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1、ANSYS 多载荷步分析流程中国机械 CAD 论坛 dengguide1. 流程概述1.1 线弹性计算按照 ANSYS 帮助文件中的叙述， ANSYS 中有 3 种方法可以用于定义和求解多载荷部问 题：（1）多次求解法，每一个载荷步运行一次求解； （ 2）载荷步文件法，通过 LSWRITE 命 令将每一个载荷步输出为载荷步文件， 然后通过 LSSOLVE 命令一次求解所有的载荷步； （ 3） 矩阵参数法，通过矩阵参数建立载荷-时间列表，然后再加载求解。按照以上方法进行线弹性结构分析时，每一个载荷步的求解结果都是独立的，前后载荷 步的求解结果之间没有相互关系， 后一载荷步的求解结果并不是在前一个
2、载荷步计算结果的 基础之上叠加的。 例如，2个载荷步都定义 150 MPa 内压并不会在容器上产生 300 MPa 内压 的累积效果。换一个角度理解，对于线弹性结构分析也没有必要将300 MPa 内压拆分为 2个载荷步计算，直接定义 1 个 300MPa 的载荷步并在求解设置中定义和输出 2 个载荷子步， 可以分别得到 150MPa 和 300MPa 内压对应的结构响应。1.2 弹塑性计算当结构有塑性变形产生时，由于结构弹塑性响应与载荷历程相关，同一载荷值可能对应 不同的位移和应变值， 在进行多载荷步求解时必须考虑响应的前后累积效应。 例如， 对厚壁 容器进行自增强弹塑性分析必须考虑应变强化效
3、应的影响。ANSYS 中有 3 中方法可以实现弹塑性连续分析。第1、2 种方法就是载荷步文件法和矩阵参数法， 具体设置同线弹性计算时相同， 一旦有塑性变形产生程序会自动累积多次加载效 应。第3种方法是重启动法， 在第 1个载荷步计算结果的基础上， 重新定义载荷并运行重启 动计算。在与线弹性求解不同的是，多次求解法不能直接用于弹塑性多载荷步计算。下面我们将通过一个具体的算例来具体说明结构的多载荷步弹塑性分析。2. 算例验证一根均匀圆棒两端受到均匀的轴向拉应力P,圆棒半径为5 mm、长度为10 mm，材料为如图1所示的双线性等向强化材料，弹性模量E=200 GPa，泊松比口=0,屈服强度 底=20
4、0MPa，切线模量 Et =100 GPa，计算圆棒上的轴向应变&。计算采用1/4模型，单位采用g-mm-ms 单位制，应力单位为 MPa。40 000.0 50.10.150 .20. 2 50.3应变/%图1双线性等向强化材料关系2.1多载荷步线弹性加载定义3个载荷步，每个载荷步P值都为100 MPa，通过载荷步文件法求解。图2所示为3个载荷步对应的轴向总应变分布，3个载荷步对应总应变相等都等于0.05%，等于理论计算应变值P/E。第3个载荷步计算结果中没有塑性应变产生，表明在无塑性应变产生时结构响应没有累积效应，不会产生如图3所示的载荷历程效果。矩阵求解法和重启动法的结果与载荷步文件法相
5、同。(a)第1载荷步(c)第3载荷步350(b)第2载荷步 图2多载荷步弹性加载-JI/III300O2 2 11 OP/力应拉-UOOOO5 0 5 0 5图3设想载荷历程2.2多载荷步弹塑性加载施加的拉应力载荷历程如图3所示，首先施加300 MPa拉应力，然后卸载至 0,再施加250 MPa拉应力。350力应拉3002502001501005000 1 2载荷步图4载荷历程3(1 )载荷步文件法设置3个载荷步，第1个载荷步在圆棒两端施加300 MPa拉应力，通过LSWRITE 储存为载荷步文件 Jobname.s01 ;第2个载荷步在圆棒两端施加 0 MPa拉应力，通过 LSWRITE 储
6、存为载荷步文件 Jobname.s02;第3个载荷步在圆棒两端施加 250 MPa拉应力，通过LSWRITE储存为载荷步文件 Jobname.s03,然后通过LSSOLVE命令一次性求解3个载荷步。3个载荷步对应的计算应变结果如表1所示，图5-7所示为3个载荷步对应的弹性应变、塑性应变和总应变情况。第1次加载300 MPa拉应力后，由于应力超过了材料的屈服强度，圆棒轴向产生了 0.2%的总应变，当中0.05%为塑性应变，0.15%为弹性应变。载荷卸载到0后，弹性应变恢复到 0,塑性应变保留为 0.05%不变。再次加载到 250 MPa后，由于材料经 过应变强化，屈服强度已经提高到了300 MP
7、a，因此圆棒上不会产生新的塑性变形，塑性变(a)第1载荷步(c)第3载荷步形保持为0.05%，弹性变形为 0.125%。这表明当结构中有塑性应变产生时，多载荷步加载 求解可以产生累积效应，能够实现弹塑性连续分析。表1计算应变结果载荷步弹性应变电塑性应变Ep总应变Eotal1 0.15%0.05%0.2%2 00.05%0.05%3 0.125%0.05%0.175(b)第2载荷步图5弹性应变（a）第1载荷步（b）第2载荷步（c）第3载荷步图6塑性应变（a）第1载荷步（b）第2载荷步（c）第3载荷步图7总应变（2）矩阵参数法定义一个4行1列的列表型矩阵 Pressure,行变量定义为 Time,
8、按照图8所示设置列表， 时间为0时对应载荷为 0，时间为1时载荷为-350 MPa，时间为2时载荷卸载到 0 MPa，时 间为3时再次加载到-250 MPa。设置好列表载荷后，在圆棒两端施加列表载荷。求解设置中，设置载荷步终点时间为 3,载荷子步数为3（必须大于等于3），然后求解。求解结果的第 1、 2、3个载荷子步结果分别对应多载荷步文件法中的第1、2、3载荷步。图8载荷列表（3 ）重启动法第1次加载300MPa的拉应力求解。不退出界面，在圆棒两端施加0 MPa拉应力，在Ansys分析选项中选择重启动，从第1次求解的结果继续求解。第 2次求解结束后，在圆棒两端施加250 MPa拉应力，从第2次求解的结果继续求解。最后得到结果同多载荷步文件 法相同。
