ansys 載荷施加

1、2.1 載荷概述有限元分析的主要目的是檢查結構或構件對一定載荷條件的響應。因此，在分析中指定合適的載荷條件是關鍵的一步。在ANSYS程序中，可以用各種方式對模型加載，而且借助于載荷步選項，可以控制在求解中載荷如何使用。2.2 什么是載荷在ANSYS術語中，載荷（loads）包括邊界條件和外部或內部作用力函數，如圖2-1所示。不同學科中的載荷實例為：結構分析：位移，力，壓力，溫度（熱應變），重力熱分析：溫度，熱流速率，對流，內部熱生成，無限表面磁場分析：磁勢，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，無限表面流體分析：速度，壓力圖2-1 “載荷”包括邊界條件

2、以及其它類型的載荷載荷分為六類：DOF約束，力（集中載荷），表面載荷，體積載荷、慣性力及耦合場載荷。·DOF constraint（DOF約束）將用一已知值給定某個自由度。例如，在結構分析中約束被指定為位移和對稱邊界條件；在熱力分析中指定為溫度和熱通量平行的邊界條件。·Force（力）為施加于模型節(jié)點的集中載荷。例如，在結構分析中被指定為力和力矩；在熱力分析中為熱流速率；在磁場分析中為電流段。·Surface load（表面載荷）為施加于某個表面上的分布載荷。例如，在結構分析中為壓力；在熱力分析中為對流和熱通量。·Body load（體積載荷）為體積的或

3、場載荷。例如，在結構分析中為溫度和fluences；在熱力分析中為熱生成速率；在磁場分析中為流密度。·Inertia loads（慣性載荷）由物體慣性引起的載荷，如重力加速度，角速度和角加速度。主要在結構分析中使用。·Coupled-field loads（耦合場載荷）為以上載荷的一種特殊情況，從一種分析得到的結果用作為另一分析的載荷。例如，可施加磁場分析中計算出的磁力作為結構分析中的力載荷。其它與載荷有關的術語的定義在下文中出現(xiàn)。2.3載荷步、子步和平衡迭代載荷步僅僅是為了獲得解答的載荷配置。在線性靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析中，可以使用不同的載荷步施加不同的載荷組合在第一個載荷步中施

4、加風載荷，在第二個載荷步中施加重力載荷，在第三個載荷步中施加風和重力載荷以及一個不同的支承條件，等等。在瞬態(tài)分析中，多個載荷步加到載荷歷程曲線的不同區(qū)段。ANSYS程序將把在第一個載荷步選擇的單元組用于隨后的所有載荷步，而不論你為隨后的載荷步指定哪個單元組。要選擇一個單元組，可使用下列兩種方法之一。Command(s)（命令）：ESELGUI: Utility Menu>Select>Entities圖2-2顯示了一個需要三個載荷步的載荷歷程曲線第一個載荷步用于（ramped load）線性載荷，第二個載荷步用于載荷的不變部分，第三個載荷步用于卸載。圖2-2 使用多個載荷步表示瞬態(tài)

5、載荷歷程。子步為執(zhí)行求解的載荷步中的點。使用子步，有如下原因。·在非線性靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析中，使用子步逐漸施加載荷以便能獲得精確解。·在線性或非線性瞬態(tài)分析中，使用子步滿足瞬態(tài)時間累積法則（為獲得精確解通常規(guī)定一個最小累積時間步長）。·在諧波響應分析中，使用子步獲得諧波頻率范圍內多個頻率處的解。，平衡迭代是在給定子步下為了收斂而計算的附加解。僅用于收斂起著很重要的作用的非線性分析（靜態(tài)或瞬態(tài)）中的迭代修正。例如，對二維非線性靜態(tài)磁場分析,為獲得精確解,通常使用兩個載荷步。（如圖2-3所示）·第一個載荷步，將載荷逐漸加到5至10個子步以上，每個子步僅用一次平衡

6、迭代。·第二個載荷步，得到最終收斂解，且僅有一個使用15-25次平衡迭代的子步。圖2-3 載荷步，子步和平衡迭代2.4跟蹤中時間的作用在所有靜態(tài)和瞬態(tài)分析中，ANSYS使用時間作為跟蹤參數，而不論分析是否依賴于時間。其好處是：在所有情況下可以使用一個不變的“計數器”或“跟蹤器”，不需要依賴于分析的術語。此外，時間總是單調增加的，且自然界中大多數事情的發(fā)生都經歷一段時間，而不論該時間多么短暫。顯然，在瞬態(tài)分析或與速率有關的靜態(tài)分析（蠕變或粘塑性）中，時間代表實際的、按年月順序的時間，用秒、分鐘或小時表示。在指定載荷歷程曲線的同時（使用TIME命令），在每個載荷步結束點賦時間值。使用下列

7、方法之一賦時間值：Command(s)（命令）：TIMEGUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>Time/Frequenc>Timeand Substps or Time - Time StepMain Menu>Solution>Sol"n Control:Basic TabMain Menu>Solution>Time/Frequenc>Timeand Substps or Time - Time StepMain Menu>Solution>Unabridged Menu>Time

