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1、ANSYS WORKBENCH 11.0 培训教程（培训教程（DS） ANSYS WORKBENCH 11.0 培训教程（培训教程（DS） 第四章 静力结构分析 序言序言 在DS中关于线性静力结构分析的内容包括以下几个方 面: 几何模型和单元 接触以及装配类型 环境（包括载荷及其支撑） 求解类型 结果和后处理 本章当中所讲到的功能同样适用与ANSYS DesignSpace Entra 及其以上版本. 本章当中的一些选项可能需要高级的licenses，但是这些都没 有提到。 模态，瞬态和非线性静力结构分析在这里没有讨论，但是在 相关的章节当中将会有所阐述。 线性静力分析基础线性静力分析基础 在
2、线性静力结构分析当中，位移矢量 x 通过下面的矩 阵方程得到: 在分析当中涉及到以下假设条件: K 必须是连续的 假设为线弹性材料 小变形理论 可以包括部分非线性边界条件 F 为静力载荷 不考虑随时间变化的载荷 不考虑惯性（如质量，阻尼等等）影响 在线性静力分析中，记住这些假设是很重要的。非线 性分析和动力学分析将在随后的章节中给予讨论。 FxK= A. 几何结构几何结构 在结构分析当中，可以使用所有DS 支持的几何结构类型. 对于壳体，在几何菜单下厚度选项是 必须要指定的。 梁的截面形状和方向在 DM已经指定 并且可以自动的传到DS模型当中。 对于线性体，仅仅可以得到位移结果. ANSYS
3、LicenseAvailability DesignSpace Entrax DesignSpacex Professionalx Structuralx Mechanical/Multiphysicsx Point Mass Point Mass 在“Geometry”分支在模拟没有明确建模的 重量 只有面实体才能定义 point mass 可以用以下方式定义point mass位置: 在任意用户定义坐标系中(x, y, z)坐标 选择点/边/面来定义位置 重量/质量大小在 “Magnitude”中输入 在结构静力分析中,point mass只受 “加速度”， “标准重力加速 度,” 和 “
4、旋转速度”的作用. 质量和所选面相连同时它们之间没有刚度. 这不是一个刚度区 域假设而是一个类似与分布质量的假设 没有旋转惯性项出现. ANSYS LicenseAvailability DesignSpace Entrax DesignSpacex Professionalx Structuralx Mechanical/Multiphysicsx Point Mass point mass 将会以灰色圆球出现 前面提到，只有惯性力才会对 point mass 起作用。. 这意味着在线性静力结构分析中引入point mass 只是为了考 虑结构中没有建模的附加重量同时必须有惯性力出现. Po
5、int Mass 本身没有结果 ANSYS LicenseAvailability DesignSpace Entrax DesignSpacex Professionalx Structuralx Mechanical/Multiphysicsx 材料属性材料属性 在线性静力结构分析当中，材料属性只需要定义杨氏 模量以及泊松比。 材料输入在 “Engineering Data” 分支下, 并且在每个 “Geometry” 菜单下都有材料的配给选项。 假如有任何惯性载荷，密度是必须要定义的。 热膨胀系数和传热系数在有热载荷的时候需要指定 在 ANSYS 的结构模块下没有热载荷选项 可以输入负热
6、膨胀系数 在选定应力结果提取工具的时候，应力极限需要指定 假如打开疲劳分析是需要定义疲劳的 需要 Fatigue Module add-on license 特定的载荷以及结果提取工作将在后面讨论 ANSYS LicenseAvailability DesignSpace Entrax DesignSpacex Professionalx Structural/ Mechanical/Multiphysicsx 材料属性材料属性 在Engineering Data view 中显示材料属性: ANSYS LicenseAvailability DesignSpace Entrax Design
7、Spacex Professionalx Structuralx Mechanical/Multiphysicsx B. 装配体装配体 实体接触实体接触 当输入实体的组合体时，两个实体之间自动生成接 触。 面对面接触允许在两个实体边界上的不匹配的单元划分 用户可以在“Contact” 菜单下，指定探测自动接触距离的滑块 来控制容差 ANSYS LicenseAvailability DesignSpace Entra DesignSpacex Professionalx Structuralx Mechanical/Multiphysicsx 装配体装配体 实体接触实体接触 在DS中，在每个接
8、触对中都要定义目标面和接触面。 接触区域的其中一个表面构成“接触”面，此区域的另一个表面 构 成“目标”面。 接触中利用目标面的渗透量（在给定容差范围内）来限制接 触面上的积分点。但是其相反的情况是不正确的。 当一个面为目标面而另一个面为接触面时称为不对称接触。而当 两面都为接触面或者目标面时则称为对称接触，因为任何一边都 可以渗透到另一边。 在缺省情况下，DS对组合体定义的是对称接触。 对于 ANSYS Professional licenses 以及结构 模块，用户需要根据上述的将其改变成非对称 接触。 ANSYS LicenseAvailability DesignSpace Entra
