有限元-結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析

1、結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)構(gòu)靜力分析今日內(nèi)容今日內(nèi)容一一關(guān)于材料參數(shù)的幾個(gè)問(wèn)題關(guān)于材料參數(shù)的幾個(gè)問(wèn)題二二桿系的結(jié)構(gòu)分析桿系的結(jié)構(gòu)分析三三二維實(shí)體分析二維實(shí)體分析四四三維空間問(wèn)題分析三維空間問(wèn)題分析五五疲勞分析疲勞分析六六結(jié)構(gòu)有限元的工程應(yīng)用結(jié)構(gòu)有限元的工程應(yīng)用第一部分第一部分 關(guān)于材料參數(shù)的幾個(gè)概念關(guān)于材料參數(shù)的幾個(gè)概念幾個(gè)問(wèn)題：幾個(gè)問(wèn)題：1. 彈性模量和彈性系數(shù)有何區(qū)別？彈性模量和彈性系數(shù)有何區(qū)別？2. 彈性模量表征的是什么概念？其影響因素是什么？彈性模量表征的是什么概念？其影響因素是什么？3. 屈服強(qiáng)度表征的是什么概念？其影響因素是什么？屈服強(qiáng)度表征的是什么概念？其影響因素是什么？4. 材料由普通碳素

2、鋼變成合金鋼的時(shí)候，改變了什么參數(shù)？材料由普通碳素鋼變成合金鋼的時(shí)候，改變了什么參數(shù)？改變的是彈性模量還是屈服強(qiáng)度？改變的是彈性模量還是屈服強(qiáng)度？彈性模量彈性模量也稱(chēng)楊氏模量。彈性材料的一種最重要、最具特征的力學(xué)也稱(chēng)楊氏模量。彈性材料的一種最重要、最具特征的力學(xué)性質(zhì)性質(zhì), 是物體變形難易程度的表征是物體變形難易程度的表征, 用用E表示。定義為理想材料表示。定義為理想材料在小形變時(shí)應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之比。在小形變時(shí)應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之比。E以單位面積上承受的力以單位面積上承受的力表示，單位為表示，單位為N/m2。在比例極限內(nèi)，應(yīng)力與材料相應(yīng)的應(yīng)變。在比例極限內(nèi)，應(yīng)力與材料相應(yīng)的應(yīng)變之比。根據(jù)不同的受

3、力情況，分別有相應(yīng)的之比。根據(jù)不同的受力情況，分別有相應(yīng)的拉伸彈性模量拉伸彈性模量(楊楊氏模量氏模量)、剪切彈性模量、剪切彈性模量(剛性模量剛性模量)、體積彈性模量等、體積彈性模量等。它是。它是一個(gè)材料常數(shù)，表征材料抵抗彈性變形的能力，其數(shù)值大小一個(gè)材料常數(shù)，表征材料抵抗彈性變形的能力，其數(shù)值大小反映該材料彈性變形的難易程度。對(duì)一般材料而言，該值比反映該材料彈性變形的難易程度。對(duì)一般材料而言，該值比較穩(wěn)定，但就高聚物而言則對(duì)溫度和加載速率等條件的依賴(lài)較穩(wěn)定，但就高聚物而言則對(duì)溫度和加載速率等條件的依賴(lài)性較明顯。對(duì)于有些材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力性較明顯。對(duì)于有些材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力-應(yīng)變曲線不符合應(yīng)

4、變曲線不符合直線關(guān)系的，則可根據(jù)需要可以取切線彈性模量、割線彈性直線關(guān)系的，則可根據(jù)需要可以取切線彈性模量、割線彈性模量等人為定義的辦法來(lái)代替它的彈性模量值。模量等人為定義的辦法來(lái)代替它的彈性模量值。彈性系數(shù)彈性系數(shù) 將彈簧壓縮（或拉伸）單位長(zhǎng)度所需的力，將彈簧壓縮（或拉伸）單位長(zhǎng)度所需的力， 國(guó)際單位為國(guó)際單位為N/m 若兩彈簧彈性系數(shù)為若兩彈簧彈性系數(shù)為k1,k2. 并聯(lián)時(shí)他們發(fā)生位移相同并聯(lián)時(shí)他們發(fā)生位移相同X 則合力則合力F=KX=k1X+k2X=(k1+k2)X 所以合所以合K=k1+k2 串聯(lián)他們之間的彈力相同串聯(lián)他們之間的彈力相同,同上可推出同上可推出:K=k1k2/(k1+k2