8、/Frequenc>Timeand Substps or Time - Time Step然而，在不依賴于速率的分析中，時間僅僅成為一個識別載荷步和子步的計數器。缺省情況下，程序自動地對time賦值，在載荷步1結束時，賦time=1；在載荷步2結束時，賦time=2；依次類推。載荷步中的任何子步將被賦給合適的、用線性插值得到的時間值。在這樣的分析中，通過賦給自定義的時間值，就可建立自己的跟蹤參數。例如，若要將100個單位的載荷增加到一載荷步上，可以在該載荷步的結束時將時間指定為100，以使載荷和時間值完全同步。那么，在后處理器中，如果得到一個變形-時間關系圖，其含義與變形-載荷關系相同。

9、這種技術非常有用，例如，在大變形屈曲分析中，其任務是跟蹤結構載荷增加時結構的變形。當求解中使用弧長方法時，時間還表示另一含義。在這種情況下，時間等于載荷步開始時的時間值加上弧長載荷系數（當前所施加載荷的放大系數）的數值。ALLF不必單調增加（即：它可以增加、減少或甚至為負），且在每個載荷步的開始時被重新設置為0。因此，在弧長求解中，時間不作為“計數器”。弧長方法是一先進的求解技術，關于使用該方法的細節(jié)，參見ANSYS Structural Analysis Guide（ANSYS結構分析指南）的Nonlinear Structural Analysis。載荷步為作用在給定時間間隔內的一系列載荷

10、。子步為載荷步中的時間點，在這些時間點，求得中間解。兩個連續(xù)的子步之間的時間差稱為時間步長或時間增量。平衡迭代純粹是為了收斂而在給定時間點進行計算的迭代求解方法。2.5階躍載荷和坡道載荷當在一個載荷步中指定一個以上的子步時，就出現(xiàn)了載荷應為階躍載荷或是線性載荷的問題。·如果載荷是階躍的，那么，全部載荷施加于第一個載荷子步，且在載荷步的其余部分，載荷保持不變。如圖2-4(a)所示。·如果載荷是逐漸遞增的，那么，在每個載荷子步，載荷值逐漸增加，且全部載荷出現(xiàn)在載荷步結束時。如圖2-4(b)所示。圖2-4階躍載荷與坡道載荷KBC命令(Main Menu>Solution&g

11、t;Sol"n Control:Transient Tab, Main Menu>Solution>Time/Frequenc>Freq &Substeps / Time and Substps / Time& Time Step, or Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Time/Frequenc>載荷Freq & Substeps / Timeand Substps / Time & Time Step)用于表示載荷為坡道載荷還是階躍載荷。KBC,0 表示載荷為坡道載荷；

12、KBC,1 表示載荷為階躍載荷。缺省值取決于學科和分析類型以及SOLCONTROL處于 ON 或OFF狀態(tài)。Load step options（載荷步選項）是用于表示控制載荷應用的各選項（如時間，子步數，時間步，載荷為階躍或逐漸遞增）的總稱。其它類型的載荷步選項包括收斂公差（用于非線性分析），結構分析中的阻尼規(guī)范，以及輸出控制。2.6如何加載可將大多數載荷施加于實體模型（關鍵點，線和面）上或有限元模型（節(jié)點和單元）上。例如，可在關鍵點或節(jié)點施加指定集中力。同樣地，可以在線和面或在節(jié)點和單元面上指定對流（和其它表面載荷）。無論怎樣指定載荷，求解器期望所有載荷應依據有限元模型。因此，如果將載荷施加

13、于實體模型，在開始求解時，程序自動將這些載荷轉換到節(jié)點和單元上。2.6.1 實體模型載荷：優(yōu)點和缺點優(yōu)點·實體模型載荷獨立于有限元網格。即：你可以改變單元網格而不影響施加的載荷。這就允許你更改網格并進行網格敏感性研究而不必每次重新施加載荷。·與有限元模型相比，實體模型通常包括較少的實體。因此，選擇實體模型的實體并在這些實體上施加載荷要容易得多，尤其是通過圖形拾取時。缺點·ANSYS網格劃分命令生成的單元處于當前激活的單元坐標系中。網格劃分命令生成的節(jié)點使用整體笛卡爾坐標系。因此，實體模型和有限元模型可能具有不同的坐標系和加載方向。·在簡化分析中，實體模型

14、不很方便。此時，載荷施加于主自由度。（你僅能在節(jié)點而不能在關鍵點定義主自由度。）·施加關鍵點約束很棘手，尤其是當約束擴展選項被使用時。（擴展選項允許你將一約束特性擴展到通過一條直線連接的兩關鍵點之間的所有節(jié)點上。）·不能顯示所有實體模型載荷。關于實體模型載荷的說明如前所述，在開始求解時，將實體模型載荷自動轉換到有限元模型。如果你將實體模型載荷與有限元模型載荷、藕合或約束方程混合起來，應該預防以下沖突:·轉換過的實體模型載荷將取代現(xiàn)有的節(jié)點或單元載荷,而不管這些載荷的輸入順序。例如,轉換的時候,在一條線上的DL,UX命令將改寫任何這條線上節(jié)點的D,UX"s

