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1、24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 1 硕士研究生学位课程讲义 2008 通用有限元程序ANSYS及应用 五 主讲 钱江结构工程与防灾研究所Tel 65986113 B310 Email jqian 二OO八年三月二十四日 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 2 硕士研究生学位课程讲义 2008 第五讲内容提要7 基本的加载及求解过程7 1荷载概述7 2荷载施加及修改7 3荷载步及时间选项7 4求解器选择及求解7 5多步求解及重启动8 数据后处理8 1创建列表及计算结果的列表输出8 2计算结果的图形显示8 3时间历程的图形显示8 4组合工况的
2、结果输出8 5动画显示 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 3 硕士研究生学位课程讲义 2008 7 基本的加载及求解过程7 1荷载概述7 2荷载施加及修改7 3荷载步及时间选项7 4求解器选择及求解7 5多步求解及重启动 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 4 7 1荷载概述 ANSYS中的载荷可分为 自由度DOF 定义节点的自由度 DOF 值 结构分析 位移 集中载荷 点载荷 结构分析 力 面载荷 作用在表面的分布载荷 结构分析 压力 体积载荷 作用在体积或场域内 热分析 体积膨胀 惯性载荷 结构质量或惯性引起的载荷 重力 角速度等 载荷
3、分类 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 5 7 2荷载施加及修改 可在实体模型或FEA模型 节点和单元 上加载 在关键点处约束 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 6 7 2荷载施加及修改 续1 几何模型加载独立于有限元网格 重新划分网格或局部网格修改不影响载荷 加载的操作更加容易 尤其是在图形中直接拾取时 直接在实体模型加载的优点 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 7 7 2荷载施加及修改 续2 无论采取何种加载方式 ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型 因此 加载到实体的载荷将自动转化到其所属的节点或单元
4、上 加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上 沿线均布的压力 均布压力转化到以线为边界的各单元上 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 8 7 2荷载施加及修改 续3 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 9 7 2荷载施加及修改 续4 在关键点施加位移约束 MainMenu Solution DefineLoads Apply Structural Displacement OnKeypointsExpand功能可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上 类似地 可以在线和面上施加位移约束 但没有Expand功能选项 24March2
5、008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 10 7 2荷载施加及修改 续5 加载面力载荷 MainMenu Solution DefineLoads Apply Structural Pressure OnLines 仅输入一个数值即为均布压力 注意 压力数值为正表示其方向指向作用面 输入两个数值则定义线布压力 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 11 7 2荷载施加及修改 续4 500J 1000J 500J 线布压力载荷沿起始关键点 I 线性变化到第二个关键点 J 如果加载后坡度的方向相反 将两个压力数值对调即可 VALI 500 VALI 500VALJ 1
6、000 VALI 1000VALJ 500 加载面力载荷 续 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 12 7 2荷载施加及修改 续5 校验载荷通过plotting画出载荷 UtilityMenu PlotCtrls Symbols 实体模型载荷显示在几何模型上 体 面 线或关键点 有限元模型载荷在画节点或单元时显示 或通过listing列表载荷 UtilityMenu List Loads 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 13 7 2荷载施加及修改 续6 注意 在实体模型上施加的载荷 只有到求解初始化时 才会被自动转化到有限元模型中的节点和
7、单元上 但也可以不进行求解 通过执行以下操作将实体模型上的载荷转化到有限元节点和单元上 MainMenu Solution DefineLoads Operate TransfertoFE 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 14 7 2荷载施加及修改 续7 删除载荷MainMenu Solution DefineLoads Delete AllLoadData选项可同时删除模型中的任一类载荷 Structural下单列的各选项则只删除模型选定的载荷 当实体模型被删除时 ANSYS将自动删除其上所有的载荷 但在删除由两关键点扩展形成的位移约束时例外 此时程序只删除两关
8、键点上的约束 而加载时扩展形成的中间节点的约束必须用手工删除 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 15 7 3荷载步及时间选项一个载荷步是指边界条件和载荷选项的一次设置 用户可对此进行一次或多次求解 一个分析过程可以包括 单一载荷步 常常这是足够的 多重载荷步有三种方法可以用来定义并求解多载荷步多次求解方法载荷步文件方法向量参数方法 7 3荷载步及时间选项 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 16 多次求解方法它是三种方法中最易理解的方法缺点 用户必须等到每一次求解完成后才能定义下一次载荷步 除非使用批处理方法 注意 只有在不离开求解过程时