5、).彈性模量和彈性系數(shù)的區(qū)別彈性模量和彈性系數(shù)的區(qū)別彈性模量是材料的特性，單位是彈性模量是材料的特性，單位是N/m2,表征的是材料的單表征的是材料的單位應(yīng)力下的應(yīng)變，而彈性系數(shù)是和形狀等掛鉤的，比如對(duì)一位應(yīng)力下的應(yīng)變，而彈性系數(shù)是和形狀等掛鉤的，比如對(duì)一根彈簧，參數(shù)單位是根彈簧，參數(shù)單位是N/m,表征的是在單位力下能把該物體拉表征的是在單位力下能把該物體拉長(zhǎng)多少。長(zhǎng)多少。 有一些聯(lián)系，但是完全不同的概念，。有一些聯(lián)系，但是完全不同的概念，。彈性模量的影響因素彈性模量的影響因素定義上講材料在外力作用下發(fā)生變形。當(dāng)外力較小時(shí)，產(chǎn)定義上講材料在外力作用下發(fā)生變形。當(dāng)外力較小時(shí)，產(chǎn)生彈性變形。彈性變形

6、是可逆變形，卸載時(shí)，變形消失并恢生彈性變形。彈性變形是可逆變形，卸載時(shí)，變形消失并恢復(fù)原狀。在彈性變形范圍內(nèi)，其應(yīng)力與應(yīng)變之間保持線性函復(fù)原狀。在彈性變形范圍內(nèi)，其應(yīng)力與應(yīng)變之間保持線性函數(shù)關(guān)系，其比值就是彈性模量。數(shù)關(guān)系，其比值就是彈性模量。它是表征晶體中原子間結(jié)合它是表征晶體中原子間結(jié)合力強(qiáng)弱的物理量，故是組織結(jié)構(gòu)不敏感參數(shù)力強(qiáng)弱的物理量，故是組織結(jié)構(gòu)不敏感參數(shù)。在工程上，彈。在工程上，彈性模量則是材料剛度的度量。性模量則是材料剛度的度量。所以，一般而言，很難通過(guò)改變材料的組織來(lái)改變材料的所以，一般而言，很難通過(guò)改變材料的組織來(lái)改變材料的彈性模量。這也就是幾乎所有鋼材的彈性模量都可以取彈性

7、模量。這也就是幾乎所有鋼材的彈性模量都可以取2.1E11 Pa的道理。的道理。材料的磁性對(duì)材料的磁性對(duì)E是有影響的，還有溫度也有很大影響。是有影響的，還有溫度也有很大影響。所以，一般而言，高強(qiáng)度鋼改變的是材料的屈服強(qiáng)度來(lái)獲所以，一般而言，高強(qiáng)度鋼改變的是材料的屈服強(qiáng)度來(lái)獲得高的材料許用應(yīng)力，而不是改變材料的彈性模量。得高的材料許用應(yīng)力，而不是改變材料的彈性模量。一些材料的主要參數(shù)一些材料的主要參數(shù)第二部分第二部分 桿件的結(jié)構(gòu)分析桿件的結(jié)構(gòu)分析桿件的結(jié)構(gòu)靜力分析分類(lèi)桿件的結(jié)構(gòu)靜力分析分類(lèi)桿系結(jié)構(gòu)分為靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)。凡是僅用靜力平衡原理即可桿系結(jié)構(gòu)分為靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)。凡是僅用靜力平衡原