15、命令。·刪除實體模型載荷將刪除所有對應的有限元載荷。例如,在一個面上的SFADELE,PRES命令將立即刪除任何在這個面上單元用SFE,PRES"s命令定義的載荷。·線或面的對稱或反對稱條件(DL,SYMM, DL,ASYM, DA,SYMM, 或DA,ASYM) 經常引入節(jié)點旋轉,而屬于被約束的線或面的節(jié)點,它的節(jié)點約束,節(jié)點力,聯(lián)結,或約束平衡將受到影響。2.6.2 有限單元載荷：優(yōu)點和缺點優(yōu)點·在簡化分析中不會產生問題，因為可將載荷直接施加在主節(jié)點。·不必擔心約束擴展，可簡單地選擇所有所需節(jié)點，并指定適當的約束。缺點·任何有限元

16、網格的修改都使載荷無效，需要刪除先前的載荷并在新網格上重新施加載荷。·不便使用圖形拾取施加載荷。除非僅包含幾個節(jié)點或單元。以下幾節(jié)討論如何施加各類載荷-約束，集中力，表面載荷，體積載荷，慣性載荷和耦合場載荷，并解釋如何指定載荷步選項。2.6.3 DOF約束表2-1顯示了每個學科中可被約束的自由度和相應的ANSYS標識符。標識符（如UX，ROTZ，AY等）標識符所指的方向基于節(jié)點坐標系。對不同坐標系的描述，參見ANSYS Modeling and Meshing Guide（ANSYS建模和網格劃分指南）。表2-2顯示了施加、列表顯示和刪除DOF約束的命令。注意：可將約束施加于節(jié)點，關

17、鍵點，線和面上。表2-1每個學科中可用的DOF約束學科自由度ANSYS 標識符結構分析平移旋轉UX, UY, UZROTX, ROTY, ROTZ 熱分析溫度TEMP 磁場分析矢量勢標量勢AX, AY, AZMAG 電場分析電壓VOLT 流體分析速度壓力紊流動能紊流擴散速率VX, VY, VZPRESENKEENDS 表2-2 DOF約束的命令位置基本命令附加命令節(jié)點D, DLIST, DDELEDSYM, DSCALE, DCUM關鍵點DK, DKLIST, DKDELE- 線DL, DLLIST, DLDELE- 面DA, DALIST, DADELE- 轉換SBCTRANDTRAN下面是

18、一些可用于施加DOF約束的GUI路徑的例子：GUI: Main Menu>Preprocessor>-Loads->Apply>load type>On NodesUtility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On KeypointsMain Menu>Solution>Apply>load type>On Lines其它GUI路徑信息和表2-2所列的命令說明參見ANSYS Commands Reference（ANSYS命令參考手冊）。2.6.4施加對稱或反對稱邊界條件使用DSYM

19、命令在節(jié)點平面上施加對稱或反對稱邊界條件。該命令產生合適的DOF約束。生成的約束列表參見ANSYS Commands Reference（ANSYS命令參考手冊）。例如，在結構分析中，對稱邊界條件指平面外移動和平面內旋轉被設置為0，而反對稱邊界條件指平面內移動和平面外旋轉被設置為0。（參見圖2-5。）在對稱面上的所有節(jié)點根據DSYM命令的KCN字段被旋轉到指定的坐標系中。對稱和反對稱邊界條件的使用示于圖2-6。當在線和面上施加對稱或反對稱邊界條件時，DL和DA命令的作用方式與DSYM命令相同。對于FLOTRAN分析，可使用DL和DA命令在線和面上施加速度，壓力，溫度和紊流量。在線的端點和面的邊

20、上，你可以根據判斷自由施加邊界條件。注：在使用通用后處理器（POST1）時如果數據庫中的節(jié)點旋轉角度與正在處理的解中所用的節(jié)點旋轉角度不同，POST1可能會顯示不正確的結果。如果在第二個或其后的載荷步中通過施加對稱或反對稱邊界條件引入節(jié)點旋轉，通常會導致這種狀況。當執(zhí)行SET命令(Utility Menu> List>Results>Load Step Summary)時，在POST1中錯誤情況顯示下列信息：*警告*使用與當前存儲內容不同的模型或邊界條件數據的累積迭代1可能已求解。POST1結果可能是錯誤的，除非你從一個與該結果相配的.db文件中恢復。圖2-5 在結構分析中的

21、對稱和反對稱邊界條件圖2-6使用對稱和反對稱邊界條件實例2.6.5傳遞約束要將已施加在實體模型上的約束傳遞到對應的有限元模型，使用下列方法之一：Command(s)（命令）：DRANGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->ConstraintsMain Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->Constraints要傳遞所有實體模型的邊界條件，使用下列方法之一：Command(s)（命令）：SBCTRANGUI: Main M

