種動(dòng)載荷加載方法

1、本例提示本例將學(xué)習(xí)ANSYS中載荷步控制方法以及施加動(dòng)態(tài)載荷的三種加載方法：多載荷步法、表載荷法和函數(shù)載荷法。1.問(wèn)題描述一個(gè)下端固定的圓柱頂面上承受如圖31所示的動(dòng)態(tài)壓力載荷，試確定其頂面位移響應(yīng)。已知圓柱長(zhǎng)度為0.15m，直徑為0.03m，材料的彈性模量為2.06×105MPa，泊松比為0.3，密度為7800kg/m3。0.5p/MPat/s22.5101.01.5圖3-1 動(dòng)態(tài)載荷示意圖2.多載荷步法多載荷步法求解思路為：首先，為每一個(gè)載荷步施加載荷并設(shè)置載荷步參數(shù)。然后，將每個(gè)載荷步寫入載荷步文件，最后一次性求解所有載荷步。對(duì)于本問(wèn)題：定義載荷步1： 在要求的部位上添加約束；

2、 在要求的節(jié)點(diǎn)上施加載荷0； 規(guī)定施加此力的終止時(shí)間(1e-6)，指出時(shí)間步長(zhǎng)0.05和變化方式為Ramp方式； 規(guī)定輸出控制， 將此載荷步寫入載荷步文件1中。定義載荷步2： 在要求的節(jié)點(diǎn)上施加載荷22.5； 規(guī)定施加此力的終止時(shí)間(0.5)，指出時(shí)間步長(zhǎng)0.05和變化方式為Ramp方式； 規(guī)定輸出控制， 將此載荷步寫入載荷步文件2中。定義載荷步3： 改變載荷值為10.0； 規(guī)定終止時(shí)間 (1.0)。其他設(shè)置同前； 將此載荷步寫入載荷步文件3中。定義載荷步4： 刪除力或?qū)⑵渲翟O(shè)置為零； 規(guī)定終止時(shí)間 (1.5) ，變化方式為Stepped方式；其他設(shè)置同前。 將此載荷步寫入載荷步文件4中 前處

3、理步驟1 畫模型(1) 繪制立方塊：選擇菜單Main Menu: PreprocessorModelingCreateVolumeCylinderSolid Cylinder，輸入底面圓心坐標(biāo)(0,0)、半徑0.03/2、高度0.15/2，單擊OK按鈕。(2) 保存幾何模型：選擇菜單Utility Menu：FileSave As，在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)話框中的Save Database to中輸入數(shù)據(jù)庫(kù)名：Geometry.db。步驟2 設(shè)屬性(1) 定義單元類型：選擇菜單Main Menu: PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete，在單元類型對(duì)話框中單擊Ad

4、d按鈕，在彈出的單元庫(kù)對(duì)話框中選擇Solid和Brike 8 node 185（即選Solide185單元），單擊OK按鈕，再單擊Close按鈕。(2) 定義材料屬性：選擇菜單Main Menu: PreprocessorMaterial PropsMaterial Model在彈出的材料屬性窗口中依次雙擊Structural, Linear, Elastic和Isotropic，在彈出的對(duì)話框中設(shè)置EX（彈性模量）為2.06e+11；PRXY（泊松比）為0.3，單擊OK按鈕。在Material Models Available列表框中單擊路徑：StructuralDensity，在密度DEN

5、S一欄中輸入7800，單擊OK按鈕。退出材料定義窗口。步驟3 分網(wǎng)格(1) 定義單元尺寸：選擇菜單Main Menu: PreprocessorMeshingMeshTool，單擊MeshTool對(duì)話框Global項(xiàng)中的Set按鈕，在單元尺寸對(duì)話框中，設(shè)置Size=5(單元長(zhǎng)度為5)，單擊OK按鈕。(2) 分格：選擇菜單Main Menu: PreprocessorMeshingMeshTool，選中Mesh欄中的Sweep單選鈕，單擊MeshTool對(duì)話框中的Mesh按鈕，在繪圖區(qū)單擊選中圓柱，單擊左側(cè)的拾取對(duì)話框中的OK按鈕。步驟4 保存網(wǎng)格模型：選擇菜單Utility Menu：File

