ANSYS有限元分析第09讲-加载和求解.ppt

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1、加载&求解,第 9 讲,加载&求解概述,迄今为止,我们已经知道了如何施加以下类型的荷载:位移(DOF 约束)压力和对流荷载(表面荷载)重力(惯性荷载)“结构”温度(体荷载)这些荷载占了五种荷载类型中的4种。在这一章中，我们将讲述剩下的一种荷载 集中荷载,比如应力分析中的结点荷载。,加载&求解概述,在这一章中我们将就以下问题进行讨论:A.集中荷载B.结点坐标C.求解器D.多重荷载步E.练习,加载&求解A.力荷载,一个力就是可以在一个节点或关键点处施加的集中荷载(也可以叫“点荷载”)和力一样，点荷载适合于线状模型，如梁，桁架，弹簧等。在实体单元或壳单元中,点荷载往往引起应力异常，但当您忽略了附近的

2、应力时，它仍然是可接受的。记住，您可以通过选择来忽略附近施加了点荷载的单元。,加载&求解.力荷载,在左下角展示的二维实体单元中，我们注意到在加力位置出现最大应力 SMAX(23,854)。当在力附近的结点和单元不被选中时，SMAX(12,755)就会移到底部角点处，这是由于在该角点处约束引起的另一处应力异常。,加载&求解.力荷载,通过不选底部角点附近的结点和单元，您就可以在上孔附近得到预期的应力 SMAX(8,098)。,加载&求解.力荷载,注意，对于轴对称模型:在全部 360范围内输入力的值。同样在全部 360范围内输出力的值(反力)。例如,设想一个半径为r的圆柱形壳体边缘施加有 P lb/

3、in 的荷载。把这个荷载施加在二维轴对称壳体模形上(比如SHELL51单元),您就要施加一 2prP的力。,r,P lb/in,2prP lb,加载&求解.力荷载,施加一个力需要有以下信息:结点号(您可以通过选取确定)力的大小(单位应与您正在使用的单位系统保持一致)力的方向 FX,FY,或 FZ使用:Solution-Loads-Apply Force/Moment或命令 FK 或 F问题:在哪一个坐标系中 FX,FY,和FZ 有说明？,加载&求解B.结点坐标系,所有的力，位移，和其它与方向有关的结点量都可以在结点坐标中说明。输入量:力和力矩 FX,FY,FZ,MX,MY,MZ位移约束 UX,

4、UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ耦合和约束方程其它输出量:计算出的位移 UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ反力 FX,FY,FZ,MX,MY,MZ其它,加载&求解.结点坐标系,结点坐标系和模型中的每个结点有关。缺省时,结点坐标系与总体笛卡尔坐标系一致，例如，所有施加的力和位移约束缺省时都是在笛卡尔坐标中。,加载&求解.结点坐标系,必要时，您可以转换结点坐标的方向。例如:模拟一个斜的滚动支座。施加径向力.施加径向约束(比如模拟一个承受压力的刚性销)。,加载&求解.结点坐标系,旋转结点坐标分为四步:1.选择需要旋转的结点。2.激活您要旋转的结点所在的坐标系(或者生成一个局部坐标

5、系)例如：CSYS,1。3.选择 Preprocessor Move/Modify-Rotate Node CS-To Active CS,然后在拾取器中按 Pick All 或者使用NROTAT,ALL命令。4.激活所有结点。注意:当您在非对称边界条件下施加对称约束时，ANSYS 自动旋转边界上的所有结点。,加载&求解.结点坐标系,演示:恢复 rib.db文件。把工作平面移至底圆圆心处(使用关键点的中间位置)。在工作平面上激活柱坐标系（或建立一个局部坐标系）。选择半径在 r=0.35 上的点并画出它们。在当前激活的坐标系中旋转所有被选择结点的坐标系。在所有选择的结点上施加一个 UX 位移约束

6、(或者施加一个 FX 的力)。注意极径方向。激活笛卡尔坐标系(CSYS,0).在当前激活的坐标系中旋转所有选择结点的坐标系。重新画出结点，注意新荷载的方向。,加载&求解C.求解器,求解器的功能是求解代表结构自由度个数的线性联立方程。求解的速度主要取决于模型的大小和您的计算机的速度，所用时间可以是几秒，也可以是几小时。只有一个荷载步的线性静态分析只需一次求解，而非线性或瞬态分析可能需要几十个，几百个甚至几千次求解。因此，选择求解器的类型是很重要的。,加载&求解.求解器,ANSYS 中可用的求解器可以分为三类:直接消元 求解器波前求解器稀疏求解器(缺省)迭代求解器PCG(预制条件共轭梯度求解器)I