22、enu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->All Solid LdsMain Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->All Solid Lds2.6.5.1 重新設置約束缺省情況下，如在同一自由度處重復設置一個DOF約束，則新約束替代原先的約束。用DCUM命令 (Main Menu> Preprocessor>Loads>Settings>-Replace vs. Add->Constraints)可將該缺省值改變?yōu)樵?/p>

23、加（對累積）或忽略重復設置。例如：NSEL,.! 選擇一組節(jié)點D,ALL,VX,40! 在所有節(jié)點設置 VX = 40 D,ALL,VX,50! 將 VX 值改變?yōu)?50 (替換)DCUM,ADD! 接著待加的自由度D,ALL,VX,25! 在所有節(jié)點VX = 50+25 = 75 DCUM,IGNORE! 接著待忽略的自由度D,ALL,VX,1325! 這些 VX 值被忽略!DCUM! 將 DCUM 重新設置為缺省 (替換)關于NSEL,D, and DCUM命令的討論參見ANSYS Commands Reference（ANSYS命令參考手冊）。使用DCUM設置的任何 DOF 約束保持設置

24、不變直到發(fā)出另一個DCUM命令.。要重新設置缺省設置（替換），僅需發(fā)一個不帶變元的DCUM命令。2.6.5.2比例縮放約束值可以縮放已存在的 DOF 約束值，方法如下：Command(s)（命令）：DSCALEGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Scale FE Loads->ConstraintsMain Menu>Solution>Operate>-Scale FE Loads->ConstraintsDSCALE和DCUM命令對所有被選擇的節(jié)點和所有被選擇的DOF標識都起作用。缺省情況

25、下，激活的DOF標識為與模型中單元類型相聯(lián)系的那些。Command(s)（命令）：DOFSELGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Scale FE Loads->Constraints (or Forces)Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>-Replace vs. Add->Constraints (or Forces)Main Menu>Solution>Operate>-Scale FE Loads->Constr

26、aints (or Forces)Main Menu>Solution>Settings>-Replace vs. Add->Constraints (or Forces)例如，如果僅要縮放VX 的值而不要縮放任何其他DOF 標識，使用下列命令：DOFSEL,S,VX! 選擇 VX 標識DSCALE,0.5! 將所有被選擇節(jié)點的VX縮小0.5 DOFSEL,ALL! 重新激活所有DOF標識在熱分析中縮放溫度約束時，可以使用DSCALE命令的TBASE字段縮放對基準溫度的溫度偏差（即：縮放|TEMP-TBASE|）而不是縮放實際溫度值。如下圖所示。圖2-7使用DSCALE

27、縮放溫度約束2.6.5.3消除沖突的約束指定必須注意DK, DL, 和DA約束參數沖突的可能性和ANSYS程序是如何處理這些沖突的。下列沖突可能會出現(xiàn)：·DL指定會與相鄰線（共享的關鍵點）上的DL指定沖突·DL指定會與任一關鍵點上的DK指定沖突·DA指定會與相鄰面（共享的線/關鍵點）上的DA指定沖突·DA指定會與其任何線上的DL指定沖突·DA指定會與其任何關鍵點上的DK指定沖突ANSYS程序按下列順序將有施加到實體模型上的約束轉換到相應的有限元模型：1. 按面號增加的順序，將DOF DA約束轉換到面（和邊界線以及關鍵點）上的節(jié)點2. 按面號增加

28、的順序，將SYMM and ASYM DA約束轉換到面（和邊界線以及關鍵點）上的節(jié)點3. 按線號增加的順序，將DOF DL約束轉換到線（和邊界關鍵點）上的節(jié)點4. 按線號增加的順序，將SYMM and ASYM DL約束轉換到線（和邊界線以及關鍵點）上的節(jié)點5. 將DK約束轉換到關鍵點（和相連線，面以及體，如果滿足擴展邊界條件）上的節(jié)點因此，對沖突的約束，DK命令改寫DL命令，DL命令改寫DA命令。對沖突的約束, 指定給較大線號或面號的約束分別改寫指定給較低線號或面號的約束。與約束指定發(fā)出順序無關。注：在實體模型約束的轉換中檢測到的任何沖突都會產生與下列相似的警告信息*WARNING*線號為8

29、的DOF 約束 ROTZ (第一個 value=22) 正在替換以前從另一個DA, DL或DK"s 組轉換到節(jié)點18 上的D(第一個 value=0) 。在求解過程中改變DK, DL, 或DA約束的值，在下一次或其后的邊界條件轉換過程中可能會產生許多這類警告信息。如果在求解過程中使用DADEL, DLDEL, 和/或DDELE.命令刪除節(jié)點的D約束，則可防止這些警告的產生。注：對流場分析自由度VX, VY, 或 VZ上沖突的約束，給定0值(管壁條件)總是優(yōu)先于非0值入口/出口條件)。在這種情況下的沖突將不會產生警告。2.6.6力（集中載荷）表2-3顯示了每個學科中可用的集中載荷和相應

