3种动载荷加载方法.docx
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3种动载荷加载方法
[本例提示]本例将学习ANSYS中载荷步控制方法以及施加动态载荷的三种加载方法:
多载荷步法、表载荷法和函数载荷法。
1.问题描述
一个下端固定的圆柱顶面上承受如图3—1所示的动态压力载荷,试确定其顶面位移响应。
已知圆柱长度为,直径为,材料的弹性模量为×105MPa,泊松比为,密度为7800kg/m3。
图3-3动态载荷示意图
2.多载荷步法
多载荷步法求解思路为:
首先,为每一个载荷步施加载荷并设置载荷步参数。
然后,将每个载荷步写入载荷步文件,最后一次性求解所有载荷步。
对于本问题:
定义载荷步1:
–在要求的部位上添加约束;
–在要求的节点上施加载荷0;
–规定施加此力的终止时间(1e-6),指出时间步长和变化方式为Ramp方式;
–规定输出控制,
–将此载荷步写入载荷步文件1中。
定义载荷步2:
–在要求的节点上施加载荷;
–规定施加此力的终止时间,指出时间步长和变化方式为Ramp方式;
–规定输出控制,
–将此载荷步写入载荷步文件2中。
定义载荷步3:
–改变载荷值为;
–规定终止时间。
其他设置同前;
–将此载荷步写入载荷步文件3中。
定义载荷步4:
–删除力或将其值设置为零;
–规定终止时间,变化方式为Stepped方式;其他设置同前。
–将此载荷步写入载荷步文件4中
•前处理
[步骤1]画模型
(1)绘制立方块:
选择菜单MainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Volume→Cylinder→SolidCylinder,输入底面圆心坐标(0,0)、半径2、高度2,单击OK按钮。
(2)保存几何模型:
选择菜单UtilityMenu:
File→SaveAs,在存储数据库对话框中的SaveDatabaseto中输入数据库名:
。
[步骤2]设属性
(1)定义单元类型:
选择菜单MainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete,在单元类型对话框中单击Add按钮,在弹出的单元库对话框中选择Solid和Brike8node185(即选Solide185单元),单击OK按钮,再单击Close按钮。
(2)定义材料属性:
选择菜单MainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModel→在弹出的材料属性窗口中依次双击Structural,Linear,Elastic和Isotropic,在弹出的对话框中设置EX(弹性模量)为+11;PRXY(泊松比)为,单击OK按钮。
在MaterialModelsAvailable列表框中单击路径:
Structural→Density,在密度DENS一栏中输入7800,单击OK按钮。
退出材料定义窗口。
[步骤3]分网格
(1)定义单元尺寸:
选择菜单MainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool,单击MeshTool对话框Global项中的Set按钮,在单元尺寸对话框中,设置Size=5(单元长度为5),单击OK按钮。
(2)分格:
选择菜单MainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool,选中Mesh栏中的Sweep单选钮,单击MeshTool对话框中的Mesh按钮,在绘图区单击选中圆柱,单击左侧的拾取对话框中的OK按钮。
[步骤4]保存网格模型:
选择菜单UtilityMenu:
File→SaveAs,在存储数据库对话框中的SaveDatabaseto中输入数据库名:
。
2.求解
[步骤1]指定分析类型:
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→NewAnalysis,选Transient单选钮,选中Full(完全法)单选钮,单击OK按钮。
[步骤2]对第一个载荷步施加载荷
a)添加约束:
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Displacement→OnArea,在图形区中单击圆柱底面,单击左侧的拾取对话框中的Apply按钮,在施加约束对话框中选择All,单击OK按钮。
b)添加载荷:
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea,在图形区中单击圆柱顶面,单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设VALUE=0,单击OK按钮。
c)设置载荷步:
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl,如图2-16所示,在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置:
Timeatendofloadstep(结束时间)为1e-6,Numberofsubstep(子载荷步数)为5,Frequency为writeEverysubstep(存储所有计算结果),在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Rampedloading单选钮,单击OK按钮。
d)写载荷步文件1:
选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile,弹出WriteLoadStepFile对话框。
