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1、ANSYS BASIC TRAININGDS静力分析介绍ANSYS BASIC TRAINING静力分析 DS关于线性静力结构分析的内容包括以下几个方面: 线性静力分析基础 确定分析类型（包括载荷及其支撑） 求解类型及设置 安全系数以及相关强度理论ANSYS BASIC TRAINING线性静力分析基础线性静力结构分析是用来分析结构在给定静力载荷作用下的响应。 结构的位移、反力、应力以及应变是分析者比较关心的。通用的运动方程如下所示:其中 M 是质量矩阵, C 是阻尼矩阵, K 是刚度系数矩阵, x 是位移 矢量, F 力矢量 由于这里讨论的是静力分析，所有与时间相关的选项都被清除，得到以 下
2、方程式：ANSYS BASIC TRAINING线性静力分析基础在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。ANSYS BASIC TRAINING应用原理 在DS中应用以下原理: 利用10节点的四面体单元和20节点的六面体单元划分实 体 SOLID187 及 SOLID186 壳体利用4节点的四边形壳单
3、元来划分 SHELL181 需要定义实常数 截面（和偏置）不需要定义 梁利用2节点的梁单元划分 BEAM188 （需要定义方向关键点） 支持截面的定义及其偏置ANSYS BASIC TRAINING载荷及支撑这里有四种结构载荷的类型可供选择： 惯性载荷 这些载荷作用在整个系统中 需要用到质量的时候密度是必须的 结构载荷 这种载荷是作用在系统部分结构上的力或者力矩 结构支撑 这些是利用约束来防止部分范围内的移动 热载荷 从结构上讲，热载荷会导致温度区域生成并且在整个模型上引起 热扩散。ANSYS BASIC TRAINING加速度与重力加速度系统中可以定义加速度 加速度是长度比上时间的平方为单位
4、作用在整个模型上。 用户通常对方向的符号感到迷惑。假如加速度突然施加到系统上， 惯性将阻止加速度所产生的变化，从而惯性力的方向与所施加的加 速度的方向相反。 加速度可以通过定义部件或者矢量进行施加。 标准的地球重力可以作为一个载荷施加。 其值为 9.80665 m/s2 （在国际单位制中） 标准的地球重力载荷方向可以沿总体坐标轴的任何一个轴。ANSYS BASIC TRAINING旋转速度旋转速度是另一个可以实现的惯性载荷 整个模型围绕一根轴在给定的速度下旋转 可以通过定义一个矢量来实现，应用几何结构定义的轴以及定义的 旋转速度 可以通过部件来定义，在总体坐标系下指定初始和其组成部分 由于模型
5、绕着某根轴转动，因此要特别注意这个轴。 缺省旋转速度需要输入每秒所转过的弧度值。这个可以在路径 “Tools Control Panel Miscellaneous Angular Velocity” 里 改变成每分钟旋转的弧度(RPM)来代替 。ANSYS中的惯性载荷模拟如下所述： 加速度和标准的地球重力通过ACEL命令实现 旋转速度由CGLOC (定义原点) 以及 CGOMGA（定义关于 CGLOC 的旋转速度）两个命令实现ANSYS BASIC TRAINING力和压力压力载荷： 压力只能施加在表面并且通常与表面的法向一致 正值代表进入表面（例如压缩）负值代表从表面出 来（例如抽气等）
6、压力的单位为每个单位面积上力的大小 力载荷： 力可以施加在结构的最外面，边缘或者表面。 力将分布到整个结构当中去。这就意味着假如一个 力施加到两个同样的表面上，每个表面将承受这个 力的一半。力单位为质量乘以长度比上时间的平方 。力可以通过定义矢量，大小以及分量来施加。ANSYS BASIC TRAINING轴承载荷轴承载荷: 轴承载荷仅适用于圆柱形表面。其径向分量将根据投影面积来分布 压力载荷。径向压力载荷的分布如下图所示。轴向载荷分量沿着圆 周均匀分布。 一个圆柱表面只能施加一个轴承载荷。假如一个圆柱表面切分为两 个部分，那么在施加螺栓载荷的时候一定要保证这两个柱面都要选 中。 载荷的单位同
7、力的单位 螺栓载荷可以通过矢量和幅值或者部件来定义。ANSYS BASIC TRAINING力矩载荷力矩载荷: 对于实体，力矩可以施加在任意表面 假如选择了多个表面，那么力矩将分摊在这些表面上。 力矩可以用矢量及其大小或者分量来定义。当用矢量表示时，其遵 守右手法则。 在实体表面，力矩也可以施加在顶点或边缘，这与通过矢量或部件 定义的以表面为基础的力矩类似。 力矩的单位为力乘上长度。ANSYS BASIC TRAINING远端力载荷远端力载荷: 允许用户在面上施加偏置的力 用户设定力的初始位置（利用顶点，圆或者x,y,z的坐标） 力可以通过向量和幅值或者分量来定义 这个在面上将得到一个等效的力
8、加上由于偏置的力所引起的力矩 这个力分布在表面上，但是包括了由于偏置力而引起的力矩 力的单位为质量*长度/时间2ANSYS BASIC TRAININGANSYS中的结构载荷 ANSYS 模拟的结构载荷如下: 压力通过命令SF,PRES 直接施加在表面上 在顶点和边缘上的力作为节点力通过命令F,FX/FY/FZ施加 施加在面上的力如同压力施加在表面效应单元SURF154在 KEYOPT(11)=2情况下的表面5一样 KEYOPT(11)=2 应用于整个表面, 包括切向部分 轴承载荷沿着半个受压缩的圆柱面，作为压力施加在表面效应单元 154的表面5上 KEYOPT(11)=0 利用阴影面积w比上
