dǎo)率S／m（A)2（s）３/(kg)(ｍ）310９nS/μm（ｆＡ)2（ｓ）3/（g)(μｍ)3電阻率Ωm（kｇ）(m3/（A）２(s)3１0-９-（g）(μm）３/（fA)２(s)3介電常數(shù)[1］Ｆ/ｍ（Ａ)２(ｓ)4／（kｇ）（m）3１09fF/μｍ（ｆA）２(ｓ）2／（ｇ)（μm）3能量J（kg)（m）2/(s）21015fＪ(g）（μm）2/（ｓ）2電容F(Ａ)２(s）4/（kg）(m）21015fF（ｆA）2(s）4/（g）（μm）2電場(chǎng)V/m(kg)(m)/（s）3(Ａ）１0—6V/μｍ（g)（μm）/(s)3（fA)電通量密度C/(m)2（A)(s）／(m)2103fＣ/（μm)2(fA）(s)/（μm)２1．自由空間的介電常數(shù)為8．８54ｘ10-6pF/μm。表１－８磁場(chǎng)中從MKS到uMＫSＶfA［1］的轉(zhuǎn)換系數(shù)磁場(chǎng)參數(shù)MKS單位量綱乘以此數(shù)獲得μMKSv單位制量綱磁通量Ｗｅｂer（kg）（m）2/(Ａ）（s）２1Weber（g）(μｍ)２/（fA)（s）２磁通量密度Ｔeｓlakｇ／(A）（ｓ）２10—12－ｇ／(ｆA）(ｓ）2場(chǎng)強(qiáng)A/mＡ/m１09fＡ/μｍfA/μｍ電流AA10１５ｆAfＡ電流密度A／(ｍ）2A/(ｍ）2103fA/（μｍ）2fＡ／(μm）2磁導(dǎo)率[2］H/m(kg)（ｍ）/（A）2(s）210—２１—（g)（μm）/（ｆＡ）2(ｓ）２電感H(ｋｇ)（m)2／(A)２(s）２10-15－（g）（μm）2/（ｆＡ)2（s)21.只對(duì)不變的磁導(dǎo)率才可以使用此單位制。2．自由空間的磁導(dǎo)率為4πx10—２8(g)（μｍ）/(ｆＡ）２（s)2。１.4GＵI路徑及命令語言貫穿于本手冊(cè)，你將會(huì)看到對(duì)ANＳＹＳ命令及其相應(yīng)GＵI路徑的引用。這種引用只是針對(duì)命令的名稱,因?yàn)椴槐乜偸切枰付钏凶兞浚付钭兞康慕M合執(zhí)行不同的功能.對(duì)完整的ANSYS命令的語法，查詢《ＡNＳYSCｏｍmandsＲefeｒence》.GＵＩ路徑則盡可能顯示完整。因?yàn)楹芏嗲闆r下，選擇GUI路徑將執(zhí)行你想要進(jìn)行的操作。另外的情況，選擇本手冊(cè)指示的ＧUI路徑會(huì)出現(xiàn)菜單會(huì)對(duì)話框;從該處,必須選擇額外的選項(xiàng)才能適合于具體執(zhí)行的任務(wù)。對(duì)本指南中所有的分析類型，指定要模擬的材料使用直觀的材料模型定義界面。這個(gè)界面使用分等級(jí)的樹型材料分類，意在助你選擇正確的分析模型。參見《ANＳYSＢaｓiｃAnalysisGuｉｄe》中的1．2.4。４材料模型界面一節(jié)。

第二章順序耦合場(chǎng)分析2．1什么是順序多場(chǎng)耦合順序多場(chǎng)耦合是指將不同工程領(lǐng)域多個(gè)相互作用的綜合分析，求解一個(gè)完整的工程問題。為了方便，本章把與一個(gè)工程學(xué)科求解分析相聯(lián)系的過程叫做一個(gè)物理分析。當(dāng)一個(gè)物理分析的輸入依賴于另一個(gè)分析的結(jié)果，那么這些分析是耦合的。有些情況只使用“單向”耦合.例如計(jì)算流過水泥墻的流場(chǎng)提供了對(duì)墻壁進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的壓力載荷。壓力引起墻的變形,反過來又會(huì)影響墻周圍流場(chǎng)的幾何形狀。實(shí)際上流場(chǎng)的幾何形狀變化很小,可以忽略不計(jì).因此就沒必要再返回來計(jì)算變形后的流場(chǎng).當(dāng)然在此分析中，流體單元用于求解流場(chǎng),結(jié)構(gòu)單元用于計(jì)算應(yīng)力和變形。一個(gè)較復(fù)雜的情況是感應(yīng)加熱問題，交流電磁場(chǎng)分析計(jì)算出焦耳熱生成的數(shù)據(jù)，瞬態(tài)熱分析用于預(yù)測(cè)時(shí)間相關(guān)的溫度解。但在兩個(gè)物理分析中材料的性能都是隨溫度明顯變化的，造成感應(yīng)熱問題求解的復(fù)雜性。這就需要兩種物理分析的反復(fù)進(jìn)行。順序耦合是指多個(gè)物理分析一個(gè)一個(gè)按順序分析。第一個(gè)物理分析的結(jié)果作為第二個(gè)物理分析的載荷。如果分析是完全耦合的，那么第二個(gè)物理分析的結(jié)果又會(huì)影響第一個(gè)物理分析的輸入.全部載何可分為以下兩類：?基本物理載荷，不是其它物理分析的函數(shù),這種載荷也叫名義邊界條件;?耦合載荷,是其它物理分析的結(jié)果。典型ANSYS順序耦合分析應(yīng)用包括:?熱應(yīng)力；?感應(yīng)加熱?感應(yīng)攪拌?穩(wěn)態(tài)流體-結(jié)構(gòu)耦合?磁—結(jié)構(gòu)耦合?靜電-結(jié)構(gòu)耦合?電流傳導(dǎo)—靜磁ANＳYS程序能夠使用一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行多物理耦合分析，使用同一個(gè)有限元模型。而這些單元所代表的物理意義在不同的物理分析中是不同的,這就用到物理環(huán)境的概念。2。2什么是物理環(huán)境？ANＳYＳ程序使用物理環(huán)境的概念進(jìn)行順序耦合場(chǎng)分析.可以將所有的操作參數(shù)及某一物理分析選項(xiàng)全部寫入一個(gè)物理環(huán)境文件.它是一個(gè)AＳCII文件，用以下方法創(chuàng)建:Command：PＨYＳIＣＳ,WRＩTE,ＴITLE，，EXＴ,DＩRGＵI:MaｉnMａnｕ:Prｅproceｓsor＞PhｙsｉcsＥnvironMａinＭanu:Ｓoｌutiｏｎ>PhyｓicsEnviron針對(duì)一個(gè)具體的工作名可以定義多達(dá)９個(gè)物理環(huán)境.在ｐhysicｓ命令中可為每一個(gè)物理環(huán)境定義一個(gè)唯一的標(biāo)題。AＮSYS為每一個(gè)物理環(huán)境指定唯一的編號(hào)并作為物理環(huán)境文件擴(kuò)展名的一部分.建議使用標(biāo)題描述分析的物理環(huán)境。這個(gè)標(biāo)題應(yīng)該與在／Tｉｔle命令中(UtilityＭenu>Tiｔle)設(shè)定的標(biāo)題區(qū)分開。Pｈysics，Write命令創(chuàng)建物理環(huán)境文件(例如Jobnaｍe,ＰH1）,并將ANSYS數(shù)據(jù)庫中的如下信息寫入這個(gè)文件:?單元類型及KEＹOPT設(shè)定；?實(shí)常數(shù)；?材料屬性；?單元坐標(biāo)系?求解分析選項(xiàng)；?載荷步選項(xiàng)；?約束方程；?耦合節(jié)點(diǎn)集;?施加的邊界條件和載荷；?GUI過濾設(shè)置；?分析標(biāo)題(／TITLE）;使用PHYSICS，READ命令(MainＭｅｎu〉Prｅpｒｅcｃsｓor〉Phyｓiｃs〉Environ>reaｄ）讀取一個(gè)物理環(huán)境文件。使用寫入此物理環(huán)境文件時(shí)使用的文件名或標(biāo)題（標(biāo)題在物理環(huán)境文件的開頭)。在讀入物理環(huán)境以前，ANSYS程序?qū)⑶宄龜?shù)據(jù)庫中所有的邊界條件，載荷，節(jié)點(diǎn)耦合，材料屬性,分析選項(xiàng),約束方程。2.３一般分析步驟進(jìn)行順序耦合場(chǎng)分析可使用間接法或物理環(huán)境法。對(duì)于間接方法，使用不同的數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件，圖２-1為用間接方法的典型順序耦合分析數(shù)據(jù)流程圖。每個(gè)數(shù)據(jù)庫包含合適的實(shí)體模型,單元，載荷等.可以把一個(gè)結(jié)果文件讀入到另一個(gè)數(shù)據(jù)庫中。但單元和節(jié)點(diǎn)編號(hào)在數(shù)據(jù)庫和結(jié)果文件中必須是一致的。圖2—2為物理環(huán)境方法的數(shù)據(jù)流程圖,對(duì)于這種方法，整個(gè)模型使用一個(gè)數(shù)據(jù)庫.數(shù)據(jù)庫中必須包含所有物理分析所需的節(jié)點(diǎn)和單元。對(duì)于每個(gè)單元或?qū)嶓w模型圖元，必須定義一套屬性編號(hào)，包括單元類型號(hào),材料編號(hào),實(shí)常數(shù)編號(hào)及單元坐標(biāo)系編號(hào)。所有這些編號(hào)在所有物理分析中是不變的。但在每個(gè)物理環(huán)境中,每個(gè)編號(hào)對(duì)應(yīng)的實(shí)際的屬性是不同的,例如實(shí)常數(shù)和單元類型.模型中的某一區(qū)域在某一個(gè)物理環(huán)境中，可以是無效的，本章后面將詳細(xì)解釋。圖2－1間接法順序耦合分析數(shù)據(jù)流程圖圖2-2使用物理環(huán)境順序耦合場(chǎng)分析數(shù)據(jù)流程在創(chuàng)建AＮSYS數(shù)據(jù)庫時(shí)應(yīng)該考慮所有物理環(huán)境的要求。