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1、第5章 加载和求解,5.1加载与求解概述 5.2分析类型以及求解设置 5.3载荷定义前的设置 5.4载荷的定义 5.5求解,5.1加载与求解概述5.1.1 载荷对应不同分析类型，载荷可分为以下几种不同种类。结构分析中常见的载荷：力，压力，重力，位移边界条件等。,热分析中常见的载荷：温度，热流速率，对流边界条件等。磁场分析中常见的载荷：磁势，磁通量边界条件等。为了真实的反映实际物理情况，ANSYS将载荷分为6大类：自由度约束，集中力载荷，面载荷，体载荷，惯性载荷以及耦合场载荷。,自由度约束：用已知量确定某个自由度的值。例如在结构分析中设置某个节点位移的x分量Ux为0，而位移的y分量Uy为1.集中
2、力载荷：施加于模型节点的集中力载荷。例如在结构的桁架分析中，施加于某个弦节点上的力F为1000N等。,面载荷：施加于模型某个表面的分布载荷。例如在结构分析中为面压力等。体载荷：施加于模型体内的载荷。例如螺管线圈磁场分析中，施加于螺管线圈内部的体电流密度。惯性载荷：跟物体惯性有关的载荷。例如重力加速度，角速度等。耦合场载荷：用于耦合场分析。它通常将一种分析得到的结果作为另一种分析的载荷。,5.1.2载荷施加的对象实体模型的载荷是指施加在实体模型所对应的面对象或者相关的关键点，线的载荷。而有限元模型载荷则只能施加到对应节点或单元上。,5.1.3载荷步、子步和平衡迭代(1)载荷步载荷步是指为获得正确
3、计算结果而对所施加的载荷所做的相关配置，ANSYS称载荷步为Load Step.,我们通过图示来解释载荷步的概念。图1所示为某次结构分析中所需要施加的集中力载荷与时间关系图。根据分析的要求，在0-t1时间内，集中力从0开始线性增加到1kN，接着该力保持1KN不变持续时间为t2-t1秒，最后在t3秒的时候，又逐渐线性降为零。如何正确体现这个1KN集中力加载的过程呢？,首先根据时间的不同，将载荷分为3步。0-t1秒为第一步加载过程，t1-t2秒为第二步加载过程，t2-t3秒为第三步加载过程。这其中的每一步就称为一个载荷步。在图中，用小圆圈表示每个载荷步的结束位置。,ANSYS中只有两种载荷的加载方
4、式,一种是阶跃式,另一种是斜坡式.两种情况如图2所示.,ANSYS中控制载荷加载方式的方法如下:Main Menu(主菜单)Preprocessor(前处理)Loads(载荷)Analysis Type(分析类型)Soln Controls(求解控制)Transient(瞬态)(2)子步和平衡迭代子步是针对某一个载荷步的概念.ANSYS称子步为Substep,如图3所示.,ANSYS控制子步数的方法如下:Main Menu(主菜单)Preprocessor(前处理)Loads(载荷)Analysis Type(分析类型)Soln Controls(求解控制)Basic(基本)平衡迭代是在给定子
5、步下为了收敛而进行的计算,它仅仅用于需要考虑收敛的非线性分析.,5.2 分析类型以及求解设置Main Menu(主菜单)Solution(求解),展开求解器菜单,如图4所示.最常用的菜单项如下:Analysis Type:选择分析类型,并针对分析类型设置相关选项.Define Loads:定义载荷.Load Step Opts:设置载荷步控制选项.,Solve:进行求解计算.ANSYS中常用的分析类型包括静态,谐态,瞬态分析等.单击Main Menu(主菜单)Solution(求解)Analysis Type(分析类型),展开分析类型设置菜单,如图5所示.,5.2.1New Analysis(
6、新分析)常用的分析类型选项有Static(静态)分析,Harmonic(谐态)分析和Transient(瞬态)分析等.如图6所示.定义分析类型的方法如下:Main Menu(主菜单)Solution(求解)Analysis Type(分析类型)New Analysis(新分析),5.2.2求解控制Soln Controls单击Main Menu(主菜单)Solution(求解)Analysis Type(分析类型)Soln Controls(求解控制),弹出如图7所示的Solution Controls(求解控制)对话框.,从图中可以看出,求解控制包含5个基本设置.下面介绍它们的基本含义.Ba
7、sic:基本选项.包含分析的设置,载荷步时间控制,输出控制等常用设置.Transient:瞬态选项.只有在选择了暂态分析时此选项才可选.Soln Options:求解选项.主要用于选择求解方法.Nonlinear:非线性选项.在这里用户可以指定以何种方式估计求解过程中自由度约束情况.Advanced NL:其他高级非线性选项.,5.3载荷定义前的设置载荷定义也就是为模型施加激励和边界条件.载荷定义主要针对求解器中的Define Loads(定义载荷)菜单.单击Main Menu(主菜单)Solution(求解)Define Loads(定义载荷),展开定义载荷菜单选项,如图8所示.,从图中可以
