第六節(jié)加載及求解

第六節(jié)加載及求解第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日

4.1加載與求解概述

4.2載荷的定義

4.3求解4.加載與求解第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.1加載與求解概述4.1.1載荷分類4.1.2載荷步、子步和平衡迭代4.1.3載荷的顯示4.1.4載荷步選項4.1.5加載方式第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.1.1載荷分類ANSYS中的載荷(Loads)包括邊界條件和模型內(nèi)部或外部的作用力。不同學科中的載荷如下：

結(jié)構(gòu)分析：位移、力、彎矩、壓力、溫度和重力等；

熱分析：溫度、熱流速率、對流和無限表面等；

磁場分析：磁勢、磁通量、磁流段、源電流密度和無限表面等；

電場分析：電壓、電流、電荷和電密度等；

流場分析：速度和壓力等。第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日

自由度約束（DOFconstraint）

——將給定某一自由度一已知值。

如結(jié)構(gòu)分析中約束被指定位移和對稱邊界條件。

力（Force）——為施加于模型節(jié)點或關(guān)鍵點的集中載荷。在結(jié)構(gòu)分析中被指定為力和力矩。

表面載荷（Surfaceloads）

－作用在表面的分布載荷。

結(jié)構(gòu)分析中為壓力。

體積載荷(Bodyloads)

－為體或場載荷。

結(jié)構(gòu)分析中為溫度。

慣性載荷(Inertialoads)－物體慣性引起的載荷。

結(jié)構(gòu)分析中的重力加速度、角速度和角加速度等。

耦合場載荷（coupled-Fieldloads）——指從一種分析得到的結(jié)果用作另一種分析的載荷。如熱分析得到的溫度用作結(jié)構(gòu)分析的體載荷。4.1.1載荷分類——六大類第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.1.2載荷步、子步和平衡迭代載荷步：為了獲得解答的載荷配置。在線性靜態(tài)和穩(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。①②③載荷步時間第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.1.2載荷步、子步和平衡迭代子步：執(zhí)行求解載荷步過程中的點。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，使用子步是為了滿足瞬態(tài)時間累積法則。①②③載荷子步第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.1.3載荷的顯示第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.1.4載荷步選項階躍加載逐步加載時間載荷時間載荷階躍載荷逐步加載第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.1.5加載方式1、實體模型加載方式——載荷施加在實體模型（關(guān)鍵點、線、面）

2、有限元模型加載方式——載荷施加在有限元模型（節(jié)點和單元）第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日無論采取何種加載方式，ANSYS求解前都將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型。因此，加載到實體的載荷將自動轉(zhuǎn)化到

其所屬的節(jié)點或單元上。實體模型加載到實體的載荷自動轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)點或單元上FEA模型沿線均布的壓力

均布壓力轉(zhuǎn)化到以線為邊界的各單元上第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日在關(guān)鍵點處約束實體模型沿線均布的壓力在關(guān)鍵點加集中力在節(jié)點處約束FEA模型沿單元邊界均布的壓力在節(jié)點加集中力實體模型加載和有限元模型加載第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日無論采取何種加載方式，ANSYS求解前都將載荷轉(zhuǎn)化到有限元模型。因此，加載到實體的載荷將自動轉(zhuǎn)化到

