第10讲 加载、求解及后处理李达 西南交通大学材料学院10.1载荷 加载方式： 一是直接加载在节点与单元上； 二是加载在实体模型上ANSYS加载与求解 分类： 一是边界条件 二是实际外力21 按不同领域划分结构力学： 位移、集中力、压力（分布力）、温度（热应力）、重力 热学： 温度、热流率、热源、对流、无限表面 磁学： 磁声、磁通量、磁源密度、无限表面 电学： 电位、电流、电荷、电荷密度 流体力学： 速度、压力 • 自由度DOF - 定义节点的自由度（ DOF ） 值 (结构 分析_位移、热分析_ 温度、电磁分析_磁势等) • 集中载荷 - 点载荷 (结构分析_力、热分析_ 热导率、 电磁分析_ magnetic current segments) • 面载荷 - 作用在表面的分布载荷 (结构分析_压力、热 分析_热对流、电磁分析_magnetic Maxwell surfaces等) • 体积载荷 - 作用在体积或场域内 (热分析_ 体积膨胀、 内生成热、电磁分析_ magnetic current density等) • 惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷 (重力、角速 度等) • 耦合场载荷-以上的组合2 按特性划分410.2 有限元模型的加载• 10.2.1 节点自由度的约束 • 1 普通约束：自由度的约束体现在位移上，通 过给定三向坐标值来约束。
• 对称约束：可以是平面（关于线对称），也可 以是三维（关于面对称）输入对称面(或线) 的法向坐标轴，坐 标系编号3 反对称约束• 10.2.2 节点载荷的施加力的方向力的方式力的数值10.2.3 单元载荷的施加加载过程与节点载荷类似，不是所有载荷都可以 施加在单元上比如结构问题只有压力和温度 可以施加在单元上• 优点：方便，当改变单元和节点时无需重 新施加，只需将载荷传递到有限元模型上 • 缺点：对于初学者容易产生过约束 • 10.3.1 关键点上载荷的施加 • 1 约束关键点 • 2 定义集中外力(力，力矩)5. 3 实体模型的加载关键点加载约束载荷Main Menu: Solution > -Loads- Apply -Structural- Displacement > On Keypoints 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拾取 keypoints例 要固定一边 ，只要拾取 关键点6、7, 并设置 all DOFs = 0 和 KEXPND = yes.K6K7910.3.2 线上载荷的施加• 1 约束 • 2 定义分布力10.3.3 面上载荷的施加• 与以上类似无论采取何种 加载方式实体模型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的均布压力 FEA 模型以线为边界的各单元上施加载荷12将载荷转化到有限元模型上 说明: 只有到求解初始化时，才将模型中的载荷自动转化到有限元模 型中的节点和单元上。
Procedure1. . 2. .3. . 下面将载荷转化到节点和单元上，不进行求解: Main Menu: Solution > -Loads-Operate这些选项出现的信息大致相同13两个数值 梯度压力加载面力载荷拾取 Line输入单值为均布载荷14VALI = 500VALI = 500 VALJ = 1000VALI = 1000 VALJ = 500500 L3500L31000 500L31000 500梯度压力载荷沿起始 关键点(I) 线性变化到 第二个关键点 (J） 梯度载荷如果加载后梯度的 方向相反, 将两个压 力数值颠倒即可15Main Menu: Solution > -Loads- Delete All Load Data 选项可同时 删除模型中的任一类载荷删除载荷16当删除实体模型时, ANSYS 将自动删除 其上所有的载荷实体模型FEA 模型l删除线上 的均布压 力 自动删除以线 为边界的各单 元均布压力删除载荷17两关键点的扩展位移约束载荷例外：删除两点的 约束 只删除了两角 点(CORNER )约 束，而加载时 扩展的 ( inside ) 节点约束必须 手工删除.实体模型FEA模型l删除载荷18第 2 课 求 解1910.4 求解求解求解结果保存在数据库中并输出到结果文件 (Jobname.RST, Jobname.RTH, Jobname.RMG, or Jobname.RFL)结果文件结果数据数据库求解器结果输入数据22求解时模型是否准备就绪?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 > Calc Geom Items) • 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 • 温度场的分布和范围 • 热膨胀分析的参考温度 (与 ALPX 材料特性协调?)23求解过程: 1. 求解前保存数据库 2. 将Output 窗口提到最前面观看求解信息 3. Main Menu: Solution > -Solve-Current LS.进行求解Objective描述求解过程Procedure1. . 2. .3. . 24在求解过程中，应将OUTPUT窗口提到最 前面。
ANSYS 求解过程中的一系列信 息都将显示在此窗口中，主要信息包括:•模型的质量特性- 模型质量是精确的 - 质心和 质量矩的值有一定误差•单元矩阵系数 - 当单元矩阵系数最大/最小值的 比率 > 1.0E8 时将预示模型中的材料性质、实常数 或几何模型可能存在问题当比值过高时，求解可 能中途退出•模型尺寸和求解统计信息•汇总文件和大小没有获得结果的原因是什么? 往往是求解 输入的模型不完整或存在错误，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 ANSYS的后处理1 通用后处理：post1 2 时间历程后处理：post26271 通用后处理28结果的绘图和列表(续)静力分析结果后处理的步骤主要包括:1.绘变形图 2.变形动画 3.支反力列表 4.应力等值线图 5.网格密度检查介绍静力分析结果后处理的五个步骤绘变形图绘出结构在静力作用下的变形结果: •Main Menu: General Postprocessor > Plot Results > Deformed Shape.变形动画 • 以动画方式模拟结构在静力作用下的变 形过程: •Utility Menu: PlotCtrls > Animate > Deformed Shape.支反力• 在任一方向，支反力总和必等于在此方 向的载荷总和。
• 节点反力列表:•Main Menu: General Postprocessor > List Results > Reaction Solution.应力等值线 • 应力等值线方法可清晰描述一种结果在 整个模型中的变化，可以快速确定模型 中的 “危险区域”• 显示应力等值线 :•Main Menu: General Postprocessor > Plot Results > - Contour Plot- Nodal Solution.应力等值线动画• 结果动画 :•Utility Menu: PlotCtrls > Animate > Deformed Results关于PowerGraphics的说明• PowerGraphics 特点: •快速重画、图形轮廓分明 •模型显示光滑、具有相片的真实感 •支持单元类型（ lines、pipes、elbows、 contact 等单 元）和几何实体 （ lines、areas、 volumes 等）PowerGraphics 打开 (缺省)PowerGraphics 关闭。