8、理即可求出結(jié)構(gòu)的全部?jī)?nèi)力和反力時(shí)，稱(chēng)結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu)；否則為超靜定結(jié)構(gòu)。求出結(jié)構(gòu)的全部?jī)?nèi)力和反力時(shí)，稱(chēng)結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu)；否則為超靜定結(jié)構(gòu)。超靜定結(jié)構(gòu)可用力法、位移法或混合法等求解。在求得內(nèi)力后，靜定結(jié)超靜定結(jié)構(gòu)可用力法、位移法或混合法等求解。在求得內(nèi)力后，靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)均可用位移計(jì)算公式或其他方法求得結(jié)構(gòu)中任意指定點(diǎn)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)均可用位移計(jì)算公式或其他方法求得結(jié)構(gòu)中任意指定點(diǎn)的位移。較復(fù)雜的超靜定結(jié)構(gòu)，由于其計(jì)算工作量很大的位移。較復(fù)雜的超靜定結(jié)構(gòu)，由于其計(jì)算工作量很大, ,在在2020世紀(jì)世紀(jì)30305050年代期間年代期間, ,曾發(fā)展了許多近似法、漸近法及實(shí)用的簡(jiǎn)化方法。這些方曾發(fā)展了

9、許多近似法、漸近法及實(shí)用的簡(jiǎn)化方法。這些方法在當(dāng)時(shí)曾解決過(guò)許多工程結(jié)構(gòu)的計(jì)算問(wèn)題，也推動(dòng)了結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展。法在當(dāng)時(shí)曾解決過(guò)許多工程結(jié)構(gòu)的計(jì)算問(wèn)題，也推動(dòng)了結(jié)構(gòu)力學(xué)的發(fā)展。但隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及，適合于計(jì)算機(jī)的矩陣力法、矩陣位移但隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及，適合于計(jì)算機(jī)的矩陣力法、矩陣位移法及有限元法等已成為分析復(fù)雜問(wèn)題的主要方法。法及有限元法等已成為分析復(fù)雜問(wèn)題的主要方法?，F(xiàn)在有限元靜定、超靜定全部都可以方便計(jì)算了。現(xiàn)在有限元靜定、超靜定全部都可以方便計(jì)算了。桿件分析主要見(jiàn)于大型鋼結(jié)構(gòu)中的分析，如果都使用桿件分析主要見(jiàn)于大型鋼結(jié)構(gòu)中的分析，如果都使用實(shí)體模型的話，模型將非常大。實(shí)體模型的

10、話，模型將非常大。桿件的結(jié)構(gòu)靜力分析分類(lèi)桿件的結(jié)構(gòu)靜力分析分類(lèi)桿系結(jié)構(gòu)還可分為平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的全部桿桿系結(jié)構(gòu)還可分為平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的全部桿件、支座及作用力均位于同一平面時(shí)，稱(chēng)結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)；件、支座及作用力均位于同一平面時(shí)，稱(chēng)結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)；否則即為空間結(jié)構(gòu)。工程中的絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)都是空間結(jié)構(gòu)。否則即為空間結(jié)構(gòu)。工程中的絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)都是空間結(jié)構(gòu)。但在許多情況下往往可以引入一些適當(dāng)?shù)募俣ǎ阉鼈兒?jiǎn)化但在許多情況下往往可以引入一些適當(dāng)?shù)募俣?，把它們?jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)，從而避免復(fù)雜的計(jì)算并取得精度符合工程要求為平面結(jié)構(gòu)，從而避免復(fù)雜的計(jì)算并取得精度符合工程要求的結(jié)果。在計(jì)算機(jī)發(fā)展后

11、，習(xí)慣上常簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)的桁架的結(jié)果。在計(jì)算機(jī)發(fā)展后，習(xí)慣上常簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)的桁架和剛架（見(jiàn)框架）等，已逐步轉(zhuǎn)向按空間結(jié)構(gòu)計(jì)算。和剛架（見(jiàn)框架）等，已逐步轉(zhuǎn)向按空間結(jié)構(gòu)計(jì)算?，F(xiàn)在有限元平面、空間結(jié)構(gòu)全部都可以方便計(jì)算了。現(xiàn)在有限元平面、空間結(jié)構(gòu)全部都可以方便計(jì)算了。第三部分第三部分 二維實(shí)體分析二維實(shí)體分析l 平面問(wèn)題平面問(wèn)題 平面應(yīng)力問(wèn)題平面應(yīng)力問(wèn)題 平面應(yīng)變問(wèn)題平面應(yīng)變問(wèn)題l 軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題l 薄板彎曲問(wèn)題薄板彎曲問(wèn)題2D模型來(lái)近似模型來(lái)近似3D模型模型平面應(yīng)力狀態(tài)，平面應(yīng)變狀態(tài)平面應(yīng)力狀態(tài)，平面應(yīng)變狀態(tài)第四部分第四部分 三維空間問(wèn)題分析三維空間問(wèn)題分析普通的三向應(yīng)力狀態(tài)普通的三向應(yīng)