其所屬的節(jié)點或單元上。實體模型加載到實體的載荷自動轉(zhuǎn)化到其所屬的節(jié)點或單元上FEA模型沿線均布的壓力

均布壓力轉(zhuǎn)化到以線為邊界的各單元上第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日注意:在實體模型上施加的載荷，只有到求解初始化時，才會被自動轉(zhuǎn)化到有限元模型中的節(jié)點和單元上。但也可以不進行求解，通過執(zhí)行以下操作將實體模型上的載荷轉(zhuǎn)化到有限元節(jié)點和單元上:MainMenu:Solution>-DefineLoads>-Operate>-TransfertoFE>第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.2載荷的定義——自由度約束自由度約束又稱DOF約束，是對模型在空間中的自由度的約束。自由度約束可施加于節(jié)點、關(guān)鍵點、線和面上，用來限制對象某一方向上的自由度。不同學科中的位移約束學科自由度ANSYS標識符結(jié)構(gòu)分析平動UX、UY、UZ轉(zhuǎn)動ROTX、ROTY、ROTZ熱分析溫度TEMP第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.2載荷的定義——自由度約束的操作自由度約束的施加第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.2載荷的定義——自由度約束的操作對稱和反對稱約束對稱邊界線FF建造的1/2模型建造的1/2模型反對稱邊界線對稱模型反對稱模型第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日對稱和反對稱約束對稱面約束：與對稱面法向一致的自由度和面外的轉(zhuǎn)動自由度都將施加零位移約束，其他自由度則完全自由。即固定對稱面在其面外的平動自由度和轉(zhuǎn)動自由度，允許對稱面在其面內(nèi)自由平動和自由轉(zhuǎn)動。反對稱面約束：固定反對稱面在其面內(nèi)的轉(zhuǎn)動自由度和平動自由度，允許在其面外自由轉(zhuǎn)動和平動。第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.2載荷的定義——集中載荷集中載荷：結(jié)構(gòu)分析中，包括力和力矩，相應的標識符FX、FY、FZ和MX、MY、MZ集中載荷可以施加在節(jié)點或關(guān)鍵點上。載荷的正負表示力沿坐標軸的正向或負向。第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.2載荷的定義——表面載荷1、均布載荷2、梯度載荷第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.2載荷的定義——表面載荷3、函數(shù)載荷4、梁單元上的壓力載荷Loadkey—設(shè)置壓力載荷的類型1表示從節(jié)點I到節(jié)點J的法向力，正值表示沿單元坐標系-Y法向；2表示從節(jié)點I到節(jié)點J的切向力，正值表示沿單元坐標系+X切向；3表示節(jié)點I端部軸向力，正值表示沿單元坐標系+X軸向；4表示節(jié)點J端部的軸向力，正值表示沿單元坐標系-X軸向；第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.2載荷的定義——表面載荷4、梁單元上的壓力載荷Loadkey—設(shè)置壓力載荷的類型1表示從節(jié)點I到節(jié)點J的法向力，正值表示沿單元坐標系-Y法向；2表示從節(jié)點I到節(jié)點J的切向力，正值表示沿單元坐標系+X切向；3表示節(jié)點I端部軸向力，正值表示沿單元坐標系+X軸向；4表示節(jié)點J端部的軸向力，正值表示沿單元坐標系-X軸向；第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.2載荷的定義——表面載荷500JL3500

I1000JL3500

IL31000I500J線布壓力載荷沿起始關(guān)鍵點(I)線性變化到第二個關(guān)鍵點(J)。

如果加載后坡度的方向相反,將兩個壓力數(shù)值對調(diào)即可。VALI=500VALI=500VALJ=1000VALI=1000VALJ=500加載面力載荷：第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.2載荷的定義——表面載荷校驗載荷通過

plotting

畫出載荷:UtilityMenu:PlotCtrls>Symbols...實體模型載荷顯示在幾何模型上(體、面、線或關(guān)鍵點)有限元模型載荷在畫節(jié)點或單元時顯示或通過listing列表載荷:UtilityMenu:List>Loads第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.2載荷的定義——體載荷體載荷是施加在模型體積上的載荷。結(jié)構(gòu)分析中的體載荷主要有溫度和慣性載荷。第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日刪除載荷刪除載荷MainMenu:Solution>-DefineLoads>-DeleteAllLoadData

選項可同時刪除模型中的任一類載荷。Structural下單列的各選項則只刪除模型選定的載荷。當實體模型被刪除時,ANSYS將自動刪除其上所有的載荷。第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.3求解4.3.1選擇求解器ANSYS提供了三個求解器用于一般求解：波前求解器（Frontalsolver）和

PCG求解器（

PCGsolver）（預條件共扼梯度,或者“Power求解器”）。稀疏矩陣求解器（Sparsesolver）

也可以使用，主要用于非線性問題。第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.3求解——求解前的模型檢查在求解初始化前，應進行分析數(shù)據(jù)檢查，包括下面內(nèi)容:統(tǒng)一的單位單元類型和選項材料性質(zhì)參數(shù)考慮慣性時應輸入材料密度熱應力分析時應輸入材料的熱膨脹系數(shù)實常數(shù)(單元特性)單元實常數(shù)和材料類型的設(shè)置實體模型的質(zhì)量特性(Preprocessor>Operate>CalcGeomItems)模型中不應存在的縫隙殼單元的法向節(jié)點坐標系集中、體積載荷面力方向第二十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.3求解求解失敗的可能原因沒有獲得結(jié)果的原因是什么?往往是求解輸入的模型不完整或存在錯誤，典型原因有:約束不夠!(通常出現(xiàn)的問題