30、的ANSYS標識符。標識符（如FX，MZ，CSGY等）所指的任何方向都在節(jié)點坐標系中。對不同坐標系的說明，參見ANSYS Modeling and Meshing Guide（ANSYS建模和網格劃分指南）的第三章。表2-4顯示了施加、列表顯示和刪除集中載荷的命令。注意：可將集中載荷施加于節(jié)點和關鍵點上。表2-3每個學科中可用的“力”學科力ANSYS 標識符結構分析力力矩FX, FY, FZMX, MY, MZ熱分析熱流速率HEAT磁場分析Current Segments磁通量電荷CSGX, CSGY, CSGZFLUXCHRG電場分析電流電荷AMPSCHRG流體分析流體流動速率FLOW表2-

31、4 用于施加力載荷的命令位置基本命令附加命令節(jié)點F, FLIST, FDELEFSCALE, FCUM關鍵點FK, FKLIST, FKDELE- 轉換SBCTRANFTRAN下面是一些用于施加集中力載荷的GUI路徑的例子：GUI: Main Menu>Preprocessor>-Loads-Apply>load type>On NodesUtility Menu>List>Loads>Forces>On KeypointsMain Menu>Solution>-Loads-Apply>load type>On Lines

32、表2-4所列命令的說明參見ANSYS Commands Reference（ANSYS命令參考手冊）。2.6.6.1 重復設置集中載荷缺省情況下，如果在同一自由度處重復設置一個集中載荷，則新指定替代原先的指定。使用下列方法之一可將該缺省設置改變?yōu)樵黾樱▽鄯e）或忽略：Command(s)（命令）：FCUMGUI: Main Menu>Preprocessor>-Loads-Settings>ForcesMain Menu>Solution>-Loads-Settings>-Replace vs. Add->Forces例如：F,447,FY,3000!

33、 在節(jié)點447施加集中載荷FY = 3000 F,447,FY,2500! 將FY值該為2500 (替換)FCUM,ADD! 接下來待加的集中力F,447,FY,-1000! 在節(jié)點447FY = 2500-1000 = 1500FCUM,IGNORE! 接下來將忽略的集中力F,25,FZ,350! 該載荷被忽略!FCUM! 重新設置FCUM為缺省值(替換)關于F與DCUM命令的討論參見ANSYS Commands Reference（ANSYS命令參考手冊）。使用DCUM設置的任何集中載荷保持設置不變直到發(fā)出另一個DCUM命令.。要重新設置缺省設置（替換），僅需發(fā)一個不帶變元的DCUM命令。

34、2.6.6.2 比例縮放集中載荷值FSCALE命令允許你縮放已存在的集中載荷值：Command(s)（命令）：FSCALEGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Scale FE Loads->ForcesMain Menu>Solution>Operate>-Scale FE Loads->ForcesFSCALE和FCUM命令對所有被選擇的節(jié)點和所有被選擇的集中載荷標識都起作用。缺省情況下，激活的集中載荷標識為與模型中單元類型相關聯(lián)的標識?？梢允褂肈OFSEL命令選擇這些標識中的子組。例如，

35、要縮放FX值而不需縮放任何其他標識，可以使用下列命令：DOFSEL,S,FX! 選擇FX標識FSCALE,0.5! 將所有被選擇節(jié)點的FX縮小0.5DOFSEL,ALL! 重新激活所有DOF標識2.6.6.3 轉換集中載荷要將已施加在實體模型上的集中載荷轉換到對應的有限元模型，使用下列方法之一：Command(s)（命令）：FTRANGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->ForcesMain Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE-

36、>Forces要轉換實體模型的所有邊界條件，使用SBCTRAN命令：GUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->All Solid LdsMain Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->All Solid Lds2.6.7表面載荷表2-5顯示了每個學科中可用的表面載荷和相應的ANSYS標識符。表2-6顯示了施加，列表顯示和刪除表面載荷的命令。注意：不僅可將表面載荷施加于線和面上，還可加于節(jié)點和單元上。表2-5每個學科中可用

37、的表面載荷學科表面載荷ANSYS 標識符結構分析壓力PRES1.熱分析對流熱流量無限表面CONVHFLUXINF磁場分析麥克斯韋表面無限表面MXWFINF電場分析麥克斯韋表面表面電荷密度無限表面MXWFCHRGSINF 流場分析流體結構界面阻抗FSIIMPD所有學科超級單元載荷矢SELV1. 不要將它與PRES自由度混淆。表2-6 用于施加表面載荷的命令位置基本命令其它命令節(jié)點SF, SFLIST, SFDELESFSCALE,SFCUM,SFFUN,SFGRAD單元SFE, SFELIST, SFEDELESFBEAM,SFFUN,SFGRAD線SFL, SFLLIST, SFLDELESF

38、GRAD面SFA, SFALIST, SFADELESFGRAD轉換SFTRAN- 下面是一些用于施加表面載荷的GUI路徑的例子：GUI: Main Menu>Preprocessor>-Loads->Apply>load type>On NodesUtility Menu>List>Loads>Surface Loads>On ElementsMain Menu>Solution>-Loads->Apply>load type>On Lines表2-6所列命令的詳細說明參見ANSYS Commands Ref

