ANSYS分析結(jié)果的后處理.ppt

后處理是用圖形、數(shù)據(jù)的方式顯示有限元計(jì)算的結(jié)果，以供用戶進(jìn)行判斷、分析，從而檢查有限元模型的合理性。這是有限元結(jié)構(gòu)分析的重要環(huán)節(jié),5.1 后處理,ANSYS提供了許多方式對模型施加加載，而且借助于載荷步選項(xiàng)，用戶可以在求解中逐步對模型施加載荷。在ANSYS的術(shù)語中，載荷(Loads)包括邊界條件和外部或者內(nèi)部作用力。,4.1.1 載荷種類,在不同的學(xué)科中，載荷的具體含義也不盡相同，下面為不同學(xué)科中所指的載荷術(shù)語。 結(jié)構(gòu)分析：位移、力、壓力、溫度、重力； 熱力分析：磁場、熱流速率、對流、內(nèi)部熱生成、無限表面等； 磁場分析：磁場、磁通量、磁場段、源流密度、無限表面； 電場分析：電勢（電壓）、電流、電荷、電荷密度、無限表面等； 流體分析：流速、壓力等 對不同學(xué)科的載荷而言，程序中的載荷可以分為六類： （1） DOF constraint(DOF約束）:定義節(jié)點(diǎn)的自由度值，也就是將某個(gè)自由度賦予一個(gè)已知值。在結(jié)構(gòu)分析中該約束被指定為位移和對稱邊界條件；在熱力分析中被指定為溫度和熱通量平行的邊界條件。,（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；在熱分析中為熱流速率；在磁場分析中為電流段。 （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；在熱分析中為對流和熱通量。 （4）Body load(體積載荷)：為施加于模型上的體積載荷或者場載荷。在結(jié)構(gòu)分析中為溫度；熱力分析中為熱生產(chǎn)率。 （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。例如可以施加磁場分析中計(jì)算的磁力作為結(jié)構(gòu)分析中的力載荷。,1)載荷步(load step) 載荷步就是我們平時(shí)講的分步施加加載荷，以模擬真實(shí)的載荷配置。左圖所示顯示了一個(gè)需要三個(gè)載荷步的載荷歷程曲線：第一個(gè)載荷步用于線性載荷，第二個(gè)載荷步用于不變載荷，第三個(gè)載荷步用于卸載。載荷值在載荷部的結(jié)束點(diǎn)達(dá)到全值。 2)載荷子步 子步(Sub step):將一個(gè)載荷步分成幾個(gè)子步施加載荷。 3)時(shí)間的作用 在所有靜態(tài)和瞬態(tài)分析中，ANSYS使用時(shí)間作為跟蹤參數(shù)，而不論分析是否依賴于時(shí)間。在指定載荷歷程時(shí)，在每個(gè)載荷步的結(jié)束點(diǎn)賦予時(shí)間,4.1.1.1 載荷步和子步,值。時(shí)間也可作為一個(gè)識(shí)別載荷步和載荷子步的計(jì)算器。這樣計(jì)算得到的結(jié)果也將是與時(shí)間有關(guān)的函數(shù)，只不過在靜力分析中，時(shí)間取為常量0；在瞬態(tài)分析中，時(shí)間作為表示真實(shí)時(shí)間歷程的變量在變化；在其它分析中，時(shí)間僅作為一個(gè)計(jì)算器識(shí)別求解時(shí)所采用的不同載荷步。,從時(shí)間的概念上講，載荷步就是作用在給定時(shí)間間隔內(nèi)的一系列載荷；子步為載荷步中的時(shí)間點(diǎn)，并在這些點(diǎn)上求得中間解。,在ANSYS程序中，用戶可以把載荷施加在實(shí)體模型（關(guān)鍵點(diǎn)、線、面、體等）上，也可以施加在有限元模型（結(jié)點(diǎn)、單元）上。如果載荷施加在幾何模型上，ANSYS在求解前先將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型上。這兩種情況各有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 (1)施加在實(shí)體模型上 優(yōu)點(diǎn): （1）模型載荷獨(dú)立于有限元網(wǎng)格之外，這樣就不必因?yàn)榫W(wǎng)格重新劃分而重新加載；（2）通過圖形拾取來加載時(shí)，因?yàn)閷?shí)體較少，所以施加載荷簡易。 缺點(diǎn): （1）不能顯示所有的實(shí)體模型載荷；（2）施加關(guān)鍵點(diǎn)約束的擴(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，因此在使用擴(kuò)展約束時(shí)，在關(guān)鍵點(diǎn)上施加約束要特別小心。,4.1.2 加載方式及其優(yōu)缺點(diǎn),(2)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）任何對于有限元網(wǎng)格的修改都會(huì)使已施加的載荷無效，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)樵瓉硎┘釉谝粭l線上的載荷需要逐個(gè)結(jié)點(diǎn)來拾取，原來施加在一個(gè)面上的載荷需要逐個(gè)單元來拾取，非常麻煩。實(shí)例：connect.db,任何實(shí)際結(jié)構(gòu)都會(huì)受到一定的約束條件來保持其穩(wěn)定性，因此給結(jié)構(gòu)模型施加合適的約束條件是進(jìn)行有限元分析的一個(gè)重要步驟。 在結(jié)構(gòu)分析涉及到的所有載荷中，慣性載荷相對于整體相對于整體笛卡兒坐標(biāo)系施加于整個(gè)模型，除此之外，其它載荷既可以施加于實(shí)體圖元（點(diǎn)、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)。 施加載荷可以通過前處理器Preprocessor或求解器Solution 中的Loads項(xiàng)完成。