6、Save As，在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)話框中的Save Database to中輸入數(shù)據(jù)庫(kù)名：Mesh.db。2求解步驟1 指定分析類型：選擇菜單Main Menu: SolutionAnalysis TypeNew Analysis，選Transient單選鈕，選中Full（完全法）單選鈕，單擊OK按鈕。步驟2 對(duì)第一個(gè)載荷步施加載荷a) 添加約束：選擇菜單Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructureDisplacementOn Area，在圖形區(qū)中單擊圓柱底面，單擊左側(cè)的拾取對(duì)話框中的Apply按鈕，在施加約束對(duì)話框中選擇All，單擊OK按鈕。b) 添

7、加載荷：選擇菜單Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn Area，在圖形區(qū)中單擊圓柱頂面，單擊OK按鈕。在施加載荷對(duì)話框中設(shè)VALUE=0，單擊OK按鈕。c) 設(shè)置載荷步：選擇菜單Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，如圖2-16所示，在求解控制對(duì)話框的Basic卡中完成以下設(shè)置：Time at end of load step（結(jié)束時(shí)間）為1e-6，Number of substep（子載荷步數(shù)）為5，F(xiàn)requency為write Every substep（存儲(chǔ)所有

8、計(jì)算結(jié)果），在求解控制對(duì)話框的Transient卡中設(shè)置選中Ramped loading單選鈕，單擊OK按鈕。d) 寫載荷步文件1：選取菜單途徑選擇菜單Main menuSolutionLoad Step OptsWrite LS File，彈出Write Load Step File 對(duì)話框。在Load step file number n處輸入1，單擊OK按鈕。 圖3-2 求解控制對(duì)話框步驟3 對(duì)第二個(gè)載荷步施加載荷a) 添加載荷：選擇菜單Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn Area，在圖形區(qū)中單擊圓柱頂面，單擊O

9、K按鈕。在施加載荷對(duì)話框中設(shè)VALUE=22.5，單擊OK按鈕。b) 設(shè)置載荷步：選擇菜單Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，在求解控制對(duì)話框的Basic卡中完成以下設(shè)置：Time at end of load step（結(jié)束時(shí)間）為0.5，Number of substep（子載荷步數(shù)）為5，F(xiàn)requency為write Every substep（存儲(chǔ)所有計(jì)算結(jié)果），單擊OK按鈕。 c) 寫載荷步文件2：選取菜單途徑選擇菜單Main menuSolutionLoad Step OptsWrite LS File，彈出Write Loa

10、d Step File 對(duì)話框。在Load step file number n處輸入2，單擊OK按鈕。步驟4 對(duì)第三個(gè)載荷步施加載荷a) 添加載荷：選擇菜單Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn Area，在圖形區(qū)中單擊圓柱頂面，單擊OK按鈕。在施加載荷對(duì)話框中設(shè)VALUE=10，單擊OK按鈕。b) 設(shè)置載荷步：選擇菜單Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，在求解控制對(duì)話框的Basic卡中完成以下設(shè)置：Time at end of load step（結(jié)束時(shí)間）為1.0

11、，Number of substep（子載荷步數(shù)）為5，F(xiàn)requency為write Every substep（存儲(chǔ)所有計(jì)算結(jié)果），單擊OK按鈕。 c) 寫載荷步文件3：選取菜單途徑選擇菜單Main menuSolutionLoad Step OptsWrite LS File，彈出Write Load Step File 對(duì)話框。在Load step file number n處輸入3，單擊OK按鈕。步驟5 對(duì)第四個(gè)載荷步施加載荷a) 添加載荷：選擇菜單Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn Area，在圖形區(qū)中單擊

12、圓柱頂面，單擊OK按鈕。在施加載荷對(duì)話框中設(shè)VALUE=0，單擊OK按鈕。b) 設(shè)置載荷步：選擇菜單Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，在求解控制對(duì)話框的Basic卡中完成以下設(shè)置：Time at end of load step（結(jié)束時(shí)間）為1.5，Number of substep（子載荷步數(shù)）為5，F(xiàn)requency為write Every substep（存儲(chǔ)所有計(jì)算結(jié)果），在求解控制對(duì)話框的Transient卡中設(shè)置選中Stepped loading單選鈕，單擊OK按鈕。 c) 寫載荷步文件4：選取菜單途徑選擇菜單Main men

