workbench荷載、約束、接觸定義(總結(jié)版)

1、目錄workbench 荷載的含義1workbench 約束的含義3接觸4workbench荷載的含義1）方向載荷對(duì)大多數(shù)有方向的載荷和支撐，其方向多可以在任意坐標(biāo)系中定義：-坐標(biāo)系必須在加載前定義而且只有在直角坐標(biāo)系下才能定義載荷和支撐的方向.-在details view 'i1,改變“define by”到“components”.然后從下拉菜單屮選擇合適的直角坐標(biāo) 系.-在所選坐標(biāo)系中指定x, y,和z分量-不是所有的載荷和支撐支持使用坐標(biāo)系。2）加速度（重力）-加速度以長(zhǎng)度比上時(shí)間的平方為單位作用在整個(gè)模型上。-用戶通常對(duì)方向的符號(hào)感到迷惑。假如加速度突然施加到系統(tǒng)上，慣性將阻

2、止加速度所產(chǎn)生的變化, 從而慣性力的方向與所施加的加速度的方向相反。-加速度可以通過(guò)定義部件或者矢量進(jìn)行施加。標(biāo)準(zhǔn)的地球重力可以作為一個(gè)載荷施加。-其值為9.80665 m/s2 （在國(guó)際單位制中）-標(biāo)準(zhǔn)的地球重力載荷方向可以沿總體坐標(biāo)軸的任何一個(gè)軸。-由于“標(biāo)準(zhǔn)的地球重力”是一個(gè)加速度載荷，因此，如上所述，需要定義與其實(shí)際相反的方向得到重 力的作用力。3）旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)速度是另一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的慣性載荷-整個(gè)模型圍繞一根軸在給定的速度下旋轉(zhuǎn)-可以通過(guò)定義一個(gè)矢量來(lái)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用兒何結(jié)構(gòu)定義的軸以及定義的旋轉(zhuǎn)速度-可以通過(guò)部件來(lái)定義，在總體坐標(biāo)系下指定初始和其組成部分-由于模型繞著某根軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因此要特別

3、注意這個(gè)軸。-缺省旋轉(zhuǎn)速度需要輸入每秒所轉(zhuǎn)過(guò)的弧度值。這個(gè)可以在路徑-tools > controlpanel >miscellaneous > angularvelocity里改變成每分鐘旋轉(zhuǎn)的弧度（rpm）來(lái)代替。4）壓力載荷：-壓力只能施加在表面并且通常與表面的法向一致-正值代表進(jìn)入表面（例如壓縮）；負(fù)值代表從表面出來(lái)（例如抽氣等）-壓力的單位為每個(gè)單位面積上力的大小5）力載荷:-力可以施加在結(jié)構(gòu)的最外面，邊緣或者表面。-力將分布到整個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)中去。這就意味著假如一個(gè)力施加到兩個(gè)同樣的表面上，每個(gè)表面將承受這 個(gè)力的一半。力單位為質(zhì)量乘以長(zhǎng)度比上時(shí)間的平方。-力可以通過(guò)定

4、義矢量，大小以及分量來(lái)施加。6）軸承載荷：-螺栓載荷僅適用于圓柱形表面。其徑向分量將根據(jù)投影面積來(lái)分布丿玉力載荷。徑向圧力載荷的分布 如下圖所示。軸向載荷分量沿著圓周均勻分布。-一個(gè)圓柱表面只能施加一個(gè)螺栓載荷。假如一個(gè)圓柱表面切分為兩個(gè)部分，那么在施加螺栓載荷 的時(shí)候一定要保證這兩個(gè)柱面都要選中。-載荷的單位同力的單位-螺栓載荷可以通過(guò)矢量和幅值或者部件來(lái)定義。7）力矩載荷：-對(duì)于實(shí)體，力矩可以施加在任意表面-假如選擇了多個(gè)表面，那么力矩將分?jǐn)傇谶@些表面上。-力矩可以用矢量及其大小或者分量來(lái)定義。當(dāng)用矢量表示時(shí)，其遵守右手法則。-在實(shí)體表血，力矩也可以施加在頂點(diǎn)或邊緣，這與通過(guò)矢量或部件定義