39、erence（ANSYS命令參考手冊）。注：ANSYS程序根據單元和單元面存儲在節(jié)點上指定的面載荷。因此，如果對同一表面使用節(jié)點面載荷命令和單元面載荷命令，則使用后者的規(guī)定。ANSYS 按適當方式將壓力施加于軸對稱殼單元或梁單元的內外表面。對于分層殼(SHELL91和SHELL99) ，面內壓力載荷矢量施加在節(jié)點平面上。KEYOPT(11)決定殼內節(jié)點平面的位置。當用平面單元代表二重曲面時，應為實際子午半徑的函數的值是不精確的。2.6.7.1 將壓力載荷施加于梁上要將壓力載荷施加于梁單元的側面和兩端，使用下列方法之一：Command(s)（命令）：SFBEAMGUI: Main Menu>

40、;Preprocessor>Loads>Apply>-Structural->Pressure>On BeamsMain Menu>Solution>Apply>-Structural->Pressure>On Beams可以施加側向壓力，其大小為每單位長度的力，分別沿法向和切向。壓力可以沿單元長度線性變化，可指定在單元的部分區(qū)域，如下圖所示。通過將JOFFST設置為-1，還可以將壓力減少為梁單元上任何位置處的力（點載荷）。端部壓力的單位為力。圖2-8梁表面載荷的示例2.6.7.2 給定節(jié)點號與表面載荷的函數關系當將表面載荷施加于節(jié)點

41、或單元上時，SFFUN命令 (Main Menu>Preprocessor >Loads>Settings>-For Surface Ld->Node Function, 或Main Menu>Solution>Settings>-For Surface Ld->Node Function) 用于指定節(jié)點號與待施加的表面載荷的函數關系。當你要施加其他地方（例如，由其他軟件包）計算出的節(jié)點表面載荷時，該命令是有用的。首先你應以一個包含載荷值的數組形式定義該函數。在數組參數中值的位置代表節(jié)點號。例如，下面所示的數組參數分別指定節(jié)點1，2，3和4

42、處的四個表面載荷。假設這些是熱流量值，將按下列方法施加：*DIM,ABC,ARRAY,4! 聲明數組ABC的大小ABC(1)=400,587.2,965.6,740! 定義ABC的值SFFUN,HFLUX,ABC(1)! ABC 用于熱流量函數SF,ALL,HFLUX,100! 在所有選擇的節(jié)點，熱流量為100,!在節(jié)點i 熱流量為100 + ABC(i).關于*DIM,SFFUN, 和SF命令的討論，參見ANSYS Commands Reference（ANSYS命令參考手冊）在上例中，SF命令指定所有被選擇節(jié)點的熱流量為100。如果節(jié)點1-4為所選節(jié)點組中的部分節(jié)點，這些節(jié)點被指定的熱流量

43、為100+ABC(i): 在節(jié)點1為100+400=500, 在節(jié)點2為100+587.2=687.2，依此類推。注：使用SFFUN命令的設定對其后的所有SF和SFE命令都起作用，要消除該設定參數，僅需發(fā)一個不帶變元的SFFUN命令。2.6.7.3指定斜率可以使用下列兩個方法之一指定傾斜率（斜度），用于隨后施加的表面載荷。Command(s)（命令）：SFGRADGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>-For Surface Ld->GradientMain Menu>Solution>Settings&

44、gt;-For Surface Ld->Gradient還可以使用該命令施加線性變化的表面載荷，例如，浸入水中結構上的靜液壓力。要創(chuàng)建梯度規(guī)定，指定待控制的載荷類型(Lab變元)、坐標系和坐標方向，在（分別為SLKCN和SLIDIR）中定義斜率，載荷（如其后的表面載荷命令所指定的載荷）值作用的位置（SLZER）及斜率（SLOPE）將起作用。例如：要施加圖2-9所示的靜液壓力（Lab=PRES）可在整體笛卡爾坐標系(SLKCN=0)的Y方向(Sldir=Y)指定其斜率。在Y=0 (SLZER=0)處，壓力（在其后的SF命令中將被指定為500）的值為已知的被指定值（500），且沿Y的正方向（

45、SLOPE=-25）每個單位長度下降25。圖2-9表面載荷斜率SFGRAD的示例使用的命令如下：SFGRAD,PRES,0,Y,0,-25 ! 全局笛卡爾坐標系中Y斜率為-25NSEL,.! 選擇壓力施加的節(jié)點SF,ALL,PRES,500! 所有被選擇節(jié)點的壓力:!在Y=0處為500, 在Y=10處為250, 在Y=20處為0在圓柱坐標系(例如SLKCN=1)中給定梯度時，還應記住以下幾點。第一，SLZER以度表示，SLOPE以載荷大小/度表示。第二，應遵循下列兩個規(guī)則：規(guī)則1:設置CSCIR（為了控制坐標系奇異點位置) 使待加載的表面不通過坐標系奇異點。規(guī)則2:選擇SLZER，使之與CSC