8、看出,载荷定义菜单项共有4个子菜单项,其功能分别如下:Settings:用于施加载荷前的相关设置.Apply:为各类分析施加相应的载荷.Delete:删除不需要的载荷.Operate:载荷的相关操作.,5.4载荷的定义载荷的加载主要对应于Define Loads(定义载荷)菜单中的Apply(加载)子菜单项.从有限元角度来看,载荷分为6大类,例如自由度约束,集中力载荷等.,5.4.1自由度约束(1)自由度约束概述自由度也称节点自由度,是有限元求解过程中的唯一变量.而有限元计算最终得到的自由度的值称为基本解.自由度约束一般做为边界条件加载在模型上.,(2)自由度约束的施加自由度约束可以直接加载到
9、有限元载荷的节点上,也可以施加到实体模型中的关键点、线和面上.我们以结构分析中的自由度约束施加为主,讲解如何定义DOF约束.单击Main Menu(主菜单)Solution(求解)Define Loads(定义载荷)Apply(加载)Structural(结构)Displacement(位移),展开结构分析中的位移加载子菜单,如图9所示.,主要有以下菜单项.On Lines:在线上施加约束.On Areas:在面上施加约束.On Keypoints:在关键点上施加约束.On Nodes:在节点上施加约束.On Node Components:在节点组件上施加约束.Symmetry B.C.和A
10、ntisymm B.C.:对称边界条件和反对称边界条件.,在线上施加约束On Lines单击Main Menu（主菜单）Solution（求解）Define Loads(定义载荷)Apply(加载)Structural(结构)Displacement(位移)On Lines（在线上），在选择需要施加约束的线后，将弹出Apply U，ROT on Lines（在所选线上施加位移和旋转自由度约束）对话框。,图10是二维模型结构分析中位移约束的图示，其中Displacement value一栏输入自由度约束的值。假设已经约束了UX，输入自由度约束的值为1，则表明该线的x方向位移值在整个分析过程中都为
11、1。,5.4.2集中力载荷(1)集中力载荷定义集中力载荷只能施加到节点或者关键点上.我们以结构分析为主来讲述施加集中力载荷的方法.单击Main Menu（主菜单）Solution（求解）Define Loads(定义载荷)Apply(加载)Structural(结构)Force/Moment(力/力矩),展开集中力载荷施加子菜单如图11所示.,(2)面载荷的定义单击Main Menu（主菜单）Solution（求解）Define Loads(定义载荷)Apply(加载)Structural(结构)Pressure（压力），展开面载荷施加菜单，如图12所示。(3)体载荷定义我们同样以为结构分析中
12、的施加温度体载荷为主，介绍体载荷施加的方法。单击单击Main Menu（主菜单）Solution（求解）Define Loads(定义载荷)Apply(加载)Temperature（温度），展开为结构施加温度体载荷的菜单项，如图13所示。,5.5 多载荷步设置单击Main Menu(主菜单)Solution(求解)Load Step Opts(载荷步设置),展开设置载荷步选项菜单,如图14所示.其各个菜单项功能如下:Output ctrls:输出控制.Time/Frequenc:时间/频率设置.Nonlinear：非线性设置。Other：其他选项设置。,Reset Options：重设求解设置
13、。Read LS File：读入载荷步文件。Write LS File：写载荷步文件。Initial Stress：初始预应力设置。,5.5.1 输出控制Output Ctrls单击Main Menu(主菜单)Solution(求解)Load Step Opts(载荷步设置)Output Ctrls(输出控制),展开输出控制菜单项,如图15所示.Solution Printout:求解打印输出控制.DB/Results File:数据库/结果文件输出控制.Show Status:显示载荷步设置的相关信息。,5.5.2 时间和频率时间步长常用在一些非线性分析中,指的是载荷子步之间的时间间隔.时间
14、和频率的设置主要是针对非静态的分析类型.单击Main Menu(主菜单)Load Step Opts(载荷步设置)Time/Frequenc(时间/频率),展开时间/频率设置菜单,如图16所示.,5.5.3其他载荷步选项(1)创建载荷步文件Write LS File 对于多个载荷步的问题,有两种可行的方法:先加载第一个载荷步,然后求解.接着加载第二个载荷步,再求解.依此类推.为每个载荷步设置一个载荷步文件,然后让ANSYS自动依次读取每个载荷步文件并求解.(2)读取载荷步文件Read LS File单击Main Menu(主菜单)Solution(求解)Load Step Opts(载荷步设置)Read LS File(读载荷步文件),5.6求解求解过程是ANSYS读取有限元模型及其上的载荷信息,建立联立方程并使用不同的求解器得出求解结果.单击Main Menu(主菜单)Solution(求解)Solve(求解),展开求解菜单项,如图17所示.其各个菜单项功能如下:Current LS:从当前载荷步开始求解.From LS Files:从特定的载荷步文件开始求解.Partial Solu:部分求解.,