12、力狀態(tài)第五部分第五部分 疲勞分析疲勞分析疲勞破壞疲勞破壞疲勞強(qiáng)度是指金屬材料在無(wú)限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度是指金屬材料在無(wú)限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。實(shí)際上，金屬材料并不可能作無(wú)限多次交變載荷試驗(yàn)。疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。實(shí)際上，金屬材料并不可能作無(wú)限多次交變載荷試驗(yàn)。一般試驗(yàn)時(shí)規(guī)定，鋼在經(jīng)受一般試驗(yàn)時(shí)規(guī)定，鋼在經(jīng)受107次、非鐵（有色）金屬材料經(jīng)受次、非鐵（有色）金屬材料經(jīng)受108次交變載荷次交變載荷作用時(shí)不產(chǎn)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度。當(dāng)施加的交變應(yīng)力是對(duì)稱(chēng)循環(huán)作用時(shí)不產(chǎn)生斷裂時(shí)的最大應(yīng)力稱(chēng)為疲勞強(qiáng)度。當(dāng)施加的交變應(yīng)力是對(duì)稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力

13、時(shí)，所得的疲勞強(qiáng)度用應(yīng)力時(shí)，所得的疲勞強(qiáng)度用1表示。表示。 許多機(jī)械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，在工作過(guò)程中各點(diǎn)的應(yīng)許多機(jī)械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，在工作過(guò)程中各點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間作周期性的變化，這種隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力稱(chēng)為交變應(yīng)力（也力隨時(shí)間作周期性的變化，這種隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力稱(chēng)為交變應(yīng)力（也稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力）。在交變應(yīng)力的作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服稱(chēng)循環(huán)應(yīng)力）。在交變應(yīng)力的作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱(chēng)為金屬的點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱(chēng)為金屬的

14、疲勞。疲勞。 疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械零件失效中大約疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械零件失效中大約有有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒(méi)有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒(méi)有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故，所以對(duì)于軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等承受交變載荷的零常造成重大事故，所以對(duì)于軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等承受交變載荷的零件要選擇疲勞強(qiáng)度較好的材料來(lái)制造。件要選擇疲勞強(qiáng)度較好的材料來(lái)制造。疲勞破壞的特點(diǎn)疲勞破壞的特點(diǎn)在變應(yīng)力作用下，機(jī)械零件的主要失效形式是疲勞斷裂。表面無(wú)缺陷的金屬材在變應(yīng)力作用下，機(jī)械

15、零件的主要失效形式是疲勞斷裂。表面無(wú)缺陷的金屬材料，其疲勞斷裂過(guò)程分為兩個(gè)階段：第一階段是零件表面上應(yīng)力較大處的材料發(fā)料，其疲勞斷裂過(guò)程分為兩個(gè)階段：第一階段是零件表面上應(yīng)力較大處的材料發(fā)生剪切滑移，產(chǎn)生初始裂紋，形成疲勞源，疲勞源可以有一個(gè)或數(shù)個(gè)；第二階段生剪切滑移，產(chǎn)生初始裂紋，形成疲勞源，疲勞源可以有一個(gè)或數(shù)個(gè)；第二階段是裂紋尖端在切應(yīng)力下發(fā)生反復(fù)塑性變形，使裂紋擴(kuò)展直至發(fā)生疲勞斷裂。實(shí)際是裂紋尖端在切應(yīng)力下發(fā)生反復(fù)塑性變形，使裂紋擴(kuò)展直至發(fā)生疲勞斷裂。實(shí)際上，材料內(nèi)部的夾渣、微孔、晶界以及表面劃傷、裂紋、腐蝕等都有可能產(chǎn)生初上，材料內(nèi)部的夾渣、微孔、晶界以及表面劃傷、裂紋、腐蝕等都有可