13、uSolutionLoad Step OptsWrite LS File，彈出Write Load Step File 對(duì)話框。在Load step file number n處輸入4，單擊OK按鈕。步驟6 求解：選擇菜單Main MenuSolutionSolveFrom LS File，彈出Solve Load Step Files對(duì)話框。在Starting LS file number處輸入1；在Ending LS file number處輸入4。單擊OK按鈕。當(dāng)求解完成時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)Solution is done的提示對(duì)話框。單擊close。3. 結(jié)果處理POST26觀察節(jié)點(diǎn)146的位

14、移時(shí)間歷程結(jié)果步驟1 定義結(jié)果變量：選擇菜單Main Menu: TimeHist Postpro，單擊按鈕，單擊Nodal SolutionDOF SolutionZ-compnent of displacement，設(shè)Valu Name為Xiangying，單擊OK按鈕，在圖形區(qū)單擊頂面上的節(jié)點(diǎn)，單擊拾取對(duì)話框中OK按鈕。步驟2 繪制位移響應(yīng)曲線：選擇菜單Main Menu: TimeHist Postpro，選中前面定義的Xiangying變量，單擊按鈕，繪制位移響應(yīng)曲線，見圖3-9(a)。圖3-1 位移響應(yīng)曲線Finish/Clear/PREP7 CYL4, , ,0.03/2, ,

15、, ,0.15 ET,1,SOLID185 MP,EX,1,2.06e11MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,7800 ESIZE,0,5, VSWEEP,All FINISH /SOLANTYPE,4TRNOPT,FULLNSUBST,5,0,0 OUTRES,ERASEOUTRES,ALL,ALL KBC,0 TIME,1e-6 DA,1,ALL,SFA,2,1,PRES,0 LSWRITE,1, TIME,0.5 SFA,2,1,PRES,22.5 LSWRITE,2, TIME,1.0 SFA,2,1,PRES,10 LSWRITE,3, TIME,1.5KBC,1 SFA

16、,2,1,PRES,0 LSWRITE,4, LSSOLVE,1,4,1, FINISH /POST26 FILE,'file','rst','.' NSOL,2,96,U,Z, UZ_2 PLVAR,2,3.表格載荷法 表格載荷法的求解思路為：首先，將載荷-時(shí)間歷程用表格表示。然后，用數(shù)組參數(shù)定義載荷隨時(shí)間變化的表。最后，施加表載荷，作為一個(gè)載荷步一次性求解。表格載荷法的加載過(guò)程：定義表格參數(shù)表施加已有表載荷表格載荷步控制。對(duì)于本問(wèn)題的載荷表為：表3-1 載荷-時(shí)間歷程表序號(hào)時(shí)間/s載荷10020.522.531.01041.000001051

17、.50 前處理重復(fù)多載荷步求解中的相應(yīng)步驟或打其保存的網(wǎng)格模型數(shù)據(jù)庫(kù)Mesh.db。 求解步驟1 指定分析類型：選擇菜單Main Menu: SolutionAnalysis TypeNew Analysis，選Transient單選鈕，選中Full（完全法）單選鈕，單擊OK按鈕。步驟2 添加約束：選擇菜單Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructureDisplacementOn Area，在圖形區(qū)中單擊圓柱底面，單擊左側(cè)的拾取對(duì)話框中的Apply按鈕，在施加約束對(duì)話框中選擇All，單擊OK按鈕。步驟3 定義表格載荷a) 定義表格：選擇菜單Utili

18、ty Menu: ParameterArray ParameterDefine/Edit，在數(shù)組定義對(duì)話框中單擊Add按鈕，在新數(shù)組對(duì)話框中設(shè)Parameter Name為Table load，Parameter Type為Table，設(shè)I,J,K為（5,1,1），Var1為Time，單擊OK按鈕完成表定義。b) 填充表格：選擇菜單Utility Menu: ParameterArray ParameterDefine/Edit，在數(shù)組定義對(duì)話框中選中前面定義的表格Table load，單擊Edit按鈕，在表填充對(duì)話框中輸入時(shí)間_載荷歷程表，如圖 所示，單擊菜單FileApply/Quit，單