9、 DesignSpace/ Professionalx Structuralx Mechanical/Multiphysicsx 装配体装配体 实体接触实体接触 四种接触类型可供选择： 绑定的和不分离的接触是最基础的线性行为，仅仅 需要一次迭代 无摩擦以及粗糙接触是非线性行为，需要多次迭代。 但是，需要注意的是仍然利用了小变形理论的假设。 当需要利用这些选项时，可以在相应的菜单下设定 “Actual Geometry (and Specified Offset)” 或 “Adjusted to Touch”，其中允许用户调整ANSYS 模型的间隙到 刚刚接触 的位置 ANSYS License
10、Availability DesignSpace Entra DesignSpacex Professionalx Structuralx Mechanical/Multiphysicsx Contact TypeIterationsNormal Behavior (Separation)Tangential Behavior (Sliding) Bonded1ClosedClosed No Separation1ClosedOpen FrictionlessMultipleOpenOpen RoughMultipleOpenClosed 装配体装配体 实体接触实体接触 对于高级用户，接触的另
11、外一些选项 可以进行修改 方程式可以从 “Pure Penalty” 修改到 “Augmented Lagrange” ， “MPC”或 “Normal Lagrange”. “MPC” 仅仅适用于绑定的接触 “Augmented Lagrange” 应用于规则的 ANSYS模型中 在绑定的接触中，纯粹的罚函数法可以想 象为在接触面间施加了十分大的刚度系数 来阻止相对滑动。这个结果是在接触面间 的相对滑动可以忽略的情况下得到的。 MPC 方程当中对接触面间的相对运动定 义了约束方程，因此没有相互的滑动。这 个方程经常作为罚函数法的最好的替代。 ANSYS LicenseAvailability
12、 DesignSpace Entra DesignSpace Professionalx Structuralx Mechanical/Multiphysicsx 装配体装配体 实体接触实体接触 高级选项 （续）: 如第三章所述， pinball region可以 自己定义和显示出来 pinball region定义了近距离开放式接 触的位置。而超出pinball region 范围 之外的为远距离开放式接触。 最初，pinball region 作为十分有效的 接触探测器使用，但是它也用于其它 方面，例如绑定接触等。 对于绑定或者不分离的接触，假如间 隙或者渗透小于pinball regio
13、n，则间 隙/渗透自动被删除。 其它的高级选项将在以后的章节中讨 论。 ANSYS LicenseAvailability DesignSpace Entra DesignSpace Professionalx Structuralx Mechanical/Multiphysicsx In this case, the gap between the two parts is bigger than the pinball region, so no automatic gap closure will be performed. 装配体装配体面与实体接触面与实体接触 ANSYS Profes
14、sional1licenses 及其以上版本支持壳和 实体的混合装配体 允许十分复杂的组合体，在应用中利用了壳的优点 更多的接触选项可供用户选择 可以进行接触的后处理操作（后面有介绍） ANSYS LicenseAvailability DesignSpace Entra DesignSpace Professionalx1 Structuralx Mechanical/Multiphysicsx 1For ANSYS Professional, surface contact supported with ANSYS 8.0 Service Pack 1 and above 装配体装配体面与
15、实体接触面与实体接触 边缘接触是生成接触的一个子集 包括壳面或者实体边的接触，只有定 义绑定或不分离的接触类型。 对于包括壳边缘的接触，只能定义 MPC 形式的绑定行为。 对于以MPC为基础的绑定接触，用户可 以将搜索器设定为目标法向或是pinball region（这种方法需要给定多点的约 束）。 假如存在间隙（这在壳的组合体中经常出 现），pinball region 可以用来作为探测 越过间隙的接触探测器。 ANSYS LicenseAvailability DesignSpace Entra DesignSpace Professionalx1 Structuralx Mechanical/Multiphysicsx 装配体装配体 接触总结接触总结 DS中接触类型及其可供的选项总结如下表所示： 这个表在DS的在线帮助当中也有。利用这个张表将有助于用户 决定哪些选项可供选择。 ANSYS LicenseAvailability DesignSpace Entra DesignSpace/ Professionalx Structuralx Mechanical/Multiphysicsx Contact GeometrySolid Body FaceSolid Body EdgeSurface Body FaceSurface Body Edge All
