PdB3載荷考慮

1、June 3, 1996 2001年10月1日B-57 與其它單個分析因素相比，選擇合適的載荷對你的分析結果與其它單個分析因素相比，選擇合適的載荷對你的分析結果影響更大。影響更大。 將載荷添加到模型上一般比確定是什么載荷要簡單的多。將載荷添加到模型上一般比確定是什么載荷要簡單的多。June 3, 1996 2001年10月1日B-58載荷載荷 包括邊界條件和內(nèi)外環(huán)境對物體的作用?？梢苑殖梢园ㄟ吔鐥l件和內(nèi)外環(huán)境對物體的作用。可以分成以下幾類：下幾類：定義定義 自由度約束自由度約束 集中載荷集中載荷 面載荷面載荷 體載荷體載荷 慣性載荷慣性載荷June 3, 1996 2001年10月1日B-5

2、9自由度約束自由度約束就是給某個自由度就是給某個自由度(DOF)指定一已知數(shù)指定一已知數(shù)值值 (值不一定是零值不一定是零)。定義定義June 3, 1996 2001年10月1日B-60 結構分析中的固定位移結構分析中的固定位移(零或者非零值零或者非零值) 。大多數(shù)自由度約束用。大多數(shù)自由度約束用作：作： 對稱性邊界條件或者稱作對稱性邊界條件或者稱作“built-in”邊界條件邊界條件 指定剛體位移。指定剛體位移。 熱分析中的指定溫度。熱分析中的指定溫度。舉例舉例June 3, 1996 2001年10月1日B-61對稱性或反對稱邊對稱性或反對稱邊界條件可以添加到界條件可以添加到線、面或平面的

3、節(jié)線、面或平面的節(jié)點上。點上。 (它們中的每它們中的每一個最后成為各個一個最后成為各個節(jié)點上的一組約束節(jié)點上的一組約束。) 在大多數(shù)情況在大多數(shù)情況下，下，ANSYS將自動將自動確定約束的方向。確定約束的方向。固定位移約束舉例固定位移約束舉例: 對稱邊界條件的添加對稱邊界條件的添加 June 3, 1996 2001年10月1日B-62固定位移約束舉例固定位移約束舉例: 剛體位移約束剛體位移約束1st point pinned- 3 translational constraints2nd point constrained in both directions normalto line b

4、etween 1st & 2nd constrained points3rd point constrained normal to planepassing through all 3 constrained points該方塊上下面受壓。該方塊上下面受壓。它需要仔細選擇它需要仔細選擇6個個平移自由度平移自由度 ，并約束，并約束它們的剛體運動，但它們的剛體運動，但不能引起附加扭曲應不能引起附加扭曲應力。力。June 3, 1996 2001年10月1日B-63集中載荷集中載荷 就是作用在模型的一個點上的載荷。就是作用在模型的一個點上的載荷。定義定義June 3, 1996 2001年

5、10月1日B-64 結構分析中的力和彎矩。結構分析中的力和彎矩。 熱分析中熱流率。熱分析中熱流率。 集中載荷可以添加到節(jié)點和關鍵點上。集中載荷可以添加到節(jié)點和關鍵點上。(添加到關鍵點添加到關鍵點上的力將自動轉化到相連的應節(jié)點上。上的力將自動轉化到相連的應節(jié)點上。)舉例舉例June 3, 1996 2001年10月1日B-65 集中載荷通常是向由梁集中載荷通常是向由梁(beam)、桿、桿(spars)和彈簧和彈簧(springs)構成的非連續(xù)性的模型添加載荷的一種途徑。構成的非連續(xù)性的模型添加載荷的一種途徑。 對于由殼單元對于由殼單元(shells)、平面單元、平面單元(XY plane ele

6、ments)或者或者三維實體單元三維實體單元(3-D solids)等組成連續(xù)性模型，集中載荷意味等組成連續(xù)性模型，集中載荷意味存在應力奇異點。存在應力奇異點。 你可以用等效集中載荷代替靜力分布載荷，并添加到模你可以用等效集中載荷代替靜力分布載荷，并添加到模型上。型上。 如果你不關心如果你不關心(集中載荷作用集中載荷作用)節(jié)點處的應力，這樣做是節(jié)點處的應力，這樣做是可以接受的。可以接受的。對于結構分析而言對于結構分析而言June 3, 1996 2001年10月1日B-66面載荷面載荷 就是作用在單元表面上的分布載荷。就是作用在單元表面上的分布載荷。定義定義June 3, 1996 2001年