19、擊OK按鈕完成表填充。 步驟4 施加表載荷：選擇菜單Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn Area，在圖形區(qū)中單擊圓柱頂面，單擊OK按鈕。在施加載荷對(duì)話框中設(shè)SFA下拉式列表框?yàn)镋xisting Table，在彈出的表載荷選擇對(duì)話框中選中Table Load表載荷，單擊OK按鈕。步驟5 設(shè)置載荷步：選擇菜單Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，如圖2-16所示，在求解控制對(duì)話框的Basic卡中完成以下設(shè)置：Time at end of load step（結(jié)束時(shí)間）為1

20、.5，Number of substep（子載荷步數(shù)）為50，F(xiàn)requency為write Every substep（存儲(chǔ)所有計(jì)算結(jié)果），在求解控制對(duì)話框的Transient卡中設(shè)置選中Ramped loading單選鈕，單擊OK按鈕。 圖3-3 求解控制對(duì)話框步驟6 求解：選擇菜單Main MenuSolutionSolveCurrent LS ，單擊OK按鈕。當(dāng)求解完成時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)Solution is done的提示對(duì)話框。單擊close。l 結(jié)果處理重復(fù)多載荷步求解中的相應(yīng)步驟，POST26觀察頂面位移時(shí)間歷程結(jié)果。Finish/Clear/PREP7 CYL4, , ,0.03/

21、2, , , ,0.15 ET,1,SOLID185 MP,EX,1,2.06e11 MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,7800 ESIZE,0,5, VSWEEP,All FINISH *DIM,Tab_Load,TABLE,5,1,1,Time, , !* *SET,TAB_LOAD(1,0,1) , 0*SET,TAB_LOAD(2,0,1) , 0.5 *SET,TAB_LOAD(2,1,1) , 22.5 *SET,TAB_LOAD(3,0,1) , 1*SET,TAB_LOAD(3,1,1) , 10 *SET,TAB_LOAD(4,0,1) , 1.001*SET,

22、TAB_LOAD(5,0,1) , 1.5 /SOLU ANTYPE,4TRNOPT,FULL LUMPM,0 !* NSUBST,50,0,0 OUTRES,ERASEOUTRES,ALL,ALL TIME,1.5DA,1,ALL,SFA,2,1,PRES, %TAB_LOAD% SOLVE FINISH /POST26 FILE,'file','rst','.' NSOL,2,51,U,Z, UZ_2 PLVAR,2,3.函數(shù)載荷法 函數(shù)載荷法的求解思路為：首先，將載荷-時(shí)間歷程用函數(shù)工具表示。然后，將載荷-時(shí)間函數(shù)轉(zhuǎn)換為表格載荷。最后，施加

23、已有表載荷，作為一個(gè)載荷步一次性求解。函數(shù)載荷法的加載過(guò)程：定義函數(shù)關(guān)系式轉(zhuǎn)換為表格載荷施加已有表載荷表格載荷步控制。圖 所示的載荷-時(shí)間歷程函數(shù)為： （ ）3.前處理重復(fù)多載荷步求解中的相應(yīng)步驟或打其保存的網(wǎng)格模型數(shù)據(jù)庫(kù)Mesh.db。 求解步驟1 指定分析類型：選擇菜單Main Menu: SolutionAnalysis TypeNew Analysis，選Transient單選鈕，選中Full（完全法）單選鈕，單擊OK按鈕。步驟2 添加約束：選擇菜單Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructureDisplacementOn Area，在圖形區(qū)

24、中單擊圓柱底面，單擊左側(cè)的拾取對(duì)話框中的Apply按鈕，在施加約束對(duì)話框中選擇All，單擊OK按鈕。步驟3 定義函數(shù)載荷a) 定義函數(shù)載荷：選擇菜單Utility Menu: ParameterFunctionDefine/Edit，在函數(shù)編輯窗口的Function卡中選中Multivalued function based on regime variable（分段函數(shù)）單選鈕，在下拉式列表框中選擇<regime var>為TIME。在regime1卡片中，設(shè)自變量范圍為0,0.5，Result=45*TIME（TIME不能輸入，列表框中選擇TIME）。重復(fù)上述步驟，在regim