在創(chuàng)建任何物理環(huán)境以前，要對(duì)每個(gè)面或體的區(qū)域賦予正確的單元類型編號(hào)、材料編號(hào)、實(shí)常數(shù)編號(hào)、單元坐標(biāo)系編號(hào)(參閱ＡAＴＴ及VATT命令描述）。對(duì)于模型中某一面或體區(qū)域在不同物理環(huán)境中都是分析區(qū)域的一部分時(shí)要格外小心。例如，流體可能有磁特性。在流體分析中，流體的材料編號(hào)必須為1.如果不能這樣作,必須修改必要的單元屬性，再進(jìn)行不同求解。要修改單元，使用如下命令：Cｏmmanｄ：EｍｏdifGUＩ:MaｉnMeｎｕ>Prｅｐreｃｅssｏr〉ModifyAttriｂ間接法，比較適用于單向順序耦合，例如典型的熱-應(yīng)力分析.而物理環(huán)境方法允許在物理環(huán)境之間快速轉(zhuǎn)換，對(duì)于在多個(gè)物理分析間需要全耦合多次求解的情況非常適用。大變形的穩(wěn)態(tài)－流體結(jié)構(gòu)耦合問題及感應(yīng)加熱是需要用物理環(huán)境方法的典型應(yīng)用。注意:數(shù)據(jù)庫文件的大小在多次求解的過程中會(huì)不斷增長(zhǎng)，除非采取下列措施：?在創(chuàng)建物理環(huán)境之后執(zhí)行ＳAVE命令，并在每一次物理場(chǎng)求解后RESＵME恢復(fù)數(shù)據(jù)庫。?不要將結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫中(只寫到結(jié)果文件中)。當(dāng)進(jìn)行后處理時(shí)需要利用ＳＥＴ命令將數(shù)據(jù)從結(jié)果文件讀到數(shù)據(jù)庫中.要激活這個(gè)選項(xiàng)，執(zhí)行/CONFＩＧ,NＯELAB，１命令或?qū)ⅰ埃蜲_EＬDBW＝1”插入到conｆｉg60.anｓ文件中。2．4在物理分析之間傳遞載荷LDＲEＡD命令在耦合場(chǎng)分析中聯(lián)系不同的物理環(huán)境，使得在第一個(gè)物理環(huán)境中的分析結(jié)果作為載荷,傳遞到下一個(gè)物理環(huán)境中求解。LDＲEAD命令從結(jié)果文件中讀取數(shù)據(jù)并作為載荷施加,下表簡(jiǎn)要地解釋了當(dāng)LDREAD命令讀取結(jié)果數(shù)據(jù)加載到另一分析中發(fā)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。表２-1結(jié)果通過LDRＥAD命令如何傳遞？哪些分析的結(jié)果變?yōu)榇祟惙治龅妮d荷熱或FLＯTRAN分析結(jié)果中的溫度[ＴEMＰ］結(jié)構(gòu)分析中的體積載荷或熱分析中的節(jié)點(diǎn)(溫度)載荷穩(wěn)態(tài)、諧波或瞬態(tài)磁場(chǎng)分析結(jié)果的力［FORC]結(jié)構(gòu)或ＦＬOＴRAN中作為力載荷靜電場(chǎng)分析結(jié)果中的力[FORC]結(jié)構(gòu)分析中作為力載荷磁場(chǎng)分析結(jié)果中的焦耳熱［HGEN］熱或FLOTRAN中作為體積載荷(熱源）電流傳導(dǎo)分析結(jié)果中的源電流密度［JS]在磁場(chǎng)分析中作為體載荷（電流密度）ＦLＯTRAＮ分析結(jié)果中的壓力[PRES］在結(jié)構(gòu)分析中(實(shí)體或殼單元）作為表面載荷（壓力）任何分析結(jié)果中的反作用力[ＲEＡC］任何分析中的力載荷ＦLOTＲAＮ分析結(jié)果中的熱通量［ＨFLU]熱分析中單元的表面載荷（熱通量）高頻電磁分析中熱通量［EHFLU］熱分析中單元的表面載荷（熱通量）FLOTRAN分析結(jié)果中的對(duì)流系數(shù)及流體平均溫度[HFLM]在熱分析中作為表面（對(duì)流系數(shù)及流體平均溫度）2。4.１兼容的單元類型在不同物理環(huán)境中單元兼容的準(zhǔn)則，有許多細(xì)則要確定。在深入了解這些細(xì)則以前，需要弄清以下幾個(gè)術(shù)語：?jiǎn)卧拘螤睿簡(jiǎn)卧幕拘螤罹哂腥笔〉呐渲?，在ＡNSYS單元手冊(cè)中有詳細(xì)描述。對(duì)于實(shí)體單元,單元基本形狀包括：四邊形、三角形、六面體(磚塊）、四面體。單元退化形狀：許多單元可以從基本形狀退化.例如四邊形單元可以退化成三角形，六面體單元可以退化成楔形單元、四面體單元或金字塔形單元單元階次：ANSYS單元（P單元除外)，可分為低階(一階）或高階(二階）形式.高階單元具有中節(jié)點(diǎn)。低階單元沒有中間節(jié)點(diǎn)。有許多情況，可以生成沒有中節(jié)點(diǎn)的高階單元在所有的多物理環(huán)境中,單元類型必須保持相同的單元基本形狀。如果一種單元允許有退化形狀，在其它物理環(huán)境中對(duì)應(yīng)的單元類型必須可以退化成同樣的形狀。例如:Solid９2（1０節(jié)點(diǎn)四面體結(jié)構(gòu)單元）與Ｓｏｌid8７(1０節(jié)點(diǎn)四面體熱單元）可以兼容。但Sｏｌid92與Solｉd90（２0節(jié)點(diǎn)熱單元）的退化的四面體單元不能兼容.在不同物理環(huán)境中不同階數(shù)的單元可能兼容也可能不兼容。使用LDＲＥAD命令讀取載荷可以確定單元的兼容性。此外,有些單元類型有特定的KEYOPT選項(xiàng)，支持低階或高階耦合載荷傳遞。下列載荷可以從一階或二階單元中讀取，并加載到另一個(gè)物理環(huán)境中的一階或二階單元上:?體積載荷溫度（TEMP）;?體積載荷單元熱生成（ＨGEN);?源電流密度(TS)；?表面壓力（PRＥＳ）；?表面熱通量(ＨFLU)；?表面對(duì)流系數(shù)及環(huán)境溫度（HＦLM)；需要單元階次兼容的載荷：?力載荷（FORC）?反作用載荷（ＲEAC)以下的電磁場(chǎng)單元支持結(jié)構(gòu)單元的一階或二階設(shè)定:PLAＮＥ５３，ＰLANE121，SOＬＩD122，SOＬID123。如果物理環(huán)境的建立需要轉(zhuǎn)換單元階次,必須初始用高階單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格。表2－2列出部分兼容的單元類型。表２-2物理環(huán)境中兼容的單元類型［1］［2]結(jié)構(gòu)熱電磁靜電流體電流傳導(dǎo)ＳOＬID4５SＯLIＤ70SＯLIＤ97，SOLID1１7［3］SOLID122［4］SOLID１４2SOLID5,ＳＯLID6９SOLID92SOLＩD８７ＳOLID98,HF１1９[３]SOＬＩD123[4]—SＯLIＤ98SOLID9５SOLIＤ９0ＳOLＩＤ117，HＦ120SＯLＩD122-SOLID5，SＯＬIＤ6９ＰLANE4２PLANＥ55PLAＮE１３,ＰLANＥ53［4］PLＡＮＥ121[4]FＬＵID141ＰＬANE6７PLANE2ＰLANＥ35————ＰLＡＮE82PLＡNE７7PLＡNE５3PＬANE121—PLAＮＥ67ＳHＥLL63SHＥＬL57——-ＳHELL１5７ＬＩＮK1LINK32—-—LＩNK68ＬＩNK８LINK3３-———1．如果網(wǎng)格包含退化的單元形狀,相應(yīng)的單元類型必須允許相同的退化形狀.例如,網(wǎng)格包括FLUID142金字塔單元，就與SOLID７0單元不兼容.ＳOLID７0單元不能退化為金字塔形狀。2．要兼容帶有VＯLＴ自由度的單元必須有相同的反力（見ANSYSＥlｅctｒoｍａｇｎetｉcFiｅlｄAｎａｌysｉｓGuｉde中的單元兼容一節(jié))。3．需要力只支持一階單元。4。需要力時(shí)支持一階單元需要單元KEＹＯPT的設(shè)定.2。4．2可以使用的結(jié)果文件類型在一個(gè)間接耦合場(chǎng)分析或物理環(huán)境耦合場(chǎng)分析中，要用到包含不同類型的幾個(gè)結(jié)果文件類型。所有結(jié)果文件將有相同的文件名（用/命令設(shè)定或ＵtilitｙMｅnu:〉Jobnａne）。區(qū)分這些結(jié)果文件，查看它們的擴(kuò)展名:Jｏbnａｍe.RＦＬFLOＴRAN結(jié)果文件；Jobnａme.RMG電磁場(chǎng)分析結(jié)果文件Ｊobnamｅ．ＲTH熱分析結(jié)果文件Jobname.RSＴ所有其他類型的結(jié)果文件（結(jié)構(gòu)及多物理場(chǎng))2.4.3瞬態(tài)流體—結(jié)構(gòu)分析對(duì)瞬態(tài)流體—結(jié)構(gòu)分析，相應(yīng)于流體邊界條件逐漸改變的間隔點(diǎn)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。例如假定要執(zhí)行從2.０秒執(zhí)行結(jié)構(gòu)分析,進(jìn)口速度從0秒時(shí)的1。0ｉｎ/ｓec漸變到4秒時(shí)的5。0in/sｅｃ。首先在2。0秒以通常的方式執(zhí)行結(jié)構(gòu)分析。當(dāng)執(zhí)行ＰＨYSICＳ,RＥAＤ,FLＵID時(shí)（MaｉnＭenu>Soｌutｉｏn＞ＰhyｓicｓEnviron>Ｒｅad）恢復(fù)流體分析，可以重新施加瞬態(tài)漸變載荷。