5、的以表血為基礎(chǔ)的力矩類似。-力矩的單位為力乘上長(zhǎng)度。8）遠(yuǎn)端載荷：-允許用戶在面或者邊上施加偏置的力-用戶設(shè)定力的初始位置（利用頂點(diǎn)，圓或者x,y憶的坐標(biāo)）-力可以通過(guò)向量和幅值或者分量來(lái)定義-這個(gè)在面上將得到一個(gè)等效的力加上由于偏置的力所引起的力矩-這個(gè)力分布在表面上，但是包k-trti于偏置力而引起的力矩-力的單位為質(zhì)量*長(zhǎng)度/時(shí)間彳9）螺栓載荷：-在圓柱形截面上施加預(yù)緊載荷以模擬螺栓連接；-施加預(yù)緊載荷（力）或者位移（長(zhǎng)度）為初始條件；-順序加載會(huì)111現(xiàn)英他選項(xiàng)；在靜力分析中預(yù)緊載荷施加在初始求解中，而其他載荷施加在子步求解中；-注意，這樣的兩步順序是自動(dòng)而且明顯的。在第二步求解時(shí)，螺

6、栓連接會(huì)自動(dòng)被鎖死；除第一步求解以外，在順序求解的每一步中你可以選擇是否打開(kāi)螺栓連接；螺栓連接注意：-只能在3d模擬中采用；-能夠運(yùn)用到圓柱形表面或者實(shí)體，對(duì)于實(shí)體需要一個(gè)以z軸為主方向的局部坐標(biāo)系；-在螺栓連接處推薦單元細(xì)化（螺栓長(zhǎng)度方向上的單元數(shù)必須大于1）。workbench約束的含義1）固定約束：-在頂點(diǎn)，邊緣或面上約束所有的自rti度-對(duì)于實(shí)體，限制x,y和z的平移-對(duì)于殼和梁，限制x,y和刁的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)2）給定位移：-在頂點(diǎn)，邊緣或面上給定已知的位移-允許在x,y和z方向給了強(qiáng)制位移-輸入“0”代表此方向上即被約束-不設(shè)定某個(gè)方向的值則意味著實(shí)體在這個(gè)方向上白由運(yùn)動(dòng)3）無(wú)摩擦約束：

7、-在面上施加法向約束-對(duì)于實(shí)體，這個(gè)約束可以用施加一個(gè)對(duì)稱邊面界條件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閷?duì)稱面等同于法向約束4）圓柱面約束：-施加在圓柱表面-用戶可以指定是軸向，徑向或者切向約束-僅僅適用于小變形（線性）分析5）僅有壓縮的約束：-在任何給定的表面可以施加法向僅有壓縮的約朿。這個(gè)約朿僅僅限制這個(gè)表面在約朿的法向正方向 移動(dòng)。-解釋這個(gè)約束的一種方法就是將它想象為一個(gè)“剛性”結(jié)構(gòu)，它與選擇的表面有相同的形狀。注意到 這些接觸（壓縮）面事先不知道。-可以在一個(gè)圓柱面上模擬“扣牢的圓柱約束"，這個(gè)約朿可以適用于7版本，但是它是“僅有壓縮約 朿”的一種特例。如右圖所示，顯示出了沒(méi)有變形的圓柱的輪廓。有

8、壓縮力的表面阻止原始圓柱變形, 而可伸長(zhǎng)的表面自由變形。-這個(gè)需要一個(gè)迭代（非線性）求解器來(lái)求解。由于事先不知道壓縮面的行為，所以需要利用迭代求解器來(lái)判斷哪個(gè)表面顯示的是壓縮行為6）簡(jiǎn)單約束：-可以施加在梁或殼體的邊緣或者頂點(diǎn)上-限制平移但是所有旋轉(zhuǎn)都是自由的7）固定旋轉(zhuǎn)：-可以施加在殼或量的表面，邊緣或者頂點(diǎn)上-約束旋轉(zhuǎn)，但是平移不限制約束總結(jié)：約束和接觸對(duì)都可以歸結(jié)為邊界條件。接觸對(duì)模擬在兩個(gè)已知模型之間的一個(gè)“柔性”邊界條件-固定約朿在被模擬部件之間提供一個(gè)“剛性”邊界條件，剛性的 固定部件不必建立模型。type of supportequivalent contact conditio