25、e2卡片中，設(shè)自變量范圍為0.5,1.0，Result=-25*TIME+35。在regime3卡片中，設(shè)自變量范圍為1.0,1.5，Result=0。在函數(shù)編輯窗口中單擊菜單FileSave，在文件保存對(duì)話框中設(shè)文件名為L(zhǎng)oad，單擊OK按鈕，在函數(shù)編輯窗口中單擊菜單FileClose，完成載荷函數(shù)定義。 b) 轉(zhuǎn)換為表格載荷：選擇菜單Utility Menu: ParameterFunctionRead from File，選中前一步保存的函數(shù)Load.fun，在函數(shù)載荷對(duì)話框的Table parameter name（表格載荷名稱）中輸入Fun_load，單擊OK按鈕，將載荷函數(shù)轉(zhuǎn)化為表

26、格載荷。c) 施加表載荷：選擇菜單Main Menu: SolutionDefine LoadsApplyStructurePressureOn Area，在圖形區(qū)中單擊圓柱頂面，單擊OK按鈕。在施加載荷對(duì)話框中設(shè)SFA下拉式列表框?yàn)镋xisting Table，在彈出的表載荷選擇對(duì)話框中選中Table Load表載荷，單擊OK按鈕。步驟4 設(shè)置載荷步：選擇菜單Main Menu: SolutionAnalysis TypeSols Control，如圖2-16所示，在求解控制對(duì)話框的Basic卡中完成以下設(shè)置：Time at end of load step（結(jié)束時(shí)間）為1.5，Number

27、 of substep（子載荷步數(shù)）為50，F(xiàn)requency為write Every substep（存儲(chǔ)所有計(jì)算結(jié)果），在求解控制對(duì)話框的Transient卡中設(shè)置選中Ramped loading單選鈕，單擊OK按鈕。 圖3-4 求解控制對(duì)話框步驟5 求解：選擇菜單Main MenuSolutionSolveCurrent LS ，單擊OK按鈕。當(dāng)求解完成時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)Solution is done的提示對(duì)話框。單擊close。l 結(jié)果處理重復(fù)多載荷步求解中的相應(yīng)步驟，POST26觀察頂面位移時(shí)間歷程結(jié)果。Finish/Clear /PREP7 CYL4, , ,0.03/2, , , ,

28、0.15 ET,1,SOLID185 MP,EX,1,2.06e11 MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,7800 ESIZE,0,5, VSWEEP,All FINISH ! 定義函數(shù) *DEL,_FNCNAME *DEL,_FNCMTID *DEL,_FNCCSYS *SET,_FNCNAME,'Fun_Load'*SET,_FNCCSYS,0 ! /INPUT,Load.func,1 *DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,5,4,%_FNCCSYS% ! Begin of equation: TIME *SET,%_FNCNAME%(0,0,1),

29、0.0, -999 *SET,%_FNCNAME%(2,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(3,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(4,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(5,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(6,0,1), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(0,1,1), 1.0, 99, 0, 1, 1, 0, 0 *SET,%_FNCNAME%(0,2,1), 0 *SET,%_FNCNAME%(0,3,1), 0 *SET,%_FNCNAME%(0,4,1), 0 *SET,%_FNCNAME%(0,5,1), 0

30、 ! End of equation: TIME ! Begin of equation: 45*TIME *SET,%_FNCNAME%(0,0,2), 0.5, -999 *SET,%_FNCNAME%(2,0,2), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(3,0,2), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(4,0,2), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(5,0,2), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(6,0,2), 0.0 *SET,%_FNCNAME%(0,1,2), 1.0, -1, 0, 45, 0, 0, 1 *SET,%_FNCNAME%(0,2,2), 0.0, -2, 0, 1, -1, 3, 1 *SET,%_FNCNAME%(0,3,2), 0, 99, 0, 1, -2, 0, 0 *SET,%_FNCNAME%(0,4,2), 0 *SET,%_FNCNAME%(0,5,2), 0 ! End of equation: 45*TIME! Begin of equation: -25*TIME+35 *SET,%_