16、能產(chǎn)生初始裂紋。因此一般說(shuō)零件的疲勞過(guò)程是從第二階段開(kāi)始的，應(yīng)力集中促使表面裂始裂紋。因此一般說(shuō)零件的疲勞過(guò)程是從第二階段開(kāi)始的，應(yīng)力集中促使表面裂紋產(chǎn)生和發(fā)展。紋產(chǎn)生和發(fā)展。 通常疲勞斷裂具有以下特征：通常疲勞斷裂具有以下特征：1）疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料）疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低；的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低；2）不管脆性材料或塑性材料，其疲勞斷口均）不管脆性材料或塑性材料，其疲勞斷口均表現(xiàn)為無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂；表現(xiàn)為無(wú)明顯塑性變形的脆性突然斷裂；3）疲勞斷裂是損傷的積累，它的初期現(xiàn)）疲勞斷裂是損傷的積累，它的初期現(xiàn)象是在零件表

17、面或表層形成微裂紋，這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸象是在零件表面或表層形成微裂紋，這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，直至余下的未裂開(kāi)的截面積不足以承受外荷載時(shí)，零件就突然斷裂。圖擴(kuò)展，直至余下的未裂開(kāi)的截面積不足以承受外荷載時(shí)，零件就突然斷裂。圖4.3所示為一旋轉(zhuǎn)彎曲、荷載小和表面應(yīng)力集中大并有三個(gè)初始裂紋的疲勞斷裂截面。所示為一旋轉(zhuǎn)彎曲、荷載小和表面應(yīng)力集中大并有三個(gè)初始裂紋的疲勞斷裂截面。在斷裂截面上明顯地有兩個(gè)區(qū)域：一個(gè)是在變應(yīng)力重復(fù)作用下裂紋兩邊相互摩擦在斷裂截面上明顯地有兩個(gè)區(qū)域：一個(gè)是在變應(yīng)力重復(fù)作用下裂紋兩邊相互摩擦形成的表面光滑區(qū)；一個(gè)是最終發(fā)生脆性斷裂的粗粒

18、狀區(qū)。形成的表面光滑區(qū)；一個(gè)是最終發(fā)生脆性斷裂的粗粒狀區(qū)。 高周疲勞和低周疲勞高周疲勞和低周疲勞994年美國(guó)諾嶺地震和年美國(guó)諾嶺地震和1995年日本阪神地震后年日本阪神地震后,人們發(fā)現(xiàn)很人們發(fā)現(xiàn)很多鋼框架焊接剛性節(jié)點(diǎn)在強(qiáng)烈地震作用下經(jīng)歷幾個(gè)或十幾個(gè)變多鋼框架焊接剛性節(jié)點(diǎn)在強(qiáng)烈地震作用下經(jīng)歷幾個(gè)或十幾個(gè)變形反復(fù)形反復(fù),就發(fā)生脆性斷裂破環(huán)就發(fā)生脆性斷裂破環(huán),這屬于低周疲勞破壞現(xiàn)象。這屬于低周疲勞破壞現(xiàn)象。為便于分析研究，常按破壞循環(huán)次數(shù)的高低將疲勞分為兩類(lèi)：為便于分析研究，常按破壞循環(huán)次數(shù)的高低將疲勞分為兩類(lèi)：高循環(huán)疲勞（高周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較高循環(huán)疲勞（高周疲勞）。作用于零件、