46、IR設置一致。即：如果奇異點在180°處CSCIR,KCN,0，SLZER應在 ±180°之間；如果奇點在0°處CSCIR,KCN,1，SLZER應在0° -360° 之間。下例說明為什么要給出這些規(guī)則。對圖2-10所示位于局部柱坐標系11的半圓殼，將對半圓殼施加一個作用外部的楔形壓力，壓力從-90°位置的400逐漸變化到90°位置的580。缺省情況下，奇異點位于柱坐標系中的180°，因此，殼的坐標范圍從-90° to +90°。下列命令將用于施加所需的壓力載荷。SFGRAD,PRES

47、,11,Y,-90,1 ! 使壓力沿C.S. 11的方向線性變化! 指定壓力作用于-90度，斜率為1個單位/度SF,ALL,PRES,400! 在所有被選擇的節(jié)點壓力:!在-90度為400., 在0度為490., 在+90度為580.在-90°，壓力值為400 (指定), 以1個單位/度的斜率增加，在0度位置增加到490，在+90度位置增加到580。對于SLZER，可能會誘導用戶使用270°而不是-90°。SFGRAD,PRES,11,Y,270,1 ! 使壓力沿C.S. 11的方向線性變化! 指定壓力作用于270度，斜率為1個單位/度SF,ALL,PRES,40

48、0! 在所有被選擇的節(jié)點壓力:!在-90度為400., 在0度為490., 在+90度為580.圖2-10圓柱殼上線性增加的載荷然而，如圖2-11左邊所示，這可能導致所施加的逐漸變化載荷與要求的載荷值不同。這是因為奇點仍位于180°（坐標范圍從-90° 到 +90°，而SLZER不在-180°到+180°范圍內）。結果，程序將使用270°位置處的載荷400，和1個單位/度的斜率計算得到：施加于+90°位置處的載荷為220，施加于90°位置處的載荷為130，施加于-90°位置處的載荷為40。依照第二個規(guī)則，

49、則可避免這種情況的發(fā)生。即當奇點在180°位置時，選擇SLZER在±180°之間；當奇點在0°位置時，選擇SLZER在0°到360°之間；圖2-11違背規(guī)則2（左）和規(guī)則1（右）假設將奇點位置改變到0°，因此滿足第二條規(guī)則（270°在0°到360°之間）。但殼的上半部分，節(jié)點坐標的范圍在0°到+90°之間，而殼的下半部分，節(jié)點坐標的范圍在270°到360°之間，待加載的表面過奇點，違背規(guī)則1。CSCIR,11,1! 將奇點改變到零度SFGRAD,PRES,

50、11,Y,270,1 ! C.S. 11.的方向施加線性變化的壓力壓力作用于270度位置，斜率為1單位/度，SF,ALL,PRES,400! 所有被選擇的節(jié)點壓力：!在270度位置為400，在360度位置為490!在0度位置為130程序將使用270度位置的載荷400和1單位/度的斜率計算得到：施加于270度位置的載荷值為400，360度位置的載荷為490，90度位置的載荷為220，0度位置的載荷為130。違背規(guī)則1在逐漸變化的載荷上將產生1個奇點，如圖2-11右所示。由于節(jié)點離散化，實際施加的載荷在奇點將不會發(fā)生如圖所示的劇烈變化。反而，在所示的情況下，0度處節(jié)點的載荷為130，下一個沿順時針

51、方向的節(jié)點（比如在358度位置）的載荷為488。注：SFGRAD指定對所有隨后的載荷施加命令都起作用。要去除該指定，僅需發(fā)一個不帶變元的SFGRAD命令。而且在讀取載荷步文件時，如果SFGRAD指定起作用，那么程序在讀取文件前將刪除該指定。大變形作用會顯著改變節(jié)點位置?；诠?jié)點位置的SFGRAD斜率和載荷值計算不會根據這些變化作相應更新。如果需要這種功能，使用表面3加載的SURF19或SURF153命令，或使用表面4加載的SURF22或SURF154命令。2.6.7.4 重復設置表面載荷缺省情況下，如果在相同自由度處重復設置一個表面載荷，則新指定替代原先的指定。使用下列方法之一可將該缺省值改變

52、為增加（對累積）或忽略重復設置：Command(s)（命令）：SFCUMGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>-Replace vs. Add-Surface LoadsMain Menu>Solution>Settings>-Replace vs. Add-Surface Loads使用SFCUM設置的任何表面載荷保持設置不變直到發(fā)出另一個SFCUM命令.。要重新設置缺省設置（替換），僅需發(fā)一個不帶變元的SFCUM命令。SFSCALE命令允許比例縮放已存在的表面載荷值。DFCUM和SFSCALE命令僅對

53、被選擇的單元組起作用。Lab字段允許選擇表面載荷標識。2.6.7.5 轉換表面載荷要將已施加在實體模型上的表面載荷轉換到對應的有限元模型，使用下列方法之一：Command(s)（命令）：SFTRANGUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->Surface LoadsMain Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->Surface Loads要轉換實體模型的所有邊界條件，使用SBCTRAN命令 (參見2.6.3節(jié)對DOF約束的描述

