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1、有限元及ANSYS,主讲：任继文,华东交通大学机制教研室,,MP: 139 7910 7921,第五章 加载与求解,加载 求解 实例分析,主要内容,A 加载,A 加载载荷定义,载荷(Loads)：包括边界条件和模型内部或外部的作用力。,不同学科中的载荷如下： 结构分析：位移、力、弯矩、压力、温度和重力等。 热力分析：温度、热流速率、对流和无限表面等。 磁场分析：磁势、磁通量、磁流段、源电流密度和无限表面等。 电场分析：电势(电压)、电流、电荷和电荷密度等。 流场分析：速度和压力等。,ANSYS中的载荷可分为:,自由度约束（DOF constraint） 集中载荷（Force） 面载荷（Surf
2、ace loads） 体载荷（Body loads） 惯性载荷（Interia loads） 耦合场载荷（Coupled-field loads） 特殊载荷（如轴对称载荷）,A 加载分类,1、载荷步、子步和平衡迭代,A 加载加载方式,载荷步,分步施加的载荷,多个载荷步,载荷历程曲线,线性载荷,恒定载荷,卸载,A 加载加载方式,子步：执行求解载荷步过程中的点,平衡迭代：在给定子步下为了收敛而计算的附加解（仅用于非线性分析）,A 加载加载方式,（a）斜坡加载,（b）阶跃加载,2、载荷步选项,A 加载加载方式,载荷步选项（Load step options）是用于表示控制载荷应用的选项（如时间、子步
3、数、时间步长及载荷阶跃或斜坡递增等）的总称。,Main Menu Solution Load Step Opts,斜坡加载,阶跃加载,A 加载加载方式,注：如果菜单没有出现Time/Frequenc，可以按上面操作,A 加载加载方式,在关键点处约束,实体模型,沿线均布的压力,在节点处约束,FEA模型,沿单元边界均布的压力,在节点加集中力,可在实体模型或 FEM 模型 (节点和单元) 上加载.,无论采取何种加载方式，ANSYS求解时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
4、为边界的各单元上,A 加载加载方式,A 加载加载方式,实体模型加载与FEM加载比较,DOF约束:给某个自由度(DOF)指定一已知数值 (值不一定是零)。,结构分析中约束被指定为位移约束（平移、旋转或对称、反对称边界条件）；标识的方向均在节点坐标系中。 热分析中约束被指定为温度。 位移约束可施加于节点、关键点、线和面上，用来限制对象某一方向上的自由度。,A 加载 DOF约束,A 加载位移约束,在关键点加载位移约束: （在定义单元类型前，位移约束的施加菜单不可见）,Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Ke
5、ypoints,Expansion option 可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上,例：要固定一边，只要拾取关键点6、7，并设置 all DOFs = 0 和 KEXPND = yes。,A 加载位移约束,在线和面上加载位移约束:,Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines or On Areas,拾取 lines,拾取areas,位移约束举例：位移,A 加载位移约束,Y向和Z向约束,全约束,实例：ch04dataex1,A 加载位移约束,1、对关键点5施加所有位移约束 Main M
6、enu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Keypoints,A 加载位移约束,2、对关键点6施加约束UY和UZ方向的自由度 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Keypoints,在ANSYS分析中，可以利用模型的对称性。例如，只建立一半或四分之一的模型，而在对称面上需指定对称边界条件。,位移约束举例：边界条件,A 加载位移约束,平面外移动和平面内旋转约束为0,平面内移动和平面外旋转为0,A 加载位移约束,使用对称和反对称边
7、界条件实例,A 加载位移约束,对面施加对称约束,例如：对左侧端面施加对称约束 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement Symmetry B.C. On Areas,对称边界上标有S标记,A 加载位移约束,对左侧端面施加对称约束 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement Symmetry B.C. On Areas,对称边界上标有S标记,A 加载集中载荷,集中载荷 就是作用在模型的一个点上的载荷。,在结构分析中，集中载荷主要包括力和
8、力矩，相应的标识符为FX、FY、FZ、MX、MY、MZ。用户可以对节点和关键点施加集中载荷。,GUI,A 加载集中载荷,对7和8关键点施加Y向力30,1、施加,A 加载集中载荷,选择Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Force/Moment On Keypoints命令,弹出图形选取对话框，用鼠标在图形视窗中选中关键点7和8，然后单击OK按钮，,A 加载集中载荷,1、对实体模型划分网格，（Mapped， Global setting为4） 2、选择Main Menu Solution Define Loads Operate Tr