19、構(gòu)件的應(yīng)力水平較低低 ，破壞循環(huán)次數(shù)一般高于，破壞循環(huán)次數(shù)一般高于104105的疲勞的疲勞 ，彈簧、傳動(dòng)軸，彈簧、傳動(dòng)軸等的疲勞屬此類(lèi)。低循環(huán)疲勞（低周疲勞）。作用于零件、等的疲勞屬此類(lèi)。低循環(huán)疲勞（低周疲勞）。作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較高構(gòu)件的應(yīng)力水平較高 ，破壞循環(huán)次數(shù)一般低于，破壞循環(huán)次數(shù)一般低于104105的疲的疲勞，如壓力容器、燃?xì)廨啓C(jī)零件等的疲勞。實(shí)踐表明，疲勞壽勞，如壓力容器、燃?xì)廨啓C(jī)零件等的疲勞。實(shí)踐表明，疲勞壽命分散性較大，因此必須進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，考慮存活率（即可靠命分散性較大，因此必須進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，考慮存活率（即可靠度）的問(wèn)題。度）的問(wèn)題。疲勞分析的圖？疲勞分析的圖？Int

20、ersection操作操作面與面的面與面的Intersection體與體的體與體的Intersection n共同閱讀單元共同閱讀單元Plane42的的help文檔文檔n共同閱讀布爾運(yùn)算中的共同閱讀布爾運(yùn)算中的Subtraction Operation的的help文檔文檔P133-習(xí)題說(shuō)明習(xí)題說(shuō)明P133-習(xí)題說(shuō)明習(xí)題說(shuō)明P133-習(xí)題說(shuō)明習(xí)題說(shuō)明npsi 的換算的換算npounds per square inch 磅磅/平方英寸平方英寸 壓強(qiáng)單位。壓強(qiáng)單位。 1磅磅=454克，克，1英寸英寸=2.52厘米厘米n換算關(guān)系為：換算關(guān)系為：1psi=6.895kPa, n30E6psi=30E6*

21、6.895E3Pa=206E9Pa=207GPa n(鋼的彈性模量為鋼的彈性模量為210GPa, 鑄鐵為鑄鐵為175GPa, 鋁為鋁為17GPa)ANSYS的求解器的種類(lèi)的求解器的種類(lèi)ansys常見(jiàn)求解器常見(jiàn)求解器求解器分類(lèi)求解器分類(lèi)n 直接求解器：稀疏矩陣求解器，波前求解器直接求解器：稀疏矩陣求解器，波前求解器n 迭代求解器：預(yù)條件求解器（迭代求解器：預(yù)條件求解器（PCG）,雅可比共軛梯度求雅可比共軛梯度求解器解器(JCG)，非完全共軛梯度求解器（，非完全共軛梯度求解器（ICCG）n 特殊求解器（需要并行特殊求解器（需要并行l(wèi)icense PPFA）：）：AMG，DPSRSE，DPCG，DJ

22、CG.ANSYS求解器的設(shè)置選項(xiàng)求解器的設(shè)置選項(xiàng)稀疏矩陣求解器稀疏矩陣求解器(Sparse Director Solver) 稀疏矩陣求解法是使用消元為基礎(chǔ)的直接求解法，在稀疏矩陣求解法是使用消元為基礎(chǔ)的直接求解法，在ANSYS10.0中其為默認(rèn)求解選項(xiàng)。其可以支持實(shí)矩陣與復(fù)矩中其為默認(rèn)求解選項(xiàng)。其可以支持實(shí)矩陣與復(fù)矩陣、對(duì)稱(chēng)與非對(duì)稱(chēng)矩陣、拉格朗日乘子。其支持各類(lèi)分析，陣、對(duì)稱(chēng)與非對(duì)稱(chēng)矩陣、拉格朗日乘子。其支持各類(lèi)分析，病態(tài)矩陣也不會(huì)造成求解的困難。稀疏矩陣求解器由于需要病態(tài)矩陣也不會(huì)造成求解的困難。稀疏矩陣求解器由于需要存儲(chǔ)分解后的矩陣因此對(duì)于內(nèi)存要求較高。其具有一定的并存儲(chǔ)分解后的矩陣因此