54、) 。2.6.7.6使用表面效應單元施加載荷有時可能需要施加一個所使用的單元不能接受的表面載荷。例如：有時可能需要在結構實體單元上施加均布切向（或任何非法向，或定向）壓力，在熱分析實體單元上施加輻射指定等。在這些情況下，可以使用表面效果單元覆蓋所要施加載荷的表面，并用這些單元作為“管道”施加所需的載荷。目前可使用下列表面作用單元：對2-D模型，可使用SURF151,和SURF153；對3-D模型，可使用SURF152,和SURF154。2.6.8體積載荷表2-7顯示了每個學科中可用的體積載荷和相應的ANSYS標識符。表2-8顯示了施加、列表顯示和刪除體積載荷的命令。可將體積載荷施加于節(jié)點，單元

55、，關鍵點，線，面和體上。表2-7每個學科中可用的體積載荷學科表面載荷ANSYS 標識符結構分析溫度Fluence TEMP 1.FLUE 熱分析熱生成速率HGEN 磁場分析溫度磁場密度虛位移電壓降TEMP 1.JSMVDIVLTG 電場分析溫度體積電荷密度TEMP 1.CHRGD 流體分析熱生成速率力密度HGENFORC 1. 不要將它與PRES自由度混淆。表2-8 用于施加體積載荷的命令位置基本命令附加命令節(jié)點BF, BFLIST, BFDELEBFSCALE, BFCUM, BFUNIF單元BFE, BFELIST, BFEDELEBFESCAL, BFECUM關鍵點BFK, BFKLIS

56、T, BFKDELE- 線BFL, BFLLIST, BFLDELE- 面BFA, BFALIST, BFADELE- 體BFV, BFVLIST, BFVDELE- 轉換BFTRAN- 對于使用表2-8所列的命令可施加，列表顯示和刪除特定的體積載荷，參見ANSYS Commands Reference.（ANSYS命令參考手冊）。下面是一些用于施加體積載荷的GUI路徑的例子：GUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>load type>On NodesUtility Menu>List>Loads&

57、gt;Body Loads>On Picked ElemsMain Menu>Solution>-Loads-Apply>load type>On KeypointsUtility Menu>List>Loads>Body Loads>On Picked LinesMain Menu>Solution>-Loads-Apply>load type>On Volumes表2-8所列命令的說明參見ANSYS Commands Reference（ANSYS命令參考手冊）。注：在節(jié)點指定的體積載荷獨立于單元上的載荷。對于一

58、給定的單元，ANSYS程序按下列方法決定使用哪一載荷。·ANSYS程序檢查你是否對單元指定體積載荷。·如果不是，則使用指定給節(jié)點的體積載荷。·如果單元或節(jié)點上無體積載荷，則通過BFUNIF命令指定的體積載荷生效。2.6.8.1對單元施加體積載荷BFE命令逐個對單元施加體積載荷。然而，對應需要施加多個載荷值的單元，可以在一個單元上的多個位置指定體積載荷。所使用的位置隨單元類型的不同而異，如下例所示。缺省位置（對未指定體積載荷的位置）也隨單元類型的不同而異。因此，在單元上指定體積載荷前，一定要參閱在線的單元文檔或參閱ANSYS Elements Reference（A

59、NSYS單元參考手冊）。·對2-D和 3-D 實體單元 (PLANEn和 SOLIDn), 體積載荷的位置通常位于單元角點。圖2-12對2-D和 3-D 實體單元，BFE命令施加的體積載荷位置·對殼單元 (SHELLn), 體積載荷的位置通常位于頂面和底面的“偽節(jié)點”。如下圖所示。圖2-13對殼單元(左側的SHELL63, 右側的SHELL51)，BFE命令施加的體積載荷位置·一維單元 (BEAMn, LINKn, PIPEn, 等) 與殼單元相同，體積載荷的位置通常位于單元每端的“偽節(jié)點”。圖2-14對于梁單元和管單元，BFE命令施加的體積載荷位置·在所有情況下，如果包含退化單元，必須在所有位置指定單元載荷，包括在重合（退化）節(jié)點處施加重復載荷值。另一個簡單可用的方法是使用BF命令在節(jié)點直接指定體積載荷。2.6.8.2對關鍵點施加體積載荷可以使用BFK命令在關鍵點施加體積載荷。如果在面或體的角部關鍵點施加體積載荷，對于待轉換到面或體的內部節(jié)點的載荷，所有的載荷值必須相等。如果指定了不相等的載荷值，這些載荷將僅僅被轉換到與關鍵點（線性插值）連線的節(jié)點上。如圖2-15所示。圖2-15 BFK載荷向節(jié)點轉換2.6.8.3在線、面和體上施加體積載荷可以使用BFL, BFA和BFV命令分別在實體模型的線、面和體上施加體積載荷。施加