9、ansfer to FE Forces命令,弹出图形选取对话框，然后单击OK按钮，,2、转换,A 加载集中载荷,对7和8关键点施加Y向力30,A 加载集中载荷,3、重置,1）缺省情况下【Replace existing】，在同一位置重新设置集中载荷，则新的设置将取代原来的设置。 2）可以通过以下方式改变缺省设置为累加【add to existing】或忽略【be ignored】 选择Main Menu Solution Define Loads Settings Replace vs Add Force命令,弹出对话框.,注意：只有将载荷直接加到节点上或将载荷转换后，累加、忽略方式才起作用。
10、,A 加载集中载荷,4、缩放,选择Main Menu Solution Define Loads Operate Scale FE Loads Forces命令,弹出对话框。,注意：只有将载荷直接加到节点上或将载荷转换后，比例缩放才起作用。,表面载荷 就是作用在单元表面上的分布载荷。,结构分析中的压力。 热分析中的对流和热流密度。,表面载荷可以添加到线或面上 (实体模型)以及节点或单元上（有限元模型）。 可以施加均布载荷，也可以施加线性变化的梯度载荷，还可以施加按照一定函数关系变化的函数载荷。,A 加载表面载荷,1、均布载荷,Main Menu Solution Define Loads Ap
11、ply Structural Pressure On Areas,A 加载表面载荷,输入一个 压力值即为均布载荷, 两个数值 定义 坡度压力,说明：压力数值为正表示其方向指向表面,Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines,拾取 Line,A 加载表面载荷,VALI = 500,VALI = 500 VALJ = 1000,VALI = 1000 VALJ = 500,L3,1000,500,500,坡度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, 将两个压力数值颠倒即可。线的IJ方向显示，
12、可选择Utility menu/plotctrl/symbols,弹出对话框设置ldiron如果需要表面压力呈多箭头显示，可选择Utility menu/plotctrl/symbols,弹出对话框设置如下,A 加载表面载荷,梯度 在面载荷中可能会使用到。你可以给一按线性变化的面载荷指定一个梯度，例如水工结构在深度方向上受到静水压。,2、梯度载荷,A 加载表面载荷,实例：ch04dataex2,一、采用上述方法对直线加载，转化为有限元载荷后，删除相应节点载荷； 二、直接对相应节点施加梯度载荷（见下页）,A 加载表面载荷,1）Main Menu Solution Define Loads Set
13、tings For Surface Ld Gradient 。弹出对话框2）Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Nodes。 选择节点1、18、17、16。 注意：指定斜率后，对随后的载荷施加都起作用。要去除指定斜率，在命令输入窗口输入“SFGRAD”即可。,随后加载的位置（SLZER） 此处为y0,斜率：每单位长度下降25,方向：y,类型：结构分析,A 加载表面载荷,圆柱梯度 在圆柱坐标中给定梯度（单位以度来表示）。 操作时注意两个规则： 1、设置奇异点使得加载的表面不通过坐标奇异点。 2、选择加载位置(S
14、LZER)时，应在奇异点范围内。即：当奇异点在180时，SLZER应在180之间； 当奇异点在0（360）时，SLZER应在0 360之间。,实例：局部圆柱坐标11， 建立半圆面，单元类型:plane82 圆柱梯度加载cylinder.db,A 加载表面载荷,操作1 1、使用局部圆柱坐标默认奇异点180 2、选择SLZER为90 3、对外圆节点加载400操作2 1、使用局部圆柱坐标默认奇异点180 2、选择SLZER为270（不在奇异点范围） 3、对外圆节点加载400操作3 1、改变局部圆柱坐标默认奇异点0（360） 2、选择SLZER为270 3、对外圆节点加载400 (载荷通过奇异点),操
15、作1,操作2,操作3,A 加载表面载荷,3、函数载荷,函数载荷 ：应用于当载荷按一定的函数关系非线性变化情况。 实例：ch04dataex2 节点函数加载步骤： 1、定义并编辑载荷数据数组。 Utility Menu Parameters Array Parameters Define/Edit 2、函数加载设置 Main Menu Solution Define Loads Settings For Surface Ld Node Function 。 3、加载 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Node
16、s。,A 加载表面载荷,3、函数载荷,一般函数加载步骤： 1、定义并编辑载荷数据表。（table） Utility Menu Parameters Array Parameters Define/Edit 2、定义函数(文件放入西文目录) Utility Menu Parameters Functions Define/Edit 3、加载函数（输入定义文件后，再输入前面定义的table名） Utility Menu Parameters Functions Read From File 4、加载 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural ,