在Loadstepfilenumbern处输入1,单击OK按钮。
e)
图3-3求解控制对话框
[步骤3]对第二个载荷步施加载荷
a)添加载荷:
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea,在图形区中单击圆柱顶面,单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设VALUE=,单击OK按钮。
b)设置载荷步:
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl,在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置:
Timeatendofloadstep(结束时间)为,Numberofsubstep(子载荷步数)为5,Frequency为writeEverysubstep(存储所有计算结果),单击OK按钮。
c)写载荷步文件2:
选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile,弹出WriteLoadStepFile对话框。
在Loadstepfilenumbern处输入2,单击OK按钮。
[步骤4]对第三个载荷步施加载荷
a)添加载荷:
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea,在图形区中单击圆柱顶面,单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设VALUE=10,单击OK按钮。
b)设置载荷步:
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl,在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置:
Timeatendofloadstep(结束时间)为,Numberofsubstep(子载荷步数)为5,Frequency为writeEverysubstep(存储所有计算结果),单击OK按钮。
c)写载荷步文件3:
选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile,弹出WriteLoadStepFile对话框。
在Loadstepfilenumbern处输入3,单击OK按钮。
[步骤5]对第四个载荷步施加载荷
a)添加载荷:
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea,在图形区中单击圆柱顶面,单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设VALUE=0,单击OK按钮。
b)设置载荷步:
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl,在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置:
Timeatendofloadstep(结束时间)为,Numberofsubstep(子载荷步数)为5,Frequency为writeEverysubstep(存储所有计算结果),在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Steppedloading单选钮,单击OK按钮。
c)写载荷步文件4:
选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile,弹出WriteLoadStepFile对话框。
在Loadstepfilenumbern处输入4,单击OK按钮。
[步骤6]求解:
选择菜单MainMenu→Solution→Solve→FromLSFile,弹出SolveLoadStepFiles对话框。
在StartingLSfilenumber处输入1;在EndingLSfilenumber处输入4。
单击OK按钮。
当求解完成时会出现一个Solutionisdone的提示对话框。
单击close。
3.结果处理
POST26观察节点146的位移时间历程结果
[步骤1]定义结果变量:
选择菜单MainMenu:
TimeHistPostpro,单击
按钮,单击NodalSolution→DOFSolution→Z-compnentofdisplacement,设ValuName为Xiangying,单击OK按钮,在图形区单击顶面上的节点,单击拾取对话框中OK按钮。
[步骤2]绘制位移响应曲线:
选择菜单MainMenu:
TimeHistPostpro,选中前面定义的Xiangying变量,单击
按钮,绘制位移响应曲线,见图3-9(a)。
图3-17位移响应曲线
Finish
/Clear
/PREP7
CYL4,,,2,,,,
ET,1,SOLID185
MP,EX,1,
MP,PRXY,1,
MP,DENS,1,7800
ESIZE,0,5,
VSWEEP,All
FINISH
/SOL
ANTYPE,4
TRNOPT,FULL
NSUBST,5,0,0
OUTRES,ERASE
OUTRES,ALL,ALL
KBC,0
TIME,1e-6
DA,1,ALL,
SFA,2,1,PRES,0
LSWRITE,1,
TIME,
SFA,2,1,PRES,
LSWRITE,2,
TIME,
SFA,2,1,PRES,10
LSWRITE,3,
TIME,
KBC,1
SFA,2,1,PRES,0
LSWRITE,4,
LSSOLVE,1,4,1,
FINISH
/POST26
FILE,'file','rst','.'
NSOL,2,96,U,Z,UZ_2
PLVAR,2,
3.表格载荷法
表格载荷法的求解思路为:
首先,将载荷-时间历程用表格表示。
然后,用数组参数定义载荷随时间变化的表。
最后,施加表载荷,作为一个载荷步一次性求解。
表格载荷法的加载过程:
定义表格参数表→施加已有表载荷→表格载荷步控制。
对于本问题的载荷表为:
表3-1载荷-时间历程表
序号
时间/s
载荷
1
0
0
2
3
10
4
0
5
0
•前处理
重复多载荷步求解中的相应步骤或打其保存的网格模型数据库。
•求解
[步骤1]指定分析类型:
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→NewAnalysis,选Transient单选钮,选中Full(完全法)单选钮,单击OK按钮。
[步骤2]添加约束:
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Displacement→OnArea,在图形区中单击圆柱底面,单击左侧的拾取对话框中的Apply按钮,在施加约束对话框中选择All,单击OK按钮。
[步骤3]定义表格载荷
a)定义表格:
选择菜单UtilityMenu:
Parameter→ArrayParameter→Define/Edit,在数组定义对话框中单击Add按钮,在新数组对话框中设ParameterName为Tableload,ParameterType为Table,设I,J,K为(5,1,1),Var1为Time,单击OK按钮完成表定义。
b)填充表格:
选择菜单UtilityMenu:
Parameter→ArrayParameter→Define/Edit,在数组定义对话框中选中前面定义的表格Tableload,单击Edit按钮,在表填充对话框中输入时间_载荷历程表,如图所示,单击菜单File→Apply/Quit,单击OK按钮完成表填充。
[步骤4]施加表载荷:
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea,在图形区中单击圆柱顶面,单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设[SFA]下拉式列表框为ExistingTable,在弹出的表载荷选择对话框中选中TableLoad表载荷,单击OK按钮。
[步骤5]设置载荷步:
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl,如图2-16所示,在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置:
Timeatendofloadstep(结束时间)为,Numberofsubstep(子载荷步数)为50,Frequency为writeEverysubstep(存储所有计算结果),在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Rampedloading单选钮,单击OK按钮。
[步骤6]
图3-3求解控制对话框
[步骤7]求解:
选择菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS,单击OK按钮。
当求解完成时会出现一个Solutionisdone的提示对话框。
单击close。
结果处理
重复多载荷步求解中的相应步骤,POST26观察顶面位移时间历程结果。
Finish
/Clear
/PREP7
CYL4,,,2,,,,
ET,1,SOLID185
MP,EX,1,
MP,PRXY,1,
MP,DENS,1,7800
ESIZE,0,5,
VSWEEP,All
FINISH
*DIM,Tab_Load,TABLE,5,1,1,Time,,
!
*
*SET,TAB_LOAD(1,0,1),0
*SET,TAB_LOAD(2,0,1),
*SET,TAB_LOAD(2,1,1),
*SET,TAB_LOAD(3,0,1),1
*SET,TAB_LOAD(3,1,1),10
*SET,TAB_LOAD(4,0,1),
*SET,TAB_LOAD(5,0,1),
/SOLU
ANTYPE,4
TRNOPT,FULL
LUMPM,0
!
*
NSUBST,50,0,0
OUTRES,ERASE
OUTRES,ALL,ALL
TIME,
DA,1,ALL,
SFA,2,1,PRES,%TAB_LOAD%
SOLVE
FINISH
/POST26
FILE,'file','rst','.'
NSOL,2,51,U,Z,UZ_2
PLVAR,2,
3.函数载荷法
函数载荷法的求解思路为:
首先,将载荷-时间历程用函数工具表示。
然后,将载荷-时间函数转换为表格载荷。
最后,施加已有表载荷,作为一个载荷步一次性求解。
函数载荷法的加载过程:
定义函数关系式→转换为表格载荷→施加已有表载荷→表格载荷步控制。
图所示的载荷-时间历程函数为:
()
3.前处理
重复多载荷步求解中的相应步骤或打其保存的网格模型数据库。
•求解
[步骤1]指定分析类型:
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→NewAnalysis,选Transient单选钮,选中Full(完全法)单选钮,单击OK按钮。
[步骤2]添加约束:
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Displacement→OnArea,在图形区中单击圆柱底面,单击左侧的拾取对话框中的Apply按钮,在施加约束对话框中选择All,单击OK按钮。
[步骤3]定义函数载荷
a)定义函数载荷:
选择菜单UtilityMenu:
Parameter→Function→Define/Edit,在函数编辑窗口的Function卡中选中Multivaluedfunctionbasedonregimevariable(分段函数)单选钮,在下拉式列表框中选择
在regime1卡片中,设自变量范围为[0,],Result=45*{TIME}({TIME}不能输入,列表框中选择TIME)。
重复上述步骤,在regime2卡片中,设自变量范围为[,],Result=-25*{TIME}+35。
在regime3卡片中,设自变量范围为[,],Result=0。
在函数编辑窗口中单击菜单File→Save,在文件保存对话框中设文件名为Load,单击OK按钮,在函数编辑窗口中单击菜单File→Close,完成载荷函数定义。
b)转换为表格载荷:
选择菜单UtilityMenu:
Parameter→Function→ReadfromFile,选中前一步保存的函数,在函数载荷对话框的Tableparametername(表格载荷名称)中输入Fun_load,单击OK按钮,将载荷函数转化为表格载荷。
c)施加表载荷:
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea,在图形区中单击圆柱顶面,单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设[SFA]下拉式列表框为ExistingTable,在弹出的表载荷选择对话框中选中TableLoad表载荷,单击OK按钮。
[步骤4]设置载荷步:
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl,如图2-16所示,在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置:
Timeatendofloadstep(结束时间)为,Numberofsubstep(子载荷步数)为50,Frequency为writeEverysubstep(存储所有计算结果),在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Rampedloading单选钮,单击OK按钮。
[步骤5]
图3-3求解控制对话框
[步骤6]求解:
选择菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS,单击OK按钮。
当求解完成时会出现一个Solutionisdone的提示对话框。
单击close。
结果处理
重复多载荷步求解中的相应步骤,POST26观察顶面位移时间历程结果。
Finish
/Clear
/PREP7
CYL4,,,2,,,,
ET,1,SOLID185
MP,EX,1,
MP,PRXY,1,
MP,DENS,1,7800
ESIZE,0,5,
VSWEEP,All
FINISH
!
定义函数
*DEL,_FNCNAME
*DEL,_FNCMTID
*DEL,_FNCCSYS
*SET,_FNCNAME,'Fun_Load'
*SET,_FNCCSYS,0
!
/INPUT,,,,1
*DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,5,4,,,,%_FNCCSYS%
!
Beginofequation:
{TIME}
*SET,%_FNCNAME%(0,0,1),,-999
*SET,%_FNCNAME%(2,0,1),
*SET,%_FNCNAME%(3,0,1),
*SET,%_FNCNAME%(4,0,1),
*SET,%_FNCNAME%(5,0,1),
*SET,%_FNCNAME%(6,0,1),
*SET,%_FNCNAME%(0,1,1),,99,0,1,1,0,0
*SET,%_FNCNAME%(0,2,1),0
*SET,%_FNCNAME%(0,3,1),0
*SET,%_FNCNAME%(0,4,1),0
*SET,%_FNCNAME%(0,5,1),0
!
Endofequation:
{TIME}
!
Beginofequation:
45*{TIME}
*SET,%_FNCNAME%(0,0,2),,-999
*SET,%_FNCNAME%(2,0,2),
*SET,%_FNCNAME%(3,0,2),
*SET,%_FNCNAME%(4,0,2),
*SET,%_FNCNAME%(5,0,2),
*SET,%_FNCNAME%(6,0,2),
*SET,%_FNCNAME%(0,1,2),,-1,0,45,0,0,1
*SET,%_FNCNAME%(0,2,2),,-2,0,1,-1,3,1
*SET,%_FNCNAME%(0,3,2),0,99,0,1,-2,0,0
*SET,%_FNCNAME%(0,4,2),0
*SET,%_FNCNAME%(0,5,2),0
!
Endofequation:
45*{TIME}
!
Beginofequation:
-25*{TIME}+35
*SET,%_FNCNAME%(0,0,3),,-999
*SET,%_FNCNAME%(2,0,3),
*SET,%_FNCNAME%(3,0,3),
*SET,%_FNCNAME%(4,0,3),
*SET,%_FNCNAME%(5,0,3),
*SET,%_FNCNAME%(6,0,3),
*SET,%_FNCNAME%(0,1,3),,-1,0,-25,0,0,1
*SET,%_FNCNAME%(0,2,3),,-2,0,1,-1,3,1
*SET,%_FNCNAME%(0,3,3),0,-1,0,35,0,0,-2
*SET,%_FNCNAME%(0,4,3),,-3,0,1,-2,1,-1
*SET,%_FNCNAME%(0,5,3),,99,0,1,-3,0,0
!
Endofequation:
-25*{
- 配套讲稿:
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- 载荷 加载 方法
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