左圖示菜單為第一種方式。彈出相應(yīng)對話框后：,4.2 載荷的施加,(1)選擇載荷形式：如Displacement(位移) ,Force/Moment(力和力矩),Pressure(壓力)、Temperature（溫度）等； (2)選擇加載的對象：如:On Keypoints、On Lines、On Areas、On Nodes、On Element等； (3)指定載荷的方向和數(shù)值,在結(jié)構(gòu)分析中，DOF約束中相應(yīng)的自由度有平移和旋轉(zhuǎn)，共有6個(gè)，即UX、UY、UZ(X、Y、Z方向平動(dòng)自由度）及RTOX、RTOY、RTOZ （X、Y、Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)平動(dòng)自由度），它可以施加在線上，也可以施加在結(jié)點(diǎn)上。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。DOF的復(fù)雜情況如下： 施加對稱或者反對稱DOF約束 施加耦合DOF約束,4.2 .1 加載自由度(DOF)約束,4.2.1.1 在關(guān)鍵點(diǎn)（或節(jié)點(diǎn)）上加載位移約束,命令： DK, KPOI, Lab , VALUE ,VALUE2, KEXPND, Lab2, Lab3, Lab4, Lab5, Lab6 D, NODE, Lab , VALUE ,VALUE2, NEND, NINC, Lab2, Lab3, Lab4, Lab5, Lab6 GUI：SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Keypoints（或On Nodes） 參數(shù)說明： KOPI、NODE要施加約束的關(guān)鍵點(diǎn)號(hào)、節(jié)點(diǎn)號(hào) LabUX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ等符號(hào)標(biāo)識(shí)； VALUE、VALUE2自由度值、第二個(gè)自由度值； NEND，NINC指定相同的約束值到NODE到NEND的節(jié)點(diǎn)上（缺省為NODE），其節(jié)點(diǎn)號(hào)增量為NINC（缺省1）； KEXPND關(guān)鍵點(diǎn)自由度擴(kuò)展選項(xiàng)（0約束只施加在關(guān)鍵點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)上；1將關(guān)鍵點(diǎn)上的約束進(jìn)行擴(kuò)展(見下頁） Lab2 , Lab3, Lab4, Lab5, Lab6附加自由度，這些自由度取相同的值施加在這些節(jié)點(diǎn)上。,對話框中的KEXPND選項(xiàng)設(shè)為YES，可使相同的約束施加在位于兩關(guān)鍵點(diǎn)連線的所有節(jié)點(diǎn)上。如左圖所示。只要拾取關(guān)鍵點(diǎn)K1和K2，再在設(shè)置對話框中選擇All DOF，并在VLAUE框中輸入0，設(shè)置EXPAND為Yes，則K1至K2之間的所有節(jié)點(diǎn)都將被約束，即相當(dāng)于固定了這條邊；KEPANDNo則只固定了K1、K2上的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)被約束。,K1,K2,4.2.1.2 在線（或面）上加載位移約束,命令： DL, LINE, AREA ，Lab , Value ,Value2 DA, AREA, Lab , Value ,Value2 參數(shù)說明：略 GUI：SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Lines（或On Areas）,4.2.1.2 對稱約束與反對稱約束,在位移約束中還有兩個(gè)非常重要的約束，就是施加在對稱面上的對稱約束和反對稱約束。 （1）對稱約束限制對稱面內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)自由度，同時(shí)限制了垂直于對稱面的位移自由度。 （2）反對稱約束限制了對稱面內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)在對稱面內(nèi)的兩個(gè)方向位移自由度，同時(shí)限制了垂直于對稱面的旋轉(zhuǎn)自由度。,對稱約束與反對稱約束的示意圖如下：,這兩種約束條件應(yīng)用在不同的對稱模型的場合，通過設(shè)定對稱約束邊界條件達(dá)到簡化建模的效果。施加對稱約束和反對稱約束的采用的命令仍然是DL、DA，其參數(shù)Lab設(shè)為SYMM（對稱）或ASYM（反對稱）。 GUI: SolutionDefine Symmetry B.C. （或Antisymm B.C.）,在結(jié)構(gòu)分析中，集中載荷包括力（FX、FY、FZ，即在X軸、Y軸、Z軸方向的集中力和力矩（MX、MY、MZ，即繞X軸、Y軸、Z軸的力矩）。它們只能施加在關(guān)鍵點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)上 FK，KOPI，Lab，Vlaue，Vlaue2 F，NODE，Lab， Vlaue，Vlaue2，MEND，NINC GUI：|LoadsDefine LoadsApplyStructuralPressureOn On Keypoints （或On Nodes） 參數(shù)說明： KOPI、NODE關(guān)鍵點(diǎn)、節(jié)點(diǎn) Lab：FX，F(xiàn)Y，F(xiàn)Z（力）或MX，MY，MZ（力矩）,4.2.2 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,在結(jié)構(gòu)分析