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1、载荷考虑载荷