在第2。0秒施加進(jìn)口速度為3。０in/ｓec然后通過執(zhí)行下列命令表明這是老邊界條件：命令:FLOCHECＫ,２GUＩ:MaｉnMenu>Pｒeｐｒｏcｅsｓor＞ＦＬOTRＡNSetUp＞Flocheｃk這意味著２。0秒的進(jìn)口邊界條件3．0in/sec是漸變的起點(diǎn)。然后輸入最終的漸變載荷點(diǎn)，第四秒的速度5．0iｎ／sec。利用下面方法指定漸變邊界條件：Command（ｓ)：ＦLＤATＡ4，TIＭE，BＣ,１GUI：MaiｎMeｎu>Preprocessor＞FLＯTRＡNSetUｐ>ＥｘecutｉoｎCtrｌ利用通常的ＳOLＶE命令執(zhí)行瞬態(tài)分析。更多關(guān)于施加瞬態(tài)邊界條件的信息,參見§6。２。5使用物理環(huán)境運(yùn)行一個(gè)順序耦合場(chǎng)分析本節(jié)將詳細(xì)描述怎樣使用物理環(huán)境進(jìn)行順序耦合場(chǎng)分析。1．創(chuàng)建滿足所有物理環(huán)境的模型，要?jiǎng)谟浺韵聨c(diǎn)：?AＮSYS實(shí)體模型的每一個(gè)面或體,都要定義對(duì)應(yīng)的單元類型、材料屬性、實(shí)常數(shù)。所有的實(shí)體模型圖元應(yīng)當(dāng)有單元類型號(hào)、實(shí)常數(shù)號(hào)、材料號(hào)及單元坐標(biāo)系號(hào).(而這些編號(hào)對(duì)應(yīng)的屬性,在每個(gè)物理環(huán)境中是不同的.）?面或體的特定分組將用于兩個(gè)或更多物理環(huán)境，所用模型的網(wǎng)格必須能滿足所有物理環(huán)境。2．創(chuàng)建物理環(huán)境,對(duì)每一物理過程執(zhí)行這一步,作為耦合場(chǎng)分析的一部分.?根據(jù)《AＮSＹSAnaｌｙsｉsGuide》中的不同內(nèi)容確定每個(gè)物理分析要設(shè)定的內(nèi)容;?定義每個(gè)物理過程模擬所需的單元類型(例如：FＬＯＴＲAN中ET，1,141或ET,2,142等；電磁場(chǎng)分析中,ET,1，１3或ET，2，11７等）。如果某個(gè)區(qū)域在某一物理分析中不涉及到，則設(shè)為0單元(ＴYPＥ=0，ＥT，3，0)，零單元在分析中將被忽略。?定義材料屬性,實(shí)常數(shù),單元坐標(biāo)系，與前面定義的屬性號(hào)對(duì)應(yīng)。?將單元類型,材料，實(shí)常數(shù)及單元坐標(biāo)系的編號(hào)賦予實(shí)體模型的面或體。使用AATＴ命令（MａｉnMｅnu>Preｐrocessｏr＞Aｔtribｕｔes＞ＡllAｒeasｏrPｉｃｋeｄAｒeaｓ)或VＡTT命令(MａｉｎＭenｕ>Pｒeｐrｏcesｓor>Aｔtribｕｔes>AllＶoｌumesoｒPicｋedＶolumes)。?施加基本物理載荷及邊界條件.這些條件在整個(gè)迭代過程中的每一物理環(huán)境的執(zhí)行中都是相同(對(duì)于穩(wěn)態(tài)問題）?設(shè)定所有的求解選項(xiàng)?給物理環(huán)境選擇一個(gè)標(biāo)題，執(zhí)行ＰHYＳICＳ，WRITE命令。例如，在流體－磁場(chǎng)分析中，你可以使用如下命令寫入物理環(huán)境文件：Cｏmmand:ＰＨYSIＣS，WRＩＴE,FLUＩDSGUI：MainＭenu>Ｐrepｒecｅsｓor>PhysicsEnｖｉrｏｎ＞wrｉtｅ?清空數(shù)據(jù)庫中當(dāng)前的物理環(huán)境，準(zhǔn)備創(chuàng)建下一個(gè)物理環(huán)境。通過執(zhí)行PHＹＳIＣS，Clear選項(xiàng)。Ｃoｍｍａnd：PHＹSICＳ,CＬEＡRGＵI:MainＭｅnu>Prepｒocｅssor〉PｈｙsiｃsEｎｖｉroｎ〉clｅar?按以上步驟準(zhǔn)備下一個(gè)物理環(huán)境。?執(zhí)行ＳAＶＥ命令保存數(shù)據(jù)及物理環(huán)境文件指針.假設(shè)此多物理場(chǎng)耦合分析的工作文件名為“Inducｔ"，并寫了兩個(gè)物理環(huán)境文件,這兩個(gè)文件名分別為Induct。PH1和Induct．PH２.要了解PＨYSICＳ命令的更多信息請(qǐng)查閱《ANSＹＳＣｏｍmandsRefeｒencｅ》.３.執(zhí)行順序耦合多物理場(chǎng)分析,依次進(jìn)行物理分析，例如：/ｓｏlｕ！進(jìn)行求解physics,read，magneticｓ!讀入磁場(chǎng)分析，物理環(huán)境SｏlveＦｉnｉsh／soｌvephyｓiｃs,ｒｅad,fluidｓLＤREＡD,FORCE，，,,2，，rmg！讀入洛侖茲力SolveＬDRＥAD中的擴(kuò)展名確定讀入的結(jié)果文件類型,熱分析結(jié)果從Jobnamｅ。rｔｈ文件中讀入，除電磁和流體以外的其他結(jié)果文件從Jｏbnａｍe.rｓｔ文件中讀入。２。5．１網(wǎng)格更新耦合場(chǎng)分析經(jīng)常遇到場(chǎng)域（靜電、電磁、流體)及結(jié)構(gòu)域產(chǎn)生大變形.這種情況下,要獲得耦合場(chǎng)的收斂解常常有必要更新非結(jié)構(gòu)區(qū)域的有限元網(wǎng)格，使之與已變形的結(jié)構(gòu)區(qū)域重合并且在場(chǎng)求解與結(jié)構(gòu)求解間進(jìn)行遞歸循環(huán).圖2－3,表明了一個(gè)典型的靜電—結(jié)構(gòu)耦合的問題，需要網(wǎng)格更新。這個(gè)問題中，梁放在接地平板的上方，給梁一個(gè)電壓引起它朝接地平板偏移(由靜電力引起）.隨著梁的偏移靜電場(chǎng)也在改變,隨梁與接地平板的靠近作用到梁上的作用力在增加，當(dāng)靜電力與梁的彈性恢復(fù)力達(dá)到平衡時(shí)則達(dá)到穩(wěn)定。圖2-3接地平板上的梁要運(yùn)行這個(gè)問題的模擬要求調(diào)整網(wǎng)格區(qū)域使之與變形的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格重合。在ＡNSYS中這種調(diào)整稱為網(wǎng)格隨移。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格隨移，需要執(zhí)行ＤＡＭOＲPH命令（修改依附于面上的單元)，ＤVMＯRPH命令（隨移依附于體上的單元),或DＥＭOＲPH命令（隨移已選擇的單元）。用RMSHＫY選項(xiàng)定義下列三種網(wǎng)格隨移方式之一：?隨移—程序移動(dòng)場(chǎng)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)和單元以與變形的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格重合。這種情況下,不生成任何新的節(jié)點(diǎn)和單元,也不會(huì)從場(chǎng)域去掉任何節(jié)點(diǎn)或單元。?重新劃分網(wǎng)格—程序去掉場(chǎng)區(qū)域網(wǎng)格，并代之以新的與變形結(jié)構(gòu)一致的網(wǎng)格。重新劃分網(wǎng)格并不改變結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。程序會(huì)連接新場(chǎng)網(wǎng)格與已有變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)和單元。?隨移或重新劃分網(wǎng)格—程序試圖首先對(duì)場(chǎng)網(wǎng)格進(jìn)行隨移。如果隨移失敗,程序?qū)⒆儞Q到重新劃分選擇場(chǎng)區(qū)域.這是缺省的設(shè)定。網(wǎng)格隨移只影響節(jié)點(diǎn)和單元。它不改變實(shí)體模型位置(關(guān)鍵點(diǎn)，線，面，體）.它保留節(jié)點(diǎn)和單元與實(shí)體模型的相關(guān)性.對(duì)選擇隨移的區(qū)域依附于關(guān)鍵點(diǎn),線，面內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)和單元來講隨移偏移了這些圖元但它們的相關(guān)性仍然保留.應(yīng)當(dāng)留意經(jīng)歷了網(wǎng)格隨移區(qū)域邊界條件及載荷的施加。施加到節(jié)點(diǎn)和單元上的邊界條件只有對(duì)隨移選項(xiàng)是適當(dāng)?shù)摹Ｈ绻吔鐥l件和載荷是直接施加到節(jié)點(diǎn)和單元上的，則DＡMORPＨ,ＤVMORＰH及DEＭORPH命令要求在重新劃分網(wǎng)格前將載荷及邊界條件刪除。直接施加到實(shí)體模型上的邊界條件和載荷可以正確傳遞到新網(wǎng)格上。因?yàn)槿笔〉倪x項(xiàng)為隨移或重新劃分網(wǎng)格，最好只分配實(shí)體模型邊界條件。隨移算法使用ＡＮSYS形狀檢查邏輯估計(jì)單元是否適于隨后的求解。在得到形狀檢查參數(shù)隨移單元時(shí)會(huì)查詢單元類型。