9、切线部分面积 壳的顶点或边缘上的力矩通过节点命令F,MX/MY/MZ 来施加ANSYS BASIC TRAINING约束（常规）固定约束: 在顶点，边缘或面上约束所有的自由度 对于实体，限制x,y和z的平移 对于壳和梁，限制x,y和z的平移和转动 给定位移: 在顶点，边缘或面上给定已知的位移 允许在x,y和z方向给予强制位移 输入“0”代表此方向上即被约束 不设定某个方向的值则意味着实体在这个方向上自由运动ANSYS BASIC TRAINING约束 （实体）无摩擦约束: 在面上施加法向约束 对于实体，这个约束可以用施加一个对称边面界条件来实现，因为 对称面等同于法向约束 圆柱面约束: 施加在
10、圆柱表面 用户可以指定是轴向，径向或者切向约束 仅仅适用于小变形（线性）分析ANSYS BASIC TRAINING约束（实体）仅有压缩的约束: 在任何给定的表面可以施加法向仅有压缩的约束。这个约束仅仅限 制这个表面在约束的法向正方向的移动。 解释这个约束的一种方法就是将它想象为一个“刚性”结构，它与选 择的表面有相同的形状。注意到这些接触（压缩）面事先不知道。 可以在一个圆柱面上模拟“扣牢的圆柱约束”，但是它是“仅有压缩约 束”的一种特例。如右图所示，显示出了没有变形的圆柱的轮廓。有 压缩力的表面阻止原始圆柱变形，而可伸长的表面自由变形。 这个需要一个迭代（非线性）求解器来求解。 由于事先不
11、知道压缩面的行为，所以需要利用迭代求解器来判断哪个表面显示的是压缩行为。ANSYS BASIC TRAINING约束（梁/壳）简单约束: 可以施加在梁或壳体的边缘或者顶点上 限制平移但是所有旋转都是自由的 固定旋转: 可以施加在壳或量的表面，边缘或者顶点上 约束旋转，但是平移不限制ANSYS BASIC TRAININGANSYS中的结构约束以下是ANSYS当中应用的命令： 给定实体的全约束可以使用D,ALL 给定方向的位移约束为D,UX/UY/UZ 没有摩擦的表面包含节点旋转例如UX方向是法向则利用D,UX 柱面约束需要旋转节点坐标系到柱坐标系，利用D,UX/UY/UZ施加 到相应的方向上
12、简单的约束利用D在UX, UY,或UZ命令施加在壳或梁上 固定旋转约束利用D选择ROTX, ROTY,或ROTZ施加在壳或梁上 对于仅有压缩的约束，在原始表面（CONTA174）拷贝表面网格生 成刚性目标面（TARGE170）利用标准的接触行为来模拟这个约束 ，这就是为什么它是非线性求解的原因。ANSYS BASIC TRAINING约束概括约束和接触对都可以归结为边界条件。 接触对模拟在两个已知模型之间的一个“柔性”边界条件 固定约束在被模拟部件之间提供一个“刚性”边界条件，刚性的 固定部件不必建立模型。假如对部件A和B之间连接比较感兴趣，那么就要考虑两个部分是 否都需要分析（通过接触）或者
13、仅提供部件B对A的影响的固定约 束是否足够。 换句话说，部件B相对于A来说是刚性的？假如是的话，可以 仅仅模拟对部件A的一个固定约束。假如不是则需要模拟两者 之间的摩擦。ANSYS BASIC TRAINING热载荷热载荷可以施加在模型上 任何温度载荷都可以施加 DS通常首先进行热分析，然后在结构分析时将计算所得的温度域作 为载荷输入。在ANSYS中，对于任何在模型中提到的热载荷: ANSYS通常首先进行热分析 即使施加一个均布温度域，也要进行热分析。这就是为什么在结 构分析模块当中没有温度实体载荷。 参考温度通过TREF（不是MP,REFT）定义的 每种材料的温度膨胀系数是通过命令MP,AL
14、PX（不是MP,CTEX或 者MP,THSX）定义 温度载荷在热分析完成后通过BF命令施加ANSYS BASIC TRAINING求解选项求解选项可以在“Solution”菜单下定义 ANSYS在设置了“Save ANSYS db”之后可以保存数据库 假如要是想在ANSYS中打开一个数据库，这种方法是有用的 在DS中有两种求解器可以使用 求解器是自动选取的，尽管求解后有许多信息让用户知道所选用的是何种求解器。在路径“Tools Control Panel Solution Solver Type”下设置默认选项 “直接” 求解器在包含薄面和细长体的模型中是有用的。它是个很有力的求解器并且可以处
15、理任何情况。 “迭代”求解器在处理体积大的模型是十分有效的。尽管它对梁和壳来说不是很有效，但是可以很好的处理大的模型。ANSYS BASIC TRAINING求解选项在稳定模型中可以施加弱弹簧 如果设置了“Program Controlled”，DS将预测受 约束的模型。如果选择了“Fixed Support”，这个 模型可以施加弱弹簧并且提供了可供用户知道程序 是如何处理的信息。 这个可以设置为“On”或“Off”。可以在路径“Tools Control Panel Solution Use Weak Springs”下设置默认选项. 在某些情况下，用户期望模型是在平衡状态下而不 是约束所有可能的刚性模型。弱弹簧可以通过阻止 奇异矩阵来实现帮助。 然而，约束所有可能的刚体运动是很好的习惯。ANSYS BASIC TRAINING模型求解求解模型首先需要设定求解结果对象(下面将涉及)并且点击在标准工具 条上的“Solve”按钮 缺省条件下，两个处理器(假如提到的话)将会并行进行计算.设置处 理器个数在路径“Tools Option Solution N