7、10月1日B-67 結構分析中的壓力。結構分析中的壓力。 熱分析中的對流和熱流密度。熱分析中的對流和熱流密度。 面載荷可以添加到線或面上面載荷可以添加到線或面上 (實體模型上的實體實體模型上的實體)、以及、以及節(jié)點或單元上。節(jié)點或單元上。 作用在線或面上的面載荷最終會傳到面內(nèi)各個單元上。作用在線或面上的面載荷最終會傳到面內(nèi)各個單元上。舉例舉例June 3, 1996 2001年10月1日B-68在塊頂面上施加均布壓力在塊頂面上施加均布壓力June 3, 1996 2001年10月1日B-69變化面載荷情形變化面載荷情形 梯度梯度 在面載荷中在面載荷中可能會使用到。你可能會使用到。你可以給一按線

8、性變可以給一按線性變化的面載荷指定一化的面載荷指定一個梯度，例如水工個梯度，例如水工結構在深度方向上結構在深度方向上受到靜水壓。受到靜水壓。June 3, 1996 2001年10月1日B-70面載荷不是垂直于表面的情形面載荷不是垂直于表面的情形某些類型的載荷只能作用在某些類型的載荷只能作用在 面效應單元面效應單元上，這些單元的作用是將載上，這些單元的作用是將載荷傳遞到模型的其它單元：荷傳遞到模型的其它單元： 結構實體單結構實體單元的切向元的切向 (或其它方向或其它方向) 壓力。壓力。 實體熱單元實體熱單元的輻射描述的輻射描述。June 3, 1996 2001年10月1日B-71體載荷體載荷

9、 是分布于整個體內(nèi)或場內(nèi)的載荷。是分布于整個體內(nèi)或場內(nèi)的載荷。定義定義June 3, 1996 2001年10月1日B-72 結構分析中的溫度載荷。結構分析中的溫度載荷。 熱分析中生熱率。熱分析中生熱率。 電磁場分析中電流密度。電磁場分析中電流密度。 體載荷可以、添加到關鍵點或節(jié)點上。體載荷可以、添加到關鍵點或節(jié)點上。 (關鍵點上的體載荷最關鍵點上的體載荷最終將轉化成各個節(jié)點上的一組組體載荷。終將轉化成各個節(jié)點上的一組組體載荷。)舉例舉例June 3, 1996 2001年10月1日B-73體載荷分布復雜情形體載荷分布復雜情形體載荷分布一般都很復體載荷分布一般都很復雜，必須通過其它分析雜，必須

10、通過其它分析才能得到，例如通過熱才能得到，例如通過熱應力分析獲得溫度分布應力分析獲得溫度分布。在某些情況下，體載。在某些情況下，體載荷是由當前分析結果決荷是由當前分析結果決定，這就需要進行耦合定，這就需要進行耦合場分析。場分析。結構分析模型上溫度分布結構分析模型上溫度分布June 3, 1996 2001年10月1日B-74 慣性載荷慣性載荷 是由物體的慣性（質量矩陣）引起的載荷，是由物體的慣性（質量矩陣）引起的載荷，例如重力加速度，加速度，以及角加速度。例如重力加速度，加速度，以及角加速度。定義定義June 3, 1996 2001年10月1日B-75特點特點 慣性載荷只有結構分析中有慣性載

11、荷只有結構分析中有。 慣性載荷是對整個結構定義慣性載荷是對整個結構定義的，是獨立于實體模型和有的，是獨立于實體模型和有限元模型的。限元模型的。 考慮慣性載荷就必須定義材考慮慣性載荷就必須定義材料密度料密度 (材料特性材料特性DENS)。繞繞Y軸的角速度軸的角速度June 3, 1996 2001年10月1日B-76簡化假定越少越好。簡化假定越少越好。使施加的載荷與結構的實際承載狀態(tài)保持吻合。使施加的載荷與結構的實際承載狀態(tài)保持吻合。準則準則June 3, 1996 2001年10月1日B-77分析一受垂直載荷的托分析一受垂直載荷的托架。架。怎樣才能使模型左邊邊怎樣才能使模型左邊邊界在垂直方向上