有些情況隨移區(qū)域的單元類型可能為零單元（類型零），這種情況下形狀檢查準(zhǔn)則不如具體的分析單元類型嚴(yán)格。為避免這種情況,在執(zhí)行隨移命令前將零單元類型重新分配單元類型。在執(zhí)行隨移命令前結(jié)構(gòu)分析的位移結(jié)果必須在數(shù)據(jù)庫中.在結(jié)構(gòu)分析之后結(jié)果是在數(shù)據(jù)庫中的,或從結(jié)果文件讀入結(jié)果之后（后處理中的SEＴ命令）.模型的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)按計(jì)算的位移移動(dòng)到變形的位置.如果隨后要進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)當(dāng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)到原來的位置。通過選擇結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)并執(zhí)行帶有系數(shù)FＡCＴO(shè)R為—1的ＵPCOORD命令.Ｃommand：UPCＯORD，F(xiàn)actorGUI:ＭaｉｎＭeｎｕ:＞Ｓoｌutｉon＞Othｅr>UpdtNoｄｅCooｒd網(wǎng)格隨移支持所有的二維四邊形及三角形低、高階單元.對(duì)二維模型所有的節(jié)點(diǎn)和單元必須在同一個(gè)平面。任何曲面都不支持.三維,只有下列形狀隨移選項(xiàng)才支持。?全部為四面體單元－（支持隨移及重新劃分)?全部為六面體單元-（支持隨移)?全部為楔型單元-(支持隨移）?金字塔-四面體混合單元—（支持隨移）?六面體－楔型單元-（支持隨移)網(wǎng)格隨移對(duì)用ＳMRTＳIＺE命令選項(xiàng)生成的均勻大小的單元最有可能成功。高度扭曲的單元可以隨移失敗圖2－4梁和空氣的面模型示例了侵入靜電區(qū)域的梁區(qū)域。面1代表梁模型而面2代表靜電模型.在這個(gè)例子中,應(yīng)當(dāng)選擇面2進(jìn)行隨移。圖２—４梁與空氣區(qū)域的面模型很多種情況下,只有模型的一部分需要隨移(就是說，結(jié)構(gòu)區(qū)域的中間附近的區(qū)域）.在這種情況下應(yīng)當(dāng)只選擇結(jié)構(gòu)模型中部附近區(qū)域的面或體進(jìn)行隨移。圖2－5，梁及多個(gè)空氣區(qū)域模型的面模型示例了有多個(gè)靜電面的梁的例子。只有面3需要網(wǎng)格隨移。為保證與非隨移區(qū)域網(wǎng)格的相容,隨移算法并不改變選擇隨移面或體邊界上的節(jié)點(diǎn)和單元.在本例中,不應(yīng)改變面２及面3界面處的節(jié)點(diǎn)。圖２－5梁及多個(gè)空氣區(qū)域的面模型在結(jié)構(gòu)分析之后執(zhí)行網(wǎng)格隨移，執(zhí)行下列命令:命令：ＤAＭＯRＰHDVMORＰHDEMＯRＰHGUI:MaｉnMenu>Preprocesｓｏr＞－Meｓｈiｎg-MoｄiｆyMesh＞—PhysMorphｉng－ArｅaｓＭaｉｎMenｕ＞Preｐrocesｓｏｒ＞-Ｍesｈｉng-ModifyＭesｈ〉－ＰｈysMorpｈｉng-VolumesMainＭenu>Ｐreｐrocessor>-Mｅshing—ModｉfyMesh〉－PｈysMorpｈinｇ-Elementｓ參見§2。9一節(jié)中的例子2。5．2使用物理環(huán)境方法重啟動(dòng)一個(gè)分析在許多順序耦合場(chǎng)分析中需要重啟動(dòng)某個(gè)物理環(huán)境的求解。例如在感應(yīng)加熱中，在順序耦合循環(huán)中要重啟動(dòng)瞬態(tài)熱分析。對(duì)于靜態(tài)非線性結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析，重啟動(dòng)結(jié)構(gòu)分析也有許多好處.在順序耦合場(chǎng)分析中可以很方便地重啟動(dòng)一個(gè)分析。重啟動(dòng)一個(gè)分析需要此分析的EMAT、ＥＳAV以及ＤB文件。可以使用/ASSIGN命令指定某一分析的ＥMＡT及ESAV文件。數(shù)據(jù)庫文件在多物理環(huán)境耦合分析中是一致的。以下是重啟動(dòng)過程的簡(jiǎn)要步驟:1．對(duì)于需要重啟動(dòng)的物理環(huán)境,在求解以前用/ASSＩＧＮ命令,指定重啟動(dòng)的ＥMAT及EＳＡV文件；2。執(zhí)行重啟動(dòng)分析；3．使用/ASＳIＧN命令重新指定用于其他物理環(huán)境分析的EMAT及ESAＶ文件的缺省值。2。6定制Multiｐhyｓics求解工具§２．５節(jié)用物理環(huán)境執(zhí)行順序耦合場(chǎng)分析詳細(xì)表述了用物理環(huán)境處理求解順序耦合分析。多數(shù)情況下,宏命令可以用戶化這種處理.本節(jié)詳細(xì)敘述對(duì)具體應(yīng)用的用戶化求解宏.2。6．１靜電—結(jié)構(gòu)耦合求解工具對(duì)微機(jī)電系統(tǒng),由靜電場(chǎng)產(chǎn)生的機(jī)械力可能很大以致于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形.變形可以影響靜電場(chǎng)，而且要求耦合場(chǎng)求解。命令宏ＥＳSOLV是求解器工具將求解耦合的靜電場(chǎng)及結(jié)構(gòu)問題。它使用物理環(huán)境處理進(jìn)行順序分析.該宏能自動(dòng)在靜電場(chǎng)求解和結(jié)構(gòu)求解間進(jìn)行迭代直到場(chǎng)及結(jié)構(gòu)達(dá)到平衡。宏用§2。5.1節(jié)中的隨移步驟自動(dòng)更新靜電場(chǎng)網(wǎng)格以保證結(jié)構(gòu)位移。２．6.1.１要求ESSOLＶ宏利用§2.５節(jié)中敘述的物理環(huán)境。因此該命令宏求解工具在求解前需要?jiǎng)?chuàng)建靜電物理文件及結(jié)構(gòu)物理文件.該求解器工具可用于有四邊形或三角形單元的二維模型,三維模型使用§2．5．1節(jié)中講述的單元形狀選項(xiàng).該求解器工具對(duì)單元的長(zhǎng)寬比接近1的單元效果最好.由ＡＮSYＳ的SＭＲTSIZE產(chǎn)生的網(wǎng)格對(duì)這種模擬就是可接受的單元形狀.在求解過程中ＥSSOLV會(huì)對(duì)靜電場(chǎng)區(qū)域重新劃分網(wǎng)格。重新劃分網(wǎng)格區(qū)域施加到節(jié)點(diǎn)和單元上的邊界條件會(huì)丟失.因此,應(yīng)當(dāng)將邊界條件及載荷分配到實(shí)體模型上。對(duì)實(shí)體單元,ESSＯLV命令自動(dòng)檢測(cè)空氣-結(jié)構(gòu)界面并對(duì)靜電單元施加麥克斯韋爾表面標(biāo)志。該標(biāo)志用于初始從靜電區(qū)域傳力給結(jié)構(gòu)區(qū)域。當(dāng)用ESSOLV命令給結(jié)構(gòu)殼單元時(shí)(例如SHEＬL6３，SHELＬ93）,在寫最后的靜電物理文件之前必須手工施加麥克斯韋爾標(biāo)志給所有環(huán)繞殼的空氣單元。用ＳFA命令施加麥克斯韋爾表面標(biāo)志給代表殼單元的面。這會(huì)確保與殼單元兩側(cè)相鄰的空氣單元接受麥克斯韋爾表面標(biāo)志.注意-如果使用了低階次的實(shí)體或殼單元，設(shè)置ＫEYOPＴ(7)＝1對(duì)靜電單元類型確保力的正確傳遞。2。６.1.2步驟ESＳOLV命令宏的使用準(zhǔn)備如下.?建立包括整個(gè)靜電和結(jié)構(gòu)區(qū)域的實(shí)體模型.對(duì)結(jié)構(gòu)及靜電區(qū)域劃分網(wǎng)格。?通過分配合適的單元類型給劃分網(wǎng)格區(qū)域創(chuàng)建靜電物理環(huán)境,定義材料屬性,定義實(shí)體模型邊界條件及激勵(lì),選擇方程求解器等。對(duì)結(jié)構(gòu)區(qū)域設(shè)置單元類型為零單元(EＴ，，0）。寫靜電物理環(huán)境到物理文件（ＰＨYＳICS，ＷR(shí)ITE）.?清除靜電物理環(huán)境（PHYSＩCS,CLEAR）并建立結(jié)構(gòu)分析物理環(huán)境,選擇正確的單元類型,定義材料屬性，定義實(shí)體模型邊界條件及載荷，選擇方程求解器及選項(xiàng)等.寫結(jié)構(gòu)物理環(huán)境到物理文件(PＨＹSICS,WRITE）。?準(zhǔn)備實(shí)體模型或單元的部件要隨移(這個(gè)步驟是一個(gè)選項(xiàng),當(dāng)交互處理ESSＯLV命令宏時(shí)界面出現(xiàn)對(duì)話框可以完成此項(xiàng)）。對(duì)二維分析希望將經(jīng)歷網(wǎng)格隨移的靜電區(qū)域的面定義成一個(gè)面部件.對(duì)三維將體分類為體部件.見2.5.１節(jié)對(duì)選擇的合適區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格隨移。?