9、n at surfaces of partfixed supportbonded contact with a rigid, immovable partfrictionless supportno separation contact with a rigid, immovable partcompression only supportfrictionless contact with a rigid, immovable part 假如對(duì)部件a和b之間連接比較感興趣，那么就要考慮兩個(gè)部分是否都需要分析（通過(guò)接觸）或 者僅提供部件b對(duì)a的影響的固定約束是否足夠。-換句話說(shuō)，部件b相對(duì)于a來(lái)

10、說(shuō)是，剛性的,？假如是的話，可以僅僅模擬對(duì)部件a的一個(gè)固定約束。 假如不是則需要模擬兩者之間的摩擦。8）熱載荷：模世當(dāng)屮，溫度會(huì)引起熱膨脹-熱應(yīng)變計(jì)算如下式：其屮a是熱膨脹系數(shù)（cte） , trcf是熱應(yīng)變?yōu)榱銜r(shí)的參考溫度，t是施加的溫度，e th是熱應(yīng)變。 -熱應(yīng)變自身不會(huì)引起應(yīng)力。而當(dāng)約束、溫度梯度或者熱膨脹系數(shù)不相匹配是才會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。-cte在“engineering"下拉菜單屮定義并且英單位為單位溫度下的應(yīng)變-參考溫度在“environment”下拉菜單下定義。熱載荷可以施加在模型上：-任何溫度載荷都可以施加-ds通常首先進(jìn)行熱分析，然后在結(jié)構(gòu)分析時(shí)將計(jì)算所得的溫度域作為載

11、荷輸入。接觸1）裝配體一一實(shí)體接觸當(dāng)輸入實(shí)體的組合體吋，兩個(gè)實(shí)體之i'可自動(dòng)生成接觸。-面對(duì)面接觸允許在兩個(gè)實(shí)體邊界上的不匹配的單元?jiǎng)澐?用戶可以在ttcontacf,菜單下，指定探測(cè)自動(dòng)接觸距離的滑塊來(lái)控制容差在ds中，在每個(gè)接觸對(duì)中都要定義目標(biāo)面和接觸面。-接觸區(qū)域的其中一個(gè)表面構(gòu)成“接觸”面，此區(qū)域的另一個(gè)表面構(gòu)成“目標(biāo)”面。-接觸中利用目標(biāo)面的滲透量（在給定容差范圍內(nèi)）來(lái)限制接觸面上的積分點(diǎn)。但是其相反的情況是 不正確的。當(dāng)一個(gè)面為冃標(biāo)面而另一個(gè)面為接觸面時(shí)稱為不對(duì)稱接觸。而當(dāng)兩面都為接觸面或者目標(biāo)面時(shí)則稱 為對(duì)稱接觸，因?yàn)槿魏我贿叾伎梢詽B透到另一邊。在缺省情況下，ds對(duì)組合體

12、定義的是對(duì)稱接觸。對(duì)于ansys professional licenses以及結(jié)構(gòu)模塊，用戶需要根據(jù)上述介紹將其改變成非對(duì)稱接觸。 四種接觸類型可供選擇：contact typeiterationsnormalbehavior(separati on)tangential behavior (sliding)bonded1closedclosedno separation1closedopenfrictionlessmultipleopenopenroughmultipleopenclosed-綁定的和不分離的接觸是最基礎(chǔ)的線性行為，僅僅需要一次迭代-無(wú)摩擦以及粗糙接觸是非線性行為，需要多次

13、迭代。但是，需要注意的是仍然利用了小變形理論的 假設(shè)。當(dāng)需要利用這些選項(xiàng)時(shí)，可以在相應(yīng)的菜單下設(shè)定“actual geometry （and specified offset）"或"adjusted to touch",其屮允許用戶調(diào)整ansys模型的間隙到，剛剛接觸，的位置對(duì)于高級(jí)用戶，接觸的另外一些選項(xiàng)可以進(jìn)行修改-方程式可以從"pure penalty” 修改至u"augmented lagrange" , "mpc"或"normal lagrange".“mpc"僅僅適用于綁定