23、對(duì)于內(nèi)存要求較高。其具有一定的并行性，可以利用到行性，可以利用到4-8cpu 其具有其具有3種求解方式：核內(nèi)求解，最優(yōu)核外求解，最小核外種求解方式：核內(nèi)求解，最優(yōu)核外求解，最小核外求解。強(qiáng)烈推薦使用核內(nèi)求解，此時(shí)基本不需要磁盤(pán)的輸入求解。強(qiáng)烈推薦使用核內(nèi)求解，此時(shí)基本不需要磁盤(pán)的輸入與輸出，能大幅度提高求解速度；而核外求解會(huì)受到磁盤(pán)輸與輸出，能大幅度提高求解速度；而核外求解會(huì)受到磁盤(pán)輸入入/輸出速度的影響。對(duì)于復(fù)矩陣或非對(duì)稱(chēng)矩陣一般需要通常輸出速度的影響。對(duì)于復(fù)矩陣或非對(duì)稱(chēng)矩陣一般需要通常求解求解2倍的內(nèi)存與計(jì)算時(shí)間。倍的內(nèi)存與計(jì)算時(shí)間。波前求解器波前求解器(Frontal Direct)程序

24、通過(guò)三角化消去所有可以由其他自由度表達(dá)的自由度程序通過(guò)三角化消去所有可以由其他自由度表達(dá)的自由度，知道最終形成三角，知道最終形成三角矩陣，求解器在三角化過(guò)程中保留的節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)目稱(chēng)為矩陣，求解器在三角化過(guò)程中保留的節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)目稱(chēng)為波前，在所有自由度被處理后波前為波前，在所有自由度被處理后波前為0，整個(gè)過(guò)程中波前，整個(gè)過(guò)程中波前的最大值稱(chēng)為最大波前，最大波前越大所需內(nèi)存越大。整的最大值稱(chēng)為最大波前，最大波前越大所需內(nèi)存越大。整個(gè)過(guò)程中波前的均方值稱(chēng)為個(gè)過(guò)程中波前的均方值稱(chēng)為RMS波前，波前，RMS波前越大，波前越大，求解時(shí)間越長(zhǎng)求解時(shí)間越長(zhǎng)預(yù)條件求解器（預(yù)條件求解器（PCG）屬于間接迭代法，收

25、斂精度主要依賴(lài)于收斂準(zhǔn)則，適用于靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)、瞬屬于間接迭代法，收斂精度主要依賴(lài)于收斂準(zhǔn)則，適用于靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和子空間特征值分析，特別適合于結(jié)構(gòu)分析，對(duì)于一些非線性分析也有態(tài)和子空間特征值分析，特別適合于結(jié)構(gòu)分析，對(duì)于一些非線性分析也有較好的效果，在接觸分析中當(dāng)使用罰函數(shù)法及增強(qiáng)的拉格朗日法時(shí)也能使較好的效果，在接觸分析中當(dāng)使用罰函數(shù)法及增強(qiáng)的拉格朗日法時(shí)也能使用。但對(duì)于拉格朗日法的接觸分析以及不可壓縮材料時(shí)不能使用。（適用用。但對(duì)于拉格朗日法的接觸分析以及不可壓縮材料時(shí)不能使用。（適用于實(shí)矩陣、對(duì)稱(chēng)矩陣，不使用于復(fù)矩陣、非對(duì)稱(chēng)矩陣）于實(shí)矩陣、對(duì)稱(chēng)矩陣，不使用于復(fù)矩陣、非對(duì)稱(chēng)矩陣）PCG求解器特點(diǎn)：求解器特點(diǎn)：1）由于不需要矩陣分析，所需內(nèi)存比稀疏矩陣法少。）由于不需要矩陣分析，所需內(nèi)存比稀疏矩陣法少。2）對(duì)于中等或大尺）對(duì)于中等或大尺寸模型，只要迭代合理，寸模型，只要迭代合理，PCG比稀疏矩陣求解器快。比稀疏矩陣求解器快。3）需要核內(nèi)求解。）需要核內(nèi)求解。4）其很依賴(lài)于剛度矩陣的良性度，如矩陣為良性則求解速度好，反之效率）其很依賴(lài)于剛度矩陣的良性度，如矩陣為良性則求解速度好，反之效率較低，其單元長(zhǎng)寬比要最好在較低，其單元長(zhǎng)寬比要最好在10：1下。下