對(duì)不進(jìn)行網(wǎng)格隨移的區(qū)域也定義一個(gè)部件(這個(gè)步驟是一個(gè)選項(xiàng),當(dāng)在界面中執(zhí)行ESSOLV命令時(shí)對(duì)話框中可以交互選擇）?？梢赃x擇在求解中不進(jìn)行隨移的靜電區(qū)域中的線(二維）或面（三維）。這通常是必要的如果隨移集中在整個(gè)模型的一個(gè)小的區(qū)域內(nèi)（見2.５.1節(jié)）。?如果結(jié)構(gòu)需要預(yù)應(yīng)力，準(zhǔn)備一個(gè)初應(yīng)力文件。而且,創(chuàng)建一個(gè)包含在初應(yīng)力文件中的單元部件。初應(yīng)力文件的格式參見《ANSYＳＢａsｉcAｎalysｉsGuide》中的初應(yīng)力載荷一節(jié).?執(zhí)行ESＳＯLV宏命令。２.6.1。3求解圖２-6ESSOＬＶ宏的數(shù)據(jù)流例題參見2.1１節(jié)，靜電-結(jié)構(gòu)分析實(shí)例。命令宏將會(huì)在靜電和結(jié)構(gòu)物理文件間以迭代的方式進(jìn)行循環(huán)直到結(jié)構(gòu)的變形和系統(tǒng)存儲(chǔ)的靜電能達(dá)到了規(guī)定的數(shù)值。缺省，求解在當(dāng)前求解同上一次求解最大結(jié)構(gòu)變形和存儲(chǔ)的靜電能的改變小于0．5％時(shí)收斂。可以用ESSＯＬV命令的EＬＥＣTOL和SＴRUTOＬ改變或去除收斂準(zhǔn)則。為保證模型準(zhǔn)備充分,通過設(shè)置ＥSSOLV命令的ＭXLOＯP=1可以執(zhí)行單一循環(huán)分析.成功完成問題求解后，ESSOＬV宏更新結(jié)構(gòu)和靜電區(qū)域的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)使其與結(jié)構(gòu)的變形一致.返回ESSOLV前的原模型,通過RESＵＭE命令恢復(fù)名稱為_ESSOLV．ＤB的數(shù)據(jù)庫文件.２。6.1。4后處理在后處理中查看結(jié)構(gòu)及靜電結(jié)果。記住ESSOLV命令對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)位移更新結(jié)構(gòu)幾何模型及場(chǎng)域。相應(yīng)地你將能夠看到更新幾何模型的結(jié)果。這可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的位移；但是，所有計(jì)算的量都是正確的完全可以看其他結(jié)果.如果需要體現(xiàn)結(jié)構(gòu)位移準(zhǔn)確的數(shù)值,將結(jié)構(gòu)返回到原來的基本形狀,用ＵPCOＯRD，-1命令。要對(duì)結(jié)構(gòu)結(jié)果進(jìn)行后處理，執(zhí)行下列：1．讀入結(jié)構(gòu)物理環(huán)境文件：命令：PHYSIＣS,REAＤGUI：MainＭenｕ＞Preprｏcｅssor〉PhysicsEnviｒon〉Reａd2．從結(jié)構(gòu)結(jié)果文件讀入結(jié)果：命令:SETＧUＩ：ＭaiｎMenｕ＞GeneralＰosｔproc〉ＬａstSet3.如果需要準(zhǔn)確的位移結(jié)果，選擇結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)并返回結(jié)構(gòu)原來的幾何形狀，用下列命令或菜單路徑：命令：NSEＬGUI:ＵtilityMenu〉Ｓelect〉Entitｉes命令:UPCＯORＤ,－1。GUI：MaiｎＭeｎu>Ｐreprocessｏr〉Loads〉Other>UpdtＮodｅＣｏｏｒｄ如果想要返回變形后的幾何形狀,執(zhí)行UPCOＯＲＤ,1.查看靜電結(jié)果，用下列步驟。對(duì)靜電結(jié)果進(jìn)行后處理，執(zhí)行下列：1．讀入靜電物理環(huán)境文件：命令：PＨYSＩCS，ＲＥＡDGＵI:MａiｎMeｎu〉Preprocessor〉ＰｈysｉcsEnｖiron>Reａd2。讀入靜電結(jié)果文件采用：命令:SEＴGＵI:MaiｎＭeｎu〉GｅnｅralＰosｔproc>LastSet２。6.1。5多個(gè)ESＳOLＶ求解我們常常會(huì)遇到給定一定范圍的電壓計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形，可以利用ESSOLV命令以這種方式運(yùn)行一系列求解。這種情況下，用＊DＯ和＊ENＤDＯ構(gòu)建一貫DO循環(huán)命令序列。必須定義新的載荷并重寫相應(yīng)的物理文件。對(duì)第二次及隨后ESSOLV命令的調(diào)用RＵＳEKY必須設(shè)置為一個(gè)大于１的值。在兩次調(diào)用EＳSOＬV命令之間不要用ＳＡVE命令保存數(shù)據(jù)庫。注意每一次結(jié)構(gòu)求解都是在原來基本幾何形狀基礎(chǔ)上進(jìn)行的。ESＳOLＶ不會(huì)在第二次及隨后的求解中自動(dòng)激活重啟動(dòng)功能。而且，求解不會(huì)引起任何路徑相關(guān)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)(諸如材料屬性的非線性）對(duì)激勵(lì)沿路徑反向.為在第二次及隨后的求解中激活重啟動(dòng)功能，結(jié)構(gòu)重啟動(dòng)指令(RESTＫY）應(yīng)當(dāng)為正(31）.對(duì)非線性結(jié)構(gòu)求解,結(jié)構(gòu)重啟動(dòng)通過從前面的收斂求解中重啟動(dòng)而有助于減少求解時(shí)間。2。6.2流體—結(jié)構(gòu)耦合求解工具命令宏ＦSＳOLV是一個(gè)求解器工具用于求解穩(wěn)態(tài)計(jì)算流體與靜力結(jié)構(gòu)耦合的問題.不適用于動(dòng)態(tài)流體—結(jié)構(gòu)相互作用（FSＩ）問題。利用物理環(huán)境處理的順序分析。該宏能自動(dòng)在計(jì)算流體與結(jié)構(gòu)求解間進(jìn)行迭代，直到場(chǎng)和結(jié)構(gòu)達(dá)到平衡.該宏只用§2。5。1節(jié)中論述的隨移方法按結(jié)構(gòu)位移自動(dòng)更新流體區(qū)域的網(wǎng)格。2.6。２.1要求ＦＳＳOLＶ宏利用２．5節(jié)中論述的物理環(huán)境方法。因此，該命令宏求解器工具在求解之前已經(jīng)創(chuàng)建了流體及結(jié)構(gòu)物理環(huán)境文件。該求解器工具可用于二維包括四邊形或三角形單元單元的模型，三維模型用§2.5.1節(jié)中論述的單元形狀選項(xiàng)。該求解器工具對(duì)單元的縱橫比（單元的長(zhǎng)寬比)接近1有最好的效果。由ANSYS的SMRTSIZＥ產(chǎn)生的網(wǎng)格對(duì)這種模擬就是可接受的單元形狀.FＳSOLV不支持對(duì)流體區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格重新劃分,只支持隨移。只能考慮結(jié)構(gòu)有小的運(yùn)動(dòng)的情況。2．６。2。2步驟用FSＳＯLV宏命令需要做如下準(zhǔn)備：?建立包括整個(gè)流體及結(jié)構(gòu)區(qū)域的試題模型.對(duì)結(jié)構(gòu)及流體區(qū)域劃分網(wǎng)格.?通過分配合適的單元類型給已劃分網(wǎng)格的區(qū)域，定義材料屬性，定義實(shí)體模型邊界條件及載荷,選擇方程求解器等創(chuàng)建流體物理環(huán)境。對(duì)結(jié)構(gòu)區(qū)域，設(shè)置單元類型為零單元（ET，0）。寫流體物理環(huán)境到物理文件(PＨYSICS,ＷＲIＴＥ）。?清除流體物理環(huán)境(PHYSICS，ＣLＥAR）并建立結(jié)構(gòu)分析的物理環(huán)境.選擇合適的單元類型,定義材料屬性,定義實(shí)體模型邊界條件及載荷，選擇方程求解器及選項(xiàng)等。對(duì)流體區(qū)域,設(shè)置單元類型為零單元(ET，0)。寫結(jié)構(gòu)物理環(huán)境到物理文件（ＰＨYＳIＣＳ,WＲＩＴE）.?準(zhǔn)備隨移的實(shí)體模型或單元部件（這個(gè)步驟使可選的,在界面中的ＦSSOLＶ命令宏對(duì)話框中可以交互進(jìn)行）。對(duì)二維分析希望將經(jīng)歷網(wǎng)格隨移的靜電區(qū)域的面定義成一個(gè)面部件。對(duì)三維將體分類為體部件.見§2.5。1節(jié)對(duì)選擇的合適區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格隨移。?對(duì)不進(jìn)行網(wǎng)格隨移的區(qū)域也定義一個(gè)部件（這個(gè)步驟是一個(gè)選項(xiàng)，當(dāng)在界面中執(zhí)行FＳSOLＶ命令時(shí)對(duì)話框中可以交互選擇）。可以選擇在求解中不進(jìn)行隨移的靜電區(qū)域中的線（二維）或面（三維）。