《结构静力分析》PPT课件.ppt

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1、中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月 ANSYS TRAINING,第二讲 结构静力分析,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,内容简介,ANSYS结构分析功能介绍,结构静力分析实例操作演示,结构分析的背景简介,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,结构分析的应用领域,机械结构，例如：活塞、连杆土木工程结构，例如：桥梁、建筑军事，例如：船体航空，例如：机身合力叉车，例如：车架、前桥等。,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,结构分析的类型,静力分析求解静态载荷下的应力和变形。线性和非线性。非线性包括塑性、应力刚化、大变形、大应变、

2、超弹性、接触和蠕变分析等。模态分析(频率域)计算自然频率和固有振型。多种求解方法。谐响应分析计算对正弦输入的响应。瞬态动力分析计算对任意时变信号的响应。谱分析(频率域)模态分析的延伸。分析随机振动。屈曲分析线性和非线性。显式动力分析LS-DYNA,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,单元类型,杆 梁 管二维实体三维实体 壳 接触 耦合场 特殊显示动力,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,求解方法,H方法任何类型的结构分析P方法线性结构静力分析比较：H方法需要较细的网格划分，特别是对敏感区域；然而，对于较为粗糙的网格，P方法往往能获得更高的求解精度。,中国科学

3、技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,结构静力分析的定义,分析由于稳态外载荷所引起的系统或零部件的位移、应力、应变和作用力，很适合求解惯性及阻尼的时间相关作用对结构响应的影响并不显著的问题。稳态载荷：外部施加的力和压力稳态的惯性力强迫位移温度（热应力计算）,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,分析流程,建立模型（Preprocessor）施加边界条件施加载荷解算（Solution）查看结果（General Postproc）,（Apply Loads）,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,建立模型,定义工作文件名（Change Jobname）Uti

4、lity Menu File Change Jobname指定分析标题（Change Title）Utility Menu File Change Title前处理器/PREP7，Main Menu Preprocessor选择单元类型设置单元实常数定义材料属性创建几何模型,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,Change Jobname,Enter new jobname：输入文件名New log and error files？复选框打上钩,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,Change Title,在工作区左下角显示标题不能输入中文Utility M

5、enu Plot Replot,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,建模的注意事项,单元类型必须指定为线性单元。材料属性可以为线性、各向同性、常量。必须定义杨氏模量和泊松比。惯性载荷必须定义密度。温度载荷必须定义热膨胀系数。对应力、应变感兴趣的区域，采用更细的网格划分。,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,设置单元类型,1,2,3,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,设置单元选项,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,定义单元的实常数,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,定义实常数,中国科学技术大学CAD/

6、CAM实验室 2005年7月,定义材料属性,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,几何建模,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,几何模型示例,Line Model,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,网格划分,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,网格划分示例,3-D Mesh,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,施加载荷,几何模型（点、线、面、体）有限元模型（节点、单元）注意：求解时，几何模型上的载荷会被自动转换到有限元模型上。载荷类型：约束条件（Constraints）力（Forces）面载荷（Surfa

7、ce Loads）体载荷（Body Loads）惯性载荷（Inertia Loads）,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,TABLE类载荷,用户可以定义随时间变化的一维表。TIME为主变量，其他主变量无效。TIME必须按照升序定义。,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,位移（Displacement）,UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZDOF约束主要用来定义模型的支承条件，包括对称边界条件和特定形式的运动。,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,力（Forces）和力矩（Moments）,FX,FY,FZ,MX,MY,MZ施加在

8、模型外部的集中载荷,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,压力（Pressure）,正值的压力作用于单元表面的法线方向。,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,惯性力（Inertia Force）,输入惯性加速度,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,求解控制,New AnalysisAnalysis Type:StaticLarge Deformation EffectsStress Stiffening EffectsNewton-Raphson Option（非线性选项）Equation Solver（线性选项）,中国科学技术大学CAD/C

9、AM实验室 2005年7月,Basic标签,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,Basic标签,设置ANTYPE和NLGEOMSmall Displacement StaticLarge Displacement StaticRestart Current Analysis设置TIME载荷步的时间缺省为1，可以设置子步。对于静力分析，时间没有物理意义。设置OUTRES缺省最多1000个结果集记录到Jobname.rst中。,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,Sols Options标签,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,Sols Opt

10、ions标签,设置EQSLV程序选择求解器（ANSYS自动挑选）稀疏矩阵求解器（线性和非线性的缺省项）PCG求解器（适用于较大的模型）AMG求解器（适用于多处理器环境）DDS求解器（通过网络提供并行算法）迭代求解器波前直接求解器,单独购买,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,Nonlinear 标签,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,Advanced NL 标签,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,应力刚化,Main Menu Solution Unabridged Menu Analysis Options应力刚化仅于非线性相关。分析前

11、，用户明确结构不会因屈曲而破坏。通常，考虑应力刚化加速收敛过程。,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,Newton-Raphson 选项,Program Chosen默认选择，自动激活“自适应下降”。Full完全牛顿拉普森处理方法，每进行一次迭代修改刚度矩阵一次。Modified修正的牛顿拉普森方法，正切刚度矩阵在每个子步被修正。Initial Stiffness每次平衡迭代使用初始刚度矩阵。迭代次数较多。,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,输出控制,输出文件：Jobname.out,中国科学技术大学C

12、AD/CAM实验室 2005年7月,求解,保存基本数据到文件Utility Menu File Save As开始求解计算Main Menu Solution Solve Current LS,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,检查信息列表,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,检查计算结果,结果文件：Jobname.rst基本数据：节点位移（UX,UY,UZ,ROTX，ROTY，ROTZ）导出数据：节点和单元应力、应变和约束反力通用后处理器POST1时间历程后处理器POST26（非线性分析）,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,用POST

13、1检查结果,检查输出文件是否在所有的子步分析中收敛恢复模型Utility Menu File Resume from 进入POST1Main Menu General Postproc读取需要的载荷步和子步结果Main Menu General Postproc Read Results Load step,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,结果选项,变形情况Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shapes等值线Main Menu General Postproc Contour Plot Nodal Solu

14、或 Element Solu列表Main Menu General Postproc List Results Nodal Solu,Element Solu,Reaction Solu其他性能,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,变形情况,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,变形示例,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,Von Mises应力云图,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,应力示例,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,误差评估（PRERR）,对壳单元或实体单元，列出网格离散误差的平均值。按照结

15、构能量模（SPEC）计算和列出误差百分比。,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,用POST26检查结果,根据输出文件检查是否所有载荷步内都收敛进入POST26Main MenuTime Hist Postproc定义后处理期间使用的变量Main Menu Time Hist Postproc Define Variables图形或者列表显示变量Main Menu Time Hist Postproc Graph Varibles 或 List Varibles,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,实例演示连杆的受力分析,问题描述连杆厚度0.5in，图中标注尺寸的单位均为英寸。在小孔头的内侧90范围承受P=1000psi的面载荷作用，分析该连杆的受力状态。连杆的材料属性：杨氏模量E=30E6，泊松比为0.3。,中国科学技术大学CAD/CAM实验室 2005年7月,分析思路,由于连杆结构和载荷均对称，分析时采用一半进行分析。采用由底向上的建模方式，用20节点的SOLID95单元划分网格并用PCG求解器求解。,