12、不存在界在垂直方向上不存在運動？運動？舉例舉例: 向結構添加匹配載荷向結構添加匹配載荷June 3, 1996 2001年10月1日B-78你你可能可能 需要約束需要約束Y方向上的一個點方向上的一個點 - 但這樣做會但這樣做會在約束點位置產(chǎn)生應力奇異在約束點位置產(chǎn)生應力奇異.constrainedpointstresssingularity舉例舉例: 向結構添加匹配載荷向結構添加匹配載荷June 3, 1996 2001年10月1日B-79如果你將整個左邊邊界的垂直自由度全部約束，可如果你將整個左邊邊界的垂直自由度全部約束，可能會更好些，但人為阻礙能會更好些，但人為阻礙“泊松效應泊松效應”（即

13、，一個（即，一個方向上的應力引起其它方向上的應變），造成應力方向上的應力引起其它方向上的應變），造成應力場局部失真。場局部失真。constrainededge舉例舉例: 向結構添加匹配載荷向結構添加匹配載荷June 3, 1996 2001年10月1日B-80事實上，并沒有很好的方法向該結構上添加垂直約束。事實上，并沒有很好的方法向該結構上添加垂直約束。如果希望得到精確的應力，在分析中還應當將托架的支如果希望得到精確的應力，在分析中還應當將托架的支撐部分考慮進來。撐部分考慮進來。舉例舉例: 向結構添加匹配載荷向結構添加匹配載荷June 3, 1996 2001年10月1日B-81 如果你沒法做

14、得更好，只要其它位置結果正確也是可如果你沒法做得更好，只要其它位置結果正確也是可以認為是正確的，但是你必須忽略以認為是正確的，但是你必須忽略“不合理不合理”邊界的邊界的附近一定區(qū)域內(nèi)的應力。附近一定區(qū)域內(nèi)的應力。 加載時，你必須十分清楚各個加載對象。加載時，你必須十分清楚各個加載對象。更小的托架模型能更好更小的托架模型能更好地確定孔周圍的應力。地確定孔周圍的應力。準則準則June 3, 1996 2001年10月1日B-82 除了對稱邊界外，實際上不存在真正的剛性邊界。除了對稱邊界外，實際上不存在真正的剛性邊界。 不要忘記泊松效應。不要忘記泊松效應。 添加剛體運動約束添加剛體運動約束, 但不能

15、添加過多的（其它）約束：但不能添加過多的（其它）約束： 一塊二維平面應力、平面應變、梁或一塊二維平面應力、平面應變、梁或桿模型至少需要三個約束。桿模型至少需要三個約束。軸對稱模型至少需要一個（軸向）約束。軸對稱模型至少需要一個（軸向）約束。三維實體或殼模型至少需要六個約束。三維實體或殼模型至少需要六個約束。準則準則X constraintsBracket該模型邊界條該模型邊界條件合理件合理?June 3, 1996 2001年10月1日B-83實際上，集中載荷是不存在的。實際上，集中載荷是不存在的。 然而，只要你不關心集然而，只要你不關心集中載荷作用區(qū)域的應力，完全可以以集中載荷添加將載荷中載

16、荷作用區(qū)域的應力，完全可以以集中載荷添加將載荷添加到模型上。添加到模型上。 這是一個帶有切口的受這是一個帶有切口的受拉板，如果你只關心切拉板，如果你只關心切口區(qū)域的應力，集中載口區(qū)域的應力，集中載荷加載是完全可以的。荷加載是完全可以的。準則準則June 3, 1996 2001年10月1日B-84軸對稱模型具有一些軸對稱模型具有一些獨一無二的邊界特性獨一無二的邊界特性 。 在在360度的基礎上度的基礎上輸入集中力和輸出輸入集中力和輸出反力，載荷大小等反力，載荷大小等于整個周向力的總于整個周向力的總和。和。 軸對稱實體結構，軸對稱實體結構，象實體桿件，應當象實體桿件，應當約束對稱軸方向上約束對稱