如果隨移集中在整個(gè)模型的一個(gè)小的區(qū)域內(nèi)（見§2．5．１節(jié))，這通常是必要的。?執(zhí)行FSＳOLＶ宏命令。2．６。2．3求解該命令宏在流體和結(jié)構(gòu)物理文件間以迭代的方式進(jìn)行循環(huán)直到最大結(jié)構(gòu)變形及結(jié)果總的流體加到結(jié)構(gòu)上力和力矩的變化達(dá)到一個(gè)規(guī)定的數(shù)值為止。缺省地，當(dāng)所有三個(gè)值(結(jié)構(gòu)位移,流體力及力矩的最大幅值）在當(dāng)前與前一次迭代循環(huán)中相差小于0．5%求解即達(dá)到收斂。你可以利用ＦSSOLV命令的FORCＴO(shè)L，ＭOＭETOL及ＳＴRUTOL改變或關(guān)閉收斂準(zhǔn)則。缺省地,求解中最大流體總體平衡迭代數(shù)(FＬＤATA，IＴER，EXEC命令)是由寫流體物理文件時(shí)規(guī)定的。在初始的流體—結(jié)構(gòu)求解之后,達(dá)到一個(gè)好的結(jié)果所需的最大流體平衡迭代數(shù)目可能減少。要指定該值，用FLＵITＥＲ選項(xiàng)。要確保模型的條件準(zhǔn)備充分，可以通過FSSOＬV命令的MXLOＯP=１只執(zhí)行一次循環(huán)分析來檢驗(yàn)。當(dāng)成功完成問題的求解，F(xiàn)SSOLV宏按照結(jié)構(gòu)的變形更新結(jié)構(gòu)及流體區(qū)域的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)命令。要返回ＦＳSOLV求解前的幾何模型，用ＲEＳUＭE命令恢復(fù)名稱為_FＳSOLV。ＤB的數(shù)據(jù)庫。圖2—7FSSOLV宏的流程圖表示了FＳSOLV命令的數(shù)據(jù)流。本章之后有一個(gè)利用FSSOLＶ宏的穩(wěn)態(tài)流體—結(jié)構(gòu)分析實(shí)例.該例子計(jì)算了一個(gè)細(xì)鋁梁侵入流動(dòng)的水通道內(nèi)的變形。FSSOLV求解利用流體和結(jié)構(gòu)的缺省收斂容差經(jīng)過六次循環(huán)達(dá)到收斂.收斂結(jié)果顯示梁尖端的變形與初始結(jié)構(gòu)解相比變形超過20％，這揭示出遞歸式求解這種問題的重要性.該例子參見§2。1２一節(jié)。2。6。2．４后處理可以利用通用后處理器查看結(jié)構(gòu)及流體分析的結(jié)果。記?。芐SOＬV按照位移更新結(jié)構(gòu)及流體區(qū)域的模型。因此,會(huì)看到結(jié)果顯示在更新的模型上.這對(duì)位移的表示是不準(zhǔn)確的；然而，所有其他計(jì)算量是正確的可以查看。如果需要結(jié)構(gòu)位移的準(zhǔn)確表示,通過UPCOＯＲD，－1返回到原來的模型。查看結(jié)構(gòu)物理環(huán)境文件，執(zhí)行下列：1.讀入結(jié)構(gòu)物理環(huán)境文件:命令：ＰＨＹＳＩCS,ＲＥADＧUI：MainＭenu＞Pｒｅprocessor＞PhysicｓEnvｉron〉Reａｄ２．讀入結(jié)構(gòu)結(jié)果文件:命令：SETGUI:MaｉnMenu〉GeneｒaｌPoｓtproc＞LａstＳeｔ３．如果要求位移的準(zhǔn)確表示,選擇結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)并用下列命令或菜單路徑返回到原來結(jié)構(gòu)的模型:命令:NSＥLGUI:UtilityＭeｎu＞Select〉Entｉties命令:UPCOＯRD，－1。GＵI：MａiｎＭenｕ＞Prｅｐrocessoｒ>Loaｄs＞Other>UpｄtNodeCoord后處理流體分析結(jié)果，執(zhí)行下列：1．讀入流體物理環(huán)境文件：命令:ＰＨYＳICS,READＧUＩ：MａinMｅｎu〉Ｐreprocessoｒ>PhysicsEｎviｒon>Reaｄ2。讀入流體結(jié)果文件：命令:SＥTＧＵI：MａｉnMｅnu＞ＧeneralＰostｐｒoc〉LastＳet２。6.2。5多個(gè)FSＳOLV求解經(jīng)常會(huì)遇到要計(jì)算一系列流體力作用的結(jié)構(gòu)變形.可以利用FＳSＯＬV命令按這種方式進(jìn)行順序求解。這種情況下,利用＊ＤO及*ENDＤＯ命令構(gòu)建一個(gè)DO循環(huán)命令序列。必須定義新的載荷并寫相應(yīng)的物理文件。對(duì)第二次及隨后引用ＦSSOLV，RＵSEKY必須設(shè)置為一個(gè)大于1的數(shù)。在ＦSSOＬV調(diào)用間不要用SＡＶE命令保存數(shù)據(jù)庫。注意每一次結(jié)構(gòu)求解都是從原始形狀開始的。FSＳOLV不會(huì)在第二次及隨后的求解中自動(dòng)激活重啟動(dòng)功能。因此，求解不會(huì)引起任何路徑相關(guān)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)(諸如材料屬性的非線性）對(duì)激勵(lì)沿路徑反向.為在第二次及隨后的求解中激活重啟動(dòng)功能，結(jié)構(gòu)重啟動(dòng)鍵(REＳTKY）應(yīng)當(dāng)取正值。對(duì)非線性結(jié)構(gòu)求解，結(jié)構(gòu)重啟動(dòng)通過從前面的收斂求解中重啟動(dòng)而有助于減少求解時(shí)間。2。７使用間接方法進(jìn)行熱-應(yīng)力分析的實(shí)例本節(jié)描述了一個(gè)利用間接方法進(jìn)行熱-應(yīng)力分析的簡(jiǎn)單例子2.７。1問題描述一個(gè)長(zhǎng)厚壁雙層圓管,內(nèi)壁溫度為Ｔi,外壁溫度為To,其他參數(shù)如下圖所示。求解溫度沿徑向的分布,軸向應(yīng)力及環(huán)向應(yīng)力.幾何屬性載荷材料屬性內(nèi)圓柱（鋼)外圓柱（鋁）a=．1875in．Ti＝200°FＥ=3０x106psiE=10.6x１0６ｐｓib=.40in.To=7０°F=．65ｘ１０—5in/ｉｎ°F=1．35x1０—5in/ｉn°Ｆc=．60in．=0.3＝０．33K＝2.2bｔu/hr－ｉn－°FK=１0．8btu/hr—ｉn－°Ｆ間接方法進(jìn)行本問題分析基本步驟如下：1.定義并求解熱分析問題;2．回到前處理(/PＲＥＰ7）。轉(zhuǎn)換單元類型，添加材料屬性，設(shè)定結(jié)構(gòu)邊界條件；3。從熱分析結(jié)果文件中讀入溫度；４．求解結(jié)構(gòu)問題。以下為上述問題的命令流。文字前有（！)為注釋。/ｂaｔch,ｌist/ｓhow/ｔitle，tｈermａlstreｓsiｎconcｅntriccylinders-ｉndｉreｃtmｅtｈｏd/ｐrep7ｅt,1,pｌanｅ７7,，,1!ＰLANＥ７７aｘisymmetricｏptｉonmｐ，kxx,1,2．２！Steelconductivｉtymｐ,kxx,2,10.８!Alumｉnumconduｃｔｉviｔyrｅctｎg,。1875,。4,0，。05！Modeｌrectng，。4，。6,0,.05agluｅ，aｌｌｎumcmｐ，aｒeaaｓel,ｓ，aｒea，，1！Aｓsignattribｕｔestosolidｍodｅｌaatt，１，1,1ａsel，s,area，，2aatt，2，1，1aｓeｌ，ａｌlesize,。05ａmｅsh,aｌｌ!Meshmodelｎsel,s,loｃ,x，。1875d，ａll，temｐ,2０0！Appｌｙtheｒmalｌoadsｎsel，s，loc,x，．6d，alｌ,teｍp,７０nsel.aｌlfinｉｓh/soluｓolvｅfiｎｉsh/posｔ1path，ｒａdiaｌ，2!Dｅｆｉnepathnａmｅaｎｄnumberｏfｐathｐoiｎtｓppath，1,，.1875!Deｆinepathbyｌocationｐpaｔh，2，，．6ｐdef，ｔeｍp，teｍp！Interprettemperａt(yī)ureｔopａt(yī)hpagｅt,pａt(yī)ｈ，poiｎts,radial！Arｃhiveｐathpｏｉnｔｓｉnａrray”path”plｐath,temp！Ｐl(wèi)otｔempeｒaｔuresolｕtｉonｆiｎｉｓh／prep７ｅt，１，82,，，1?。觲ｉtchｔｏstructｕｒaｌeｌｅment，ＳOLID８２mp，ex，1，3０e6!Defｉnesｔｒucturaｌsteelpropｅrｔiesmp,ａlｐx,１，．６5ｅ－５ｍp,nuxy，1,.3ｍｐ，eｘ,2，１０。６e６!Definealuｍｉnuｍstｒucturaｌprｏpｅrtiesｍｐ，ａplｘ,2，1.35e—５ｍp，ｎuxy，2，．3３ｎsｅl,ｓ，loｃ，y,。０5!Ａpplｙstrｕcturaｌboｕndarｙcｏｎditioｎsｃｐ,１，ｕｙ,allnsel，s，loc，x，.1875cp,2，uｘ，allnsｅｌ,s,lｏc,ｙ，0d,aｌｌ，uy，0nseｌ，ａllfｉnish/sｏｌutreｆ,７０l(fā)dｒeaｄ,teｍp，，，，，rth!Reａdintｅｍpeｒatｕｒesfrｏmtｈermａlrｕnsolｖｅfinish/posｔ１paput,patｈ，pｏints?。襡storｅｐatｈpｍａｐ,，mat！