7、CCG(不完全 Cholesky 共轭梯度求解器)JCG(Jacobi共轭梯度求解器)并行求解器(special license required)AMG(代数多极运算求解器)DDS(分布域求解器),加载&求解.求解器,直接消元 求解器求解以下内容:1.计算单元刚度矩阵。2.读取第一个单元的自由度。3.删除所有已知自由度或通过其它自由度可以表示的自由度,然后把方程写入.tri 文件。保留的自由度组成波阵面。4.对所有单元重复2，3步骤直到所有的自由度都被消元。现在的.tri 就包含了一个三角化的矩阵。5.回代求解自由度,然后使用单元矩阵计算单元解。,加载&求解.求解器,由于自由度仍不能被排除，

8、所以波阵面是对角化过程中保留在求解器中的自由度数。它随着求解的进行增大或缩小，当最后自由度消元完成后，波阵面变为零。波阵面直接影响到计算的速度：值越大，速度越慢。重新排列单元 为求解器选择一个合适的单元编号顺序 可以减小波阵面。ANSYS 在一开始就自动对单元重新编号。,加载&求解.求解器,迭代 求解器通过以下步骤求解:1.计算单元刚度矩阵。2.组集总体刚度矩阵。3.开始时把所有自由度的值设为零，然后一直迭代到收敛(基于输入的残余力的容许值)。4.用单元刚度矩阵计算单元解。在 ANSYS 中迭代求解器和 PCG,JCG,ICCG 的主要区别是所使用的预制控制不同。,加载&求解.求解器,加载&求

9、解.求解器,并行求解器(需特殊许可)AMG(代数多极运算求解器)迭代求解器可以在单处理器或多处理器环境下使用。DDS(分布域求解器)把大模型分解为小的域，然后把这些小的域送到多处理器中处理。,加载&求解.求解器,选择求解器:Solution-Analysis Type-Soln Control,然后选择 Soln Options 标号或者使用 EQSLV 命令缺省是“程序选择”求解器 eqslv,-1,它常常是稀疏矩阵直接求解器。,加载&求解D.多荷载步求解,到现在为止,我们已经学会了如何在一组荷载条件下求解，例如，单荷载步求解。输入或生成模型网格化施加荷载求解(单荷载步)观察结果,加载&求解

10、多荷载步求解,如果您是在多组荷载条件下求解，可以选择下面两种方法中的一种:把所有荷载放在一起求解或者分别施加荷载作为多组荷载求解。,加载&求解 多荷载步求解,单荷载步 可以被定义为能够得到一个确定解的一组载荷条件。应用多载荷步可以:独立地求出结构对于任一载荷条件的响应。在后处理过程中，以任意的方式对这些响应进行组合(这被称作荷载工况组合，这种操作仅对现行分析有效)有两种方式定义和求解多载荷步问题:多重载荷求解法载荷步文件法,加载&求解多重荷载求解步骤,多重载荷求解法这是单载荷步求解的一种扩展，不用退出求解处理器即可顺序求解每一个单一载荷步。最适合于批处理方式。当应用界面模式时，该方式仅对可以快

11、速求解的模型是有用的。,输入或生成模型划分网格加载求解(load step 1)施加不同的载荷求解(load step 2)施加不同的载荷求解(load step 3)Etc.观察结果,加载&求解多重荷载求解步骤,载荷步文件法在这种方法中，用将载荷步信息写入文件（载荷步文件）的方法代替求解各个不同的载荷步:Solution-Load Step Opts-Write LS FileOr use LSWRITE command.载荷步文件的命名为 jobname.s01,.s02,.s03,etc.在写好所有的载荷步文件后，可以应用一个命令 LSSOLVE or Solution-Solve-Fr

12、om LS Files 依次读进各个文件并进行求解。,输入或创建模型划分网格施加载荷写载荷步文件(.s01)施加其他载荷写载荷步文件(.s02)施加其他载荷写载荷步文件(.s03)Etc.应用载荷步文件求解。查看结果,加载&求解多重荷载求解步骤,载荷步法的优点是可以首先施加所有的载荷步，然后当离开计算机时再进行求解。注意:即使将载荷施加到实体模型，在载荷步中的加载命令也总是将载荷施加到节点或单元。,加载&求解多重荷载求解步骤,在以上两种方法中:施加到载荷步中的载荷在被删除以前将一直存在数据库中，因此要删除当前载荷步所不需要的所有载荷。每一个载荷步的结果都被追加到结果文件中，并以load ste

13、p 1,load step 2,etc 作为区别。在后处理中，首先要读入所需的载荷步结果，然后进行操作。数据库中包含求解的最后一个载荷步的载荷和结果。,加载&求解多重荷载求解步骤,演示:恢复 rib.db 文件Fix left line in UX and bottom line in UYApply pressure=100 on top lineWrite LS file 1,then list it and show F.E.load commandsApply pressure=50 to 100(tapered)on right lineDelete the top pressure loadWrite LS file 2LSSOLVE,1,2Review results for each load step separately,加载&求解E.练习,这个练习分为三部分:W11A.3-D BracketW11B.Connecting RodW11C.Wheel查看您的练习附录获得指导。,