17、軸方向上的自由度的自由度UX， 限限制理論上可能存在制理論上可能存在的不真實零變形。的不真實零變形?？偧辛偧辛?= 2p pr = 47,124 lb.準則準則三維結構三維結構二維模型二維模型June 3, 1996 2001年10月1日B-85 簡化假定越少越好。簡化假定越少越好。 使施加的載荷與結構的實際承載狀態(tài)保持吻合使施加的載荷與結構的實際承載狀態(tài)保持吻合Statically 如果沒法做得更好，只要其它位置結果正確也是可以認為如果沒法做得更好，只要其它位置結果正確也是可以認為使正確的，但是你必須忽略使正確的，但是你必須忽略“不合理不合理”邊界的附近一定區(qū)邊界的附近一定區(qū)域內(nèi)的應力

18、。域內(nèi)的應力。 加載時，必須十分清楚各個載荷的施加對象。加載時，必須十分清楚各個載荷的施加對象。 除了對稱邊界外，實際上不存在真正的剛性邊界。除了對稱邊界外，實際上不存在真正的剛性邊界。 不要忘記泊松效應。不要忘記泊松效應。 添加剛體運動約束添加剛體運動約束, 但不能添加過多的（其它）約束。但不能添加過多的（其它）約束。 實際上，集中載荷是不存在的。實際上，集中載荷是不存在的。 軸對稱模型具有一些獨一無二的邊界特性軸對稱模型具有一些獨一無二的邊界特性 ?？偨Y總結 .準則準則June 3, 1996 2001年10月1日B-86求解器求解器 的功能是求解關于結構自由度的聯(lián)立線性方程組的功能是求解

19、關于結構自由度的聯(lián)立線性方程組 - 這這個過程可能需要花費幾分鐘個過程可能需要花費幾分鐘(1,000個自由度個自由度)到幾個小時或到幾個小時或者幾天者幾天 (100,000 - 1,000,000 自由度自由度)，基本上取決于你所，基本上取決于你所用計算機的速度。對于簡單分析，可能需要一、兩次求解用計算機的速度。對于簡單分析，可能需要一、兩次求解。對于復雜的瞬態(tài)或非線性分析，可能需要進行幾十次、。對于復雜的瞬態(tài)或非線性分析，可能需要進行幾十次、幾百次、或者甚至幾千次求解。幾百次、或者甚至幾千次求解。ANSYS提供了三個求解器用于一般求解：提供了三個求解器用于一般求解：波前求解器波前求解器（Fr

20、ontal solver）和）和 PCG求解器（求解器（ PCG solver）（預條預條件件共扼梯度共扼梯度, 或者或者 “Power求解器求解器”）。稀疏矩陣求解器）。稀疏矩陣求解器（Sparse solver） 也可以使用，主要用于非線性問題。也可以使用，主要用于非線性問題。June 3, 1996 2001年10月1日B-87下面是二者的差別對比表：下面是二者的差別對比表：CharacteristicFrontal SolverPCG SolverANSYS “status”user choosesuser choosesyear introduced in ANSYS19701994

21、method of solutionGaussian eliminationiterativewill you get an answer?yes, if stiffness matrix is notsingularyes, if stiffness matrix is nottoo badly conditionedbehavior with poorly posedproblemmight solve, abort, and/orgive useful info aboutdifficultymight solve,might fail to convergeaccuracy of so

22、lutionwell beyond needs of FEA(other assumptions affectresults more)any solution obtained meetsspecified input tolerance onresidual forcetypical demonstrated speed- 1,000 DOF-similar to frontal solverspeed- 10,000 DOF- 3 times faster than frontalspeed- 100,000 DOF- 10 times faster than frontalspeed- 200,000 DOF- 50 times faster than frontaldisk used- 10,000 DOFnot an issue-disk used- 100,000 DOF1,000 - 2,000 MB200 - 300 MBdisk used- 200,000 DOF5,000 - 10,000 MB700 - 1,000 MBmemory required formaximum speednot an issueconservative guideline is100 MB avai