Setpａt(yī)hmａppiｎgｔohａnｄｌｅmａt(yī)ｅrialdｉscｏｎｔinuiｔyｐdef,sx,s,ｘ!Interpｒeｔｒadiａlstrｅsspdef，sz，s，z?。蒼tｅrｐrｅｔhｏopｓtｒeｓsplpath,sx，sz！Plｏtstrｅssesplpagm，ｓx,,noｄe!Plotraｄialｓtreｓsonpathgeｏmｅtrｙfinish2．8使用物理環(huán)境方法進(jìn)行熱—應(yīng)力分析的實(shí)例本節(jié)使用物理環(huán)境方法求解前一節(jié)中描述的熱-應(yīng)力問題。對(duì)于這樣非常簡(jiǎn)單的問題,物理環(huán)境方法無法體現(xiàn)其優(yōu)越性，因?yàn)樗且粋€(gè)簡(jiǎn)單的單向耦合問題。但全部求解結(jié)束后,可以使用ＰHYＳＩCS命令在不同物理環(huán)境之間迅速切換，以得到不同物理環(huán)境下的結(jié)果.該問題用物理環(huán)境法處理基本步驟如下:1．定義熱分析問題;2．寫入熱分析物理環(huán)境文件;3.清除熱分析邊界條件及選項(xiàng)4．定義結(jié)構(gòu)問題；5．寫入結(jié)構(gòu)分析物理環(huán)境文件；６．讀入熱分析物理環(huán)境文件;7．熱分析求解并進(jìn)行后處理；8.讀入結(jié)構(gòu)分析物理環(huán)境文件;9．從熱分析結(jié)果文件中讀入溫度;１０.求解并后處理物理文件。以下為用物理環(huán)境方法求解此熱—應(yīng)力問題的命令流.文字前有(！）為注釋：/batch,list/ｓhow/ｔitle,thermａlｓtｒｅｓsinｃoｎceｎtriｃcylｉndｅrｓ—pｈｙsicsenvironｍentｍetｈod／prep7et，1，plａne7７,，，１！ＰLANE77axisymmetricopｔionsmｐ,kxx，１,２。２!Stｅe(cuò)ｌｃonducｔｉvｉｔyｎp，kxx，2，10。8?。羖umｉｎｕmconducｔivｉtｙrｅctng，.1８75，。４，0,.05!Ｍodelreｃtｎg，.4，．6,０,．05aｇlｕe,aｌlnumｃmp,ａreaasｅl,s,aｒeａ，，１！Aｓsignattributeｓtosolｉdｍoｄｅlaａt(yī)ｔ,１,1，1aｓｅl，s，area,，2aaｔt，2,１,１aｓel，ａllesize,。０5ameｓh，ａll！Mesｈmodelnｓel，s,loc,x，．1875d,all，temｐ，20０！Ａpplythermａlｌoadsnsel,ｓ,lｏc,x，.6d，all,ｔemp，７0nseｌ，aｌl，phｙｓics，wｒite，therｍaｌ！Writethethermalphｙsicsfｉｌｅpｈyｓｉｃs，clｅar！Clearallｂc"saｎdｏptioｎset,1,82,，,１?。觲itｃｈtosｔｒｕcturaｌelemｅnt，SOLID８2mｐ,ex,1，30ｅ6！Defineｓtruｃtｕrａlpｅrｔiesmp,aｐlx，１，。65ｅ－5mp,nuxy,1，.3mp,ex，2，1０.6e6!Defｉnealumiｎｕｍstruｃpertiｅsmp，alpx，2,１.３5ｅ-5mｐ，nuxy，2,。33nsel，ｓ，loc,y,.0５！Apｐlystrucｔｕrａｌbｏｕnｄaｒｙcｏｎditionscp,１，uｙ,alｌnｓel，s，ｌoｃ，x，.1８７5cp,2，ux,aｌｌnseｌ，ｓ，ｌoc，ｙ，0d，ａｌl,uy,０nsel,alltrｅf，７0pｈysiｃs,ｗritｅ,struct！Writeｓtrucｔurａlｐhysicsｆｉlesave!Ｓavedaｔabａsefinｉｓｈ/solｕphysics，read,ｔhermal!Readthｅrｍalphysiｃsfiｌeｓolｖe！Ｓｏｌvｅｔhermalpｒoblemfiniｓh／poｓt１pａｔh，radiａｌ,2！Dｅfineｐathｎａｍeandnｕmｂeｒofpatｈpointspｐatｈ，1,，。１8７5！Dｅfｉｎepａt(yī)ｈbylocatioｎpｐath，2,,。6pdef，temp，temp！Iｎterprettempｅratuｒetopathｐａｇeｔ,paｔh，points！Aｒcｈivepａt(yī)hｐｏintｓiｎarray"path＂ｐlpaｔh.temp!Ｐl(wèi)ottｅmperaturesolutionｆiｎｉsh/sｏｌuphｙsiｃｓ,read，struct！Readstrｕcｔurａlｐｈｙsicｓfileldread，temｐ,,,，，，ｒth！Readinｔemperatuｒeｓfromｔhermａｌrｕｎsolve!Soｌｖｅstｒuｃbｌeｍfiｎｉsh/post1paput，paｔh,poｉnts，ｒａdiaｌ!Ｒeｓtｏｒepathpmap，，maｔ!Setpathmappiｎgtohaｎｄlｅmaterialdiscｏntinuｉtypdｅｆ，sx，s，x！Intｅrprｅtradialsｔresspdef，ｓz,s,z！Interprｅthoopstressplpatｈ,sｘ，sz?。衛(wèi)otｓtressesplpagm，ｓx,noｄe！Ploｔrａdiaｌstｒeｓsoｎpathｇeoｍetryｆinish圖2—8徑向及環(huán)向應(yīng)力分布曲線圖２－９徑向應(yīng)力分布2。9使用物理環(huán)境方法進(jìn)行流—固耦合分析的實(shí)例本節(jié)中示例一個(gè)穩(wěn)態(tài)流體—結(jié)構(gòu)相互作用的問題。此問題將演示如何使非線性大變形結(jié)構(gòu)分析與流體動(dòng)力學(xué)分析進(jìn)行相互耦合分析,以及如何在物理環(huán)境設(shè)定中使用NULL單元.2.9。1問題描述流道中有一橡膠墊阻礙水的流動(dòng),入口流速為0.3５ｍ/s（如圖２-1０），其他參數(shù)將在命令流中詳細(xì)給出。求解水通過此流道的壓力降，以及穩(wěn)態(tài)條件下橡膠墊的變形。2.9。2分析步驟建立所要分析的流體及固體區(qū)域的模型。對(duì)于此問題應(yīng)當(dāng)創(chuàng)建三個(gè)區(qū)域：（a）橡膠墊;(b）環(huán)繞橡膠墊的流體區(qū)域，要求網(wǎng)格隨移;（c）純流體區(qū)域。圖2－10描述此模型。圖2-10分析區(qū)域劃分橡膠墊將在流體壓力作用下發(fā)生變形。變形的大小將顯著影響流場(chǎng)的形狀。在本例中定義的一個(gè)環(huán)繞橡膠墊的流體區(qū),用于流體物理環(huán)境。通過結(jié)構(gòu)區(qū)域的結(jié)構(gòu)分析，獲得橡膠墊的位移用于隨移環(huán)繞橡膠墊的小區(qū)域。隨后的流體分析使用隨移后的網(wǎng)格。流體分析對(duì)橡膠墊使用零單元結(jié)構(gòu)分析對(duì)流體使用零單元。下節(jié)討論流固耦合分析的步驟。２.9。2。1建模創(chuàng)建整個(gè)幾何模型，包括流體、橡膠墊區(qū)域。用AATT命令賦予這些面的單元類型編號(hào)、材料編號(hào)以及實(shí)常數(shù)編號(hào).表2—3列出編號(hào)分配。所有可能是流體區(qū)域的材料編號(hào)都設(shè)定為1。雖然實(shí)常數(shù)在本例中給出但并不使用.表2—4物理環(huán)境屬性區(qū)域單元類型材料實(shí)常數(shù)橡膠墊3２2流體1１12.9。２。2創(chuàng)建流體物理環(huán)境給流體區(qū)域分配單元類型及材料屬性，如表2－4所示.通過ＦLDA命令定義材料屬性，還要確定迭代次數(shù)，激活湍流模型，詳見命令流。表２—4流體物理環(huán)境區(qū)域類型材料實(shí)常數(shù)橡膠墊Ｎullｔype(0）noneｎone流體ＦLＵＩＤ1４1Ｖｉｓcosity,ｄensityｎｏｎe?施加適當(dāng)?shù)牧黧w邊界條件及載荷,如圖2-１1所示：圖2－１1流體物理環(huán)境邊界條件?在本例中,邊界條件施加在實(shí)體模型邊界上.后面的命令流中定義了一個(gè)包含橡膠墊底部節(jié)點(diǎn)的組元。可以在求解的每一次耦合迭代結(jié)束時(shí)列出這些節(jié)點(diǎn)位置的變化。在本例中編號(hào)為1的線代表橡膠墊的底部。選擇此線上的節(jié)點(diǎn)定義組元gasket。Comｍand：ＣM,GＡSKEＴ，ＮODESＧUI：UtilｉtyＭenｕ〉Selｅcｔ＞Coｍp／Aｓs’y〉ＣｒeateComponent?將流體物理環(huán)境寫入物理環(huán)境文件：Ｃomｍand：PＨYSICＳ，WRIＴE,FLUID,FLUIDGUＩ：MaiｎＭenｕ〉Prｅproceｓsｏｒ>ＰｈyｓicsEnviron>Wrｉtｅ2.９。2．3創(chuàng)建結(jié)構(gòu)物理環(huán)境?清除在流體物理環(huán)境中設(shè)定的所有信息，準(zhǔn)備定義結(jié)構(gòu)物理環(huán)境。Comｍand：PHYSICS,CLEARGＵI：ＭaiｎMenu〉Pｒｅｐrocessor〉PhyｓicsEnvｉron〉Clear?轉(zhuǎn)換流體單元類型到結(jié)構(gòu)類型單元并設(shè)定單元選項(xiàng),如表2－4所示.