ANSYS基础教程加载求解.docx

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ANSYS基础教程加载求解

ANSYS基础教程—加载&求解

发表时间：

2011-3-18

关键字：

ANSYSANSYS常用命令力载荷求解器多重载荷步

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本文主要讲述五种载荷类型中剩下一种载荷—集中载荷,比如应力分析中的节点载荷，包括以下内容：

集中载荷、节点坐标、求解器、多重载荷步。

概述

   ·迄今为止,我们已经知道了如何施加以下类型的载荷:

   –位移（DOF约束）

   –压力和对流载荷（表面载荷）

   –重力（惯性载荷）

   –“结构”温度（体载荷）

   这些载荷占了五种载荷类型中的4种。

本文将讲述剩下的一种载荷—集中载荷,比如应力分析中的节点载荷。

   ·将就以下问题进行讨论:

   A.集中载荷

   B.节点坐标

   C.求解器

   D.多重载荷步

A.力载荷

   ·一个力就是可以在一个节点或关键点处施加的集中载荷（也可以叫“点载荷”）

   ·和力一样，点载荷适合于线状模型，如梁，桁架，弹簧等。

   在实体单元或壳单元中,点载荷往往引起应力奇异，但当您忽略了附近的应力时，它仍然是可接受的。

记住，您可以通过选择来忽略附近施加了点载荷的单元。

   ·在左下角展示的二维实体单元中，我们注意到在加力位置出现最大应力SMAX（23,854）。

   当在力附近的节点和单元不被选中时，SMAX（12,755）就会移到底部角点处，这是由于在该角点处约束引起的另一处应力奇异。

   通过不选底部角点附近的节点和单元，您就可以在上孔附近得到预期的应力SMAX（8,098）。

   注意，对于轴对称模型:

   ·在全部360°范围内输入力的值。

   ·同样在全部360°范围内输出力的值（反力）。

   ·例如,设想一个半径为r的圆柱形壳体边缘施加有Plb/in的载荷。

把这个载荷施加在二维轴对称壳体模形上（比如SHELL51单元）,您就要施加一2πrP的力。

   ·施加一个力需要有以下信息:

   –节点号（您可以通过施取确定）

   –力的大小（单位应与您正在使用的单位系统保持一致）

   –力的方向—FX,FY,或FZ

   使用:

   –Solution>-Loads-Apply>Force/Moment

   –或命令FK或F

   ·问题:

在哪一个坐标系中FX,FY,和FZ有说明？

B.节点坐标系

   ·所有的力，位移，和其它与方向有关的节点量都可以在节点坐标中说明。

   –输入量:

   ·力和力矩FX,FY,FZ,MX,MY,MZ

   ·位移约束UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ

   ·耦合和约束方程

   ·其它

   –输出量:

   ·计算出的位移UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ

   ·反力FX,FY,FZ,MX,MY,MZ

   ·其它

   ·节点坐标系和模型中的每个节点有关。

   ·缺省时,节点坐标系与总体笛卡尔坐标系一致，例如，所有施加的力和位移约束缺省时都是在笛卡尔坐标中。

   ·必要时，您可以转换节点坐标的方向。

   例如:

   –模拟一个斜的滚动支座。

   –施加径向力.

   –施加径向约束（比如模拟一个承受压力的刚性销）。

   ·旋转节点坐标分为四步:

   1.选择需要旋转的节点。

   2.激活您要旋转的节点所在的坐标系（或者生成一个局部坐标系）例如：

CSYS,1。

   3.选择Preprocessor>Move/Modify>-RotateNodeCS-ToActiveCS,然后在拾取器中按[PickAll]或者使用NROTAT,ALL命令。

   4.激活所有节点。

   ·注意:

当您在反对称边界条件下施加对称约束时，ANSYS自动旋转边界上的所有节点。

   ·演示:

   –恢复rib.db文件。

   –把工作平面移至底圆圆心处（使用关键点的中间位置）。

   –在工作平面上激活柱坐标系（或建立一个局部坐标系）。

   –选择半径在r=0.35上的点并画出它们。

   –在当前激活的坐标系中旋转所有被选择节点的坐标系。

   –在所有选择的节点上施加一个UX位移约束（或者施加一个FX的力）。

注意极径方向。

   –激活笛卡尔坐标系（CSYS,0）.