9、此方法才有效 否则 必须指示程序进行重启动为了使用多次求解方法 定义第一个载荷步并存盘进行求解不要退出求解器 按需要为第二次求解改变载荷步并存盘进行求解不要退出求解器 继续进行步骤3和步骤4直到所有的载荷步完成进行后处理 7 3荷载步及时间选项 续1 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 17 载荷步文件方法当用户想离开计算机时 使用此方法求解多重载荷步是很方便的程序将每个载荷步写到一个载荷步文件 此文件名为jobname sxx sxx为载荷步号 然后使用一条命令 读进每个载荷步文件并开始求解为了使用载荷步文件方法 1 定义第一个载荷步2 写荷载步文件 MainMen
10、u Solution LoadStepOpts WriteLSFile Jobname sxx 3 为了进行第二次求解按需要改变载荷条件4 写到第二个文件5 利用载荷步文件进行求解MainMenu Solution Solve FromLSFiles Jobname sxx 7 3荷载步及时间选项 续2 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 18 使用向量参数方法主要用于瞬态和非线性稳 静态分析 使用向量参数和循环语句来定义一个载荷随时间变化的表 DO FYVAL 1 10 1 DIM LOADVALS 5F 1 FY FYVALLOADVALS 1 1 2 3 5 7
11、SOLVE DO II 1 5 1 ENDDOF 1 FY LOADVALS II SOLVE ENDDO 7 3荷载步及时间选项 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 19 7 4求解器选择及求解 求解器的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组 这个过程可能需要花费几分钟 1 000个自由度 到几个小时或者几天 100 000 1 000 000自由度 基本上取决于你所用计算机的速度 对于简单分析 可能需要一 两次求解 对于复杂的瞬态或非线性分析 可能需要进行几十次 几百次 或者甚至几千次求解 ANSYS提供了三个求解器用于一般求解 波前求解器 Frontalsol
12、ver 和PCG求解器 PCGsolver 预条件共扼梯度 或者 Power求解器 稀疏矩阵求解器 Sparsesolver 也可以使用 主要用于非线性问题 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 20 7 4求解器选择及求解 续1 波前 Wavefront 求解器波前求解器经常发出 主对角值 或 主元 为小或负的警告或错误信息 指出求解发生奇异 任何一条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略掉 Power求解器Power求解器不检验求解的奇异问题 存在奇异的情况下 它仍可以计算求解 或者结果不收敛 但仍然进行所有的PCG迭代计算 并输出错误信息 24March200
13、8 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 21 7 4求解器选择及求解 续2 求解前的模型检查在求解初始化前 应进行分析数据检查 包括下面内容 统一的单位单元类型和选项材料性质参数考虑惯性时应输入材料密度热应力分析时应输入材料的热膨胀系数实常数 单元特性 单元实常数和材料类型的设置实体模型的质量特性 Preprocessor Operate CalcGeomItems 模型中不应存在的缝隙壳单元的法向节点坐标系集中 体积载荷面力方向 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 22 7 4求解器选择及求解 续3 求解失败的可能原因没有获得结果的原因是什么 往往是求解输入的模型
14、不完整或存在错误 典型原因有 约束不够 通常出现的问题 当模型中有非线性单元 如缝隙gaps 滑块sliders 铰hinges 索cables等 整体或部分结构出现崩溃或 松脱 材料性质参数有负值 如密度或瞬态热分析时的比热值 未约束铰接结构 如两个水平运动的梁单元在竖直方向没有约束 屈曲 当应力刚化效应为负 压 时 在载荷作用下整个结构刚度弱化 如果刚度减小到零或更小时 求解存在奇异性 因为整个结构已发生屈曲 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 23 7 5多步求解及重启动留待以后结合实例介绍 7 5荷载步及时间选项 24March2008 通用有限元程序ANSY
15、S及应用 L5 24 硕士研究生学位课程讲义 2008 8 数据后处理8 1创建列表及计算结果的列表输出8 2计算结果的图形显示8 3时间历程的图形显示8 4组合工况的结果输出8 5动画显示 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 25 8 数据后处理 ANSYS有两个后处理器 通用后处理器 即 POST1 即 POST1 只能观看整个模型在某一时刻的结果 时间历程后处理器 即 POST26 可观看模型在不同时间的结果 但此后处理器只能用于处理瞬态和 或动力分析结果 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 26 通用后处理模块 POST7 在进入通用
16、后处理阶段后 想画出分析的结果 选择 PlotResults 想用列表的形式列出分析的结果 选择 ListResults 想要查询某些结点或者单元处的应力值以及其它分析选项 选择 QueryResults 8 1创建列表及计算结果的列表输出 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 27 8 1创建列表及计算结果的列表输出 8 1结果列表中的分页控制分页控制命令 PAGE PAGE ILINE ICHAR BLINE BCHAR示例 PAGE 10000 每页显示10000行 24March2008 通用有限元程序ANSYS及应用 L5 28 8 4组合工况的结果输出 ANSYS中荷载组的定义及荷载组数据间的运算定义荷载组 LCDEF 1 1 1 指定第1荷载步第1子步为荷载组1LCDEF 2 2 1 指定第2荷载步第1子步为荷载组2LCDEF 3 3 1 指定第3荷载步第1子步为荷载组3荷载组数据操作 LCFACT 1 1 2 指定第1荷载组缩放因子为1 2LCFACT 2 2 0 指定第2荷载组缩放因子为2 0LCFACT 3 0 3 指定第3荷载组缩放因子为0