流體區(qū)的單元由FLUID1４１轉(zhuǎn)換為ＰLAＮＥ42.將流體區(qū)域的單元設(shè)定為ＮUＬL，因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)分析中，這個(gè)區(qū)域不作為分析對(duì)象。表2—5結(jié)構(gòu)物理環(huán)境區(qū)域類型材料實(shí)常數(shù)橡膠墊HYPEＲ56Mooney-Ｒiｖｌｉnnone流體Nullｔype(0）ｎｏnｅnone?定義結(jié)構(gòu)分析需要的每個(gè)物理區(qū)域的結(jié)構(gòu)屬性。見表2－５。?施加結(jié)構(gòu)邊界條件。(見圖2-１2).圖2－12結(jié)構(gòu)物理環(huán)境邊界條件?定義合適的載荷步和求解選項(xiàng)?寫入結(jié)構(gòu)物理環(huán)境文件（PＨYSＩCS,WRＩＴE，STRUC,STRUＣ）。2.9。2。4流體/結(jié)構(gòu)求解循環(huán)可以交互或批處理方式進(jìn)行流體-結(jié)構(gòu)求解循環(huán)。在本例中，橡膠墊的最大位移（MGＤ）成為總的收斂監(jiān)測(cè)量.當(dāng)連續(xù)兩次結(jié)構(gòu)求解的MGD改變量小于容差值,求解結(jié)束。初始的FLOＴＲAN分析設(shè)置的迭代次數(shù)應(yīng)當(dāng)多一些，以較好地收斂。隨后的流體分析由于是在前一次流體分析基礎(chǔ)上重啟動(dòng)，因此迭代次數(shù)可以少一些。結(jié)構(gòu)分析同樣也需要重啟動(dòng)。在每一次結(jié)構(gòu)分析之后，對(duì)環(huán)繞橡膠墊的小流體區(qū)域按結(jié)構(gòu)位移進(jìn)行網(wǎng)格隨移。這些新的節(jié)點(diǎn)位置對(duì)后面的流體分析作為輸入。對(duì)正確的結(jié)構(gòu)求解及更進(jìn)一步的網(wǎng)格隨移，所有的節(jié)點(diǎn)在從流體分析施加更新的壓力前必須返回到原來位置。循環(huán)求解的步驟如下：１。讀入流體物理環(huán)境.Command：PHYSICＳ，ＲEＡD，fluidＧUＩ：MainＭeｎu>Sｏluｔion>PhｙｓｉcsEnviron〉Reaｄ2。設(shè)定FLOTRＡN求解參數(shù)（例如總體迭代次數(shù)）。Cｏｍmand:FLＤAＴA，IＴEＲ，EXEC,10０ＧUI:ＭaiｎMenu＞Ｓolｕｔion〉FLＯTRAＮSetup>ＥxecuｔionContrｏｌ3。ＦLOTRAN求解.Cｏmmand：SolvｅＧUI：MainMenu>Soluｔｉoｎ>RunFLＯＴRAＮ４.讀入結(jié)構(gòu)物理環(huán)境Command:PHYSICＳ，ＲEＡＤ，strucGUI:MainMｅnu>Soｌuｔｉoｎ〉PhysicsEnvirｏn〉Rｅad５．執(zhí)行/AＳSIFN命令，確保結(jié)構(gòu)分析的重啟動(dòng)。Command：／AＳＳIGN,ＥSAVE,ＳTRUC，EＳＡV/AＳＳＩGN,EMAT，ＳTRUC，ＥMATGＵI：UtilityMenu>6.將節(jié)點(diǎn)返回到它們?cè)瓉淼奈恢靡员汶S后進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)分析及將來的網(wǎng)格隨移。對(duì)第一次流體-結(jié)構(gòu)求解循環(huán)不要執(zhí)行這一步。命令：ＰARSAＶ，ALLGUＩ:UｔilityMｅnｕ＞Parａmeters>ＳaｖｅParamｅters命令：RESUMEGUＩ：UtiｌiｔyMｅnu〉Jobname。ｄb命令：ＰARRESGUI:ＵtilitｙMenu>Paｒaｍeters＞RestｏｒeParameters7.重啟動(dòng)分析對(duì)第一次流體-結(jié)構(gòu)求解循環(huán)不要執(zhí)行這個(gè)步驟。命令：ANTYPE,STATIＣ，RＥSTGＵI:MaｉnMenu>Sｏｌuｔiｏｎ>ＲestａrｔＡｎａlyｓｉs8．選擇從FLOTRAN分析讀入壓力要施加的節(jié)點(diǎn)和單元。9．執(zhí)行LDREAＤ命令.Command:LDＲＥAD,PRES，ｌast，，，，，rflGUI：MａinＭｅnｕ＞Solｕtｉoｎ>—Loaｄs->Aｐplｙ>Presｓure〉FrｏｍFｌｕidＡnａlｙ10。設(shè)置選項(xiàng)不要使用多重重啟動(dòng)文件。命令:RESCOＮTROL,,NONＥGUI:MａinMeｎu〉Sｏｌution〉Ｎonlinear>RestａｒｔCｏｎtｒｏl11。求解結(jié)構(gòu)分析并在第一個(gè)載荷步保存數(shù)據(jù)庫以備將來使用。命令:SOLVＥGUI：ＭaｉnMenu〉Solｕtiｏn＞Solｖｅ命令：ＳAＶEGUI:UtilｉtyＭenu〉ａsJobnａｍe。db12.對(duì)環(huán)繞橡膠墊附近的小流體區(qū)域執(zhí)行網(wǎng)格隨移（組件名稱為AREＡ２)命令:DAMORPH，ARＥA2，,2GUＩ:MａinMenu>Ｐreprｏcｅｓsor〉-Meshinｇ-MoｄｉfyＭesh>—PhｙｓMｏrphｉng-Areａｓ13。與上一次結(jié)果相比評(píng)價(jià)網(wǎng)格的移動(dòng)。選擇名稱為GＡＳKET的組件并列表節(jié)點(diǎn)坐標(biāo).１4．比較相鄰的最大橡膠墊位移值（MＧＤ）來查看收斂情況.１5.從ｇaskeｔ.grｐh文件查看單元圖示.2。9。3結(jié)果執(zhí)行流體—結(jié)構(gòu)求解循環(huán)直到滿足收斂準(zhǔn)則.使用收斂容差0。5%。。第一次FLＯTＲAＮ分析共迭代４０0次,以得到較高的收斂精度,隨后的流體結(jié)構(gòu)循環(huán)相互作用循環(huán)FLＯＴRＡN分析各迭代100即可滿足精度要求.圖２-1３橡膠墊附近的流線圖2—１4壓力等值圖圖2－１３顯示變形的橡膠墊附近的流線，圖２-１４顯示壓力等值線。從量值上講,結(jié)果與未變形(第一次分析）及變形（最終分析）情況類似.圖2－1５橡膠墊上的應(yīng)力最后，圖2-15顯示最后分析得到的VoｎMｉseｓ應(yīng)力。最終分析的應(yīng)力峰值大約比第一次分析小25％.這表明考慮到幾何模型的變形對(duì)流場(chǎng)的影響是相當(dāng)顯著的。在畫結(jié)構(gòu)結(jié)果以前結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)返回到它們?cè)瓉淼奈恢?。命令：UPCOOＲD,-１ＧＵI:MaiｎＭenｕ〉Solutioｎ＞Other〉UｐdtNｏdeCoord以下為求解上述問題的命令流：／Ｂatch，list/prep7/shｏ,gaskｅt,ｇｒphｓｈpp,offET，1,1４１!Ｆlｕｉｄ－staｔiｃｍeshEＴ,2，56，!Hｙpｅrelasticelemeｎｔ!!！!?。?！FluidＳｔrｕｃtuｒeＩnteraｃtｉon—Mｕｌｔiphysｉcs!!!!!！！Dｅfｏrｍａt(yī)ionｏfagasｋｅtinaflowfield。?。。?！!!！!Elementpｌotsareｗrｉｔtentothｅ.！!—Watｅrｆlowsｉnavｅrｔicalpｉｐeｔhroughａconstｒｕｃtiｏｎ！forｍedｂyarubbｅrgａsket.!—Determｉnetheequiｌibｒiumposｉtｉonofthegａskeｔand?。鬶ereｓｕｌｔingflowｆiｅld！!|｜!｜|?。耾ｕｎdarｙof”moｒphingｆluid＂?。黖___＿_(dá)|!｜|__＿_(dá)__gaｓkeｔ！|｜?。?－——-——-—｜Bｏundａryof"ｍorｐｈinｇfluid"(sｆ)!｜｜?。?！1。Builｄｔhemodelｏftheentiredｏmain：！!Fluidrｅgioｎ-statｉcmeｓｈ?。?！!Gasｋetlｅavｅｓahｏleiｎtｈecenterofthedｕｃt！！MoｒｐｈiｎｇFｌuiｄrｅｇｉonisａuｓeｒdｅfiｎedregiｏｎaｒounｄ?。hｅgaｓket。Tｈeｆlｕｉdmeshherewilｌｄeｆorｍandbe！!uｐｄatedasｔhegａskｅtdefｏrｍs。!?。?！ParａmeterizｅDimｅｎsioｎsinthefloｗdirｅｃｔioｎ!！yenｔ=０.0!Ycｏｏrdinaｔeoftheentrancetothepipedyen=1.0!Undｅformｅdｇｅｏmeｔｒyflowｅntrancelｅｎgthysf１=yeｎｔ＋dｙeｎ!Ycｏorｄinatｅoｆｅnｔranｃetothｅmorphingfluidrｅgiondsf1=０.5！Thｉckneｓsｏｆuｐsｔｒeamygaｓ=ysｆ1+dsf1！Ycooｒｄｉnaｔeoftheboｔtomoftｈｅgaskｅｔｄg=0.02!Thiｃkｎessofｔhegａｓｋetdg2＝dg/２。ｙｔg＝y(tǒng)ｇas＋ｄg！Ycooｒdinateｏfthｅiｎｉtialtopofthegaｓkeｔｄsf2=0.5!Thiｃｋneｓsofdownsteamｒegioｎｙｓｆ2＝ｙtg+dsｆ2!Yｏf