14、的接觸 augmented lagrange, 應(yīng)用 丁規(guī)則的ansys模型中-在綁定的接觸屮，純粹的罰函數(shù)法可以想象為在接觸面間施加了十分大的剛度系數(shù)來(lái)阻止相對(duì)滑 動(dòng)。這個(gè)結(jié)果是在接觸面間的相對(duì)滑動(dòng)可以忽略的情況下得到的。-mpc方程當(dāng)中對(duì)接觸面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)定義了約束方程，因此沒(méi)有相互的滑動(dòng)。這個(gè)方程經(jīng)常作為 罰函數(shù)法的最好的替代。-pinball region nj以自己定義和顯示出來(lái) pinball region定義了近距離開(kāi)放式接觸的位置。而超出pinball region范【韋iz外的為遠(yuǎn)距離開(kāi)放式接 觸。最初，pinball region作為十分有效的接觸探測(cè)器使用，但是它也用于其

15、它方面，例如綁定接觸等。 對(duì)于綁定或者不分離的接觸，假如間隙或者滲透小于pinball region,則隙/滲透自動(dòng)被刪除。其它的高級(jí)選項(xiàng)將在以后的章節(jié)中討論。ansys professional 1 licenses及其以上版本支持殼和實(shí)體的混合裝配體-允許十分復(fù)雜的組合體，在應(yīng)用中利用了殼的優(yōu)點(diǎn)-更多的接觸選項(xiàng)可供用戶選擇-可以進(jìn)行接觸的后處理操作邊緣接觸是生成接觸的一個(gè)子集-包括殼而或者實(shí)體邊的接觸，只有定義綁定或不分離的接觸類型。-對(duì)于包括殼邊緣的接觸，只能定義mpc形式的綁定行為。對(duì)于以mpc為基礎(chǔ)的綁定接觸，用戶可以將搜索器設(shè)定為目標(biāo)法向或是pinballregion （這種方法需

16、 要給定多點(diǎn)的約朿）。假如存在間隙（這在殼的組合體中經(jīng)常出現(xiàn)），pinball region可以用來(lái)作為探測(cè)越過(guò)間隙的接觸探 測(cè)器。ds屮接觸類型及其可供的選項(xiàng)總結(jié)如下表所示：con tact geometrysolid body facesolid body edgesurface body facesurface body edgesolid body faceall types bondedbonded, noseparati onbonded, no separationbonded onlyall formulationsall formulationsall formulation

17、smpc formulationsymmetry respectedasymmetric onlysymmetry respectedasymmetric onlysolid body edgebonded, noseparationbonded, no separationbonded onlyall formulationsall formulationsmpc formulationasymmetric onlyasymmetric onlyasymmetric onlysurface body facebonded, no separationbonded onlyall formul

18、ationsmpc formulationsymmetry respectedasymmetric onlysurface body edgebonded onlympc formulationasymmetric only-這個(gè)表在ds的在線幫助當(dāng)中也有。利用這個(gè)張表將有助于用戶決定哪些選項(xiàng)可供選擇。焊點(diǎn)提供了一種在不連續(xù)位置處連接殼組合體的方式。-ansys designspace licenses不支持殼接觸，因此焊點(diǎn)就是唯一定義一個(gè)殼組合的方法。-焊點(diǎn)是在cad軟件中進(jìn)行定義的。目前ds只認(rèn)在dm和ug當(dāng)中所定義的焊點(diǎn)。-焊點(diǎn)也可以在ds中生成，但是只能在不連續(xù)的頂點(diǎn)處生成。2）接觸結(jié)果-對(duì)于所選擇的有接觸單元的實(shí)體或者表面接觸結(jié)果可被要求.-ansys中接觸單元利用的是接觸面和目標(biāo)面的概念.僅有接觸單元可以顯示接觸結(jié)果.以mpc為基礎(chǔ) 的接觸，任何接觸的目標(biāo)面以及以邊緣為基礎(chǔ)的接觸都不顯結(jié)果并且線不能顯示任何接觸結(jié)果.