   –在当前激活的坐标系中旋转所有选择节点的坐标系。

   –重新画出节点，注意新载荷的方向。

C.求解器

   ·求解器的功能是求解代表结构自由度个数的线性联立方程。

   ·求解的速度主要取决于模型的大小和您计算机的速度，所用时间可以是几秒，也可以是几小时。

   ·只有一个载荷步的线性静态分析只需一次求解，而非线性或瞬态分析可能需要几十个，几百个甚至几千次求解。

   因此，选择求解器的类型是很重要的。

   ·ANSYS中可用的求解器可以分为三类:

   –直接消去求解器

   ·波前求解器

   ·稀疏求解器（缺省）

   –迭代求解器

   ·PCG（预制条件共轭梯度求解器）

   ·ICCG（不完全乔利斯基共轭梯度求解器）

   ·JCG（雅可比共轭梯度求解器）

   –并行求解器（需要特殊的授权文件）

   ·AMG（AlgebraicMultigrid）

   ·DDS（分布区域求解器）

   ·直接消去求解器求解以下内容:

   1.计算单元刚度矩阵。

   2.读取第一个单元的自由度。

   3.删除所有已知自由度或通过其它自由度可以表示的自由度,然后把方程写入.tri文件。

保留的自由度构成波前。

   4.对所有单元重复2，3步骤直到所有的自由度都被消去。

现在的.tri就包含了一个三角化的矩阵。

   5.回代求解自由度,然后使用单元矩阵计算单元解。

   ·由于自由度仍不能被排除，所以波前是对角化过程中保留在求解器中的自由度数。

它随着求解的进行增大或缩小，当最后自由度消去完成后，波前数变为零。

   ·波前直接影响到计算的速度：

值越大，速度越慢。

   ·重新进行单元编号—为求解器选择一个合适的单元编号顺序—可以减小波前数。

ANSYS在一开始就自动对单元重新编号。

   ·迭代求解器通过以下步骤求解:

   1.计算单元刚度矩阵。

   2.组集总体刚度矩阵。

   3.开始时把所有自由度的值设为零，然后一直迭代到收敛（基于输入的残余力的容许值）。

   4.用单元刚度矩阵计算单元解。

   ·在ANSYS中迭代求解器和PCG,JCG,ICCG的主要区别是所使用的预条件控制不同。

–并行求解器（需特殊授权）

   ·AMG（代数多极运算）

   –迭代求解器可以在单处理器或多处理器环境下使用。

   ·DDS（DistributedDomainSolver）

   –把大模型分解为小的域，然后把这些小的域送到多处理器中处理。

   ·选择求解器:

   –Solution>-AnalysisType-Sol’nControl,然后选择Sol’nOptions标号

   –或者使用EQSLV命令

   缺省是“程序选择”求解器[eqslv,-1],它常常是稀疏矩阵只接求解器。

D.多载荷步求解

   ·到现在为止,我们已经学会了如何在一组载荷条件下求解，例如，单载荷步求解。

   –输入或生成模型

   –网格划分

   –施加载荷

   –求解（单载荷步）

   –观察结果

   ·如果您是在多组载荷条件下求解，可以选择下面两种方法中的一种:

   –把所有载荷放在一起求解

   –或者分别施加载荷作为多组载荷求解。

   ·单载荷步可定义为下列载荷条件之一

   ·当使用多载荷步时，可以:

   –“隔离”结构的响应到每一种载荷条件

   –在后处理中以任何方式合并这些响应，可以研究不同的设想（这称为载荷工况组合只对线性分析有效。

在14章中论述）

   ·两种定义及求解多载荷步的方式:

   –多次求解

   –载荷步文件方法

   多次求解方法

   ·单载荷步求解的扩展,不离开求解器的情况下顺序求解每一个载荷步

   ·最适于批处理模式

   ·当用于交互模式时，这个方法只适于能快速求解的模型

   载荷步文件方法

   ·这种情况,不是求解每个载荷步，写载荷步信息到一个文件，称为载荷步文件:

   –Solution>-LoadStepOpts-WriteLSFile

   –或使用LSWRITE命令

   ·载荷步文件命名为jobname.s01,.s02,.s03,等等

   ·在所有载荷步写出后，可以只用一个命令—LSSOLVE或Solution>-Solve-FromLSFiles—顺序读入每个文件并求解

   ·载荷步文件方法的优点在于可以交互建立所有载荷步在离开计算机时求解它，甚至对大模型也可如此。

   ·注意:

在载荷步文件中的加载荷命令总是按照节点和单元的，尽管可以在实体模型上施加载荷。

   ·这两种方法:

   –施加在前一个载荷步的载荷将保留在数据库中直到删除为止。

所以要确保删除不是当前载荷步的载荷

   –每一载荷步的结果附加到结果文件中去，并标识为载荷步1，载荷步2等等

   –在后处理中，首先读入希望的结果集，然后查看

   –数据库中包含求解的最后一个载荷步的载荷及结果

   ·演示:

   –恢复rib.db文件

   –将左边线的UX约束并约束底边线的UY

   –给上边线施加压力=100

   –写载荷步文件1,然后列表并显示有限元载荷命令

   –对右边线施加渐变的从50到100的压力

   –删除上边压力载荷

   –写载荷步文件2

   –LSSOLVE,1,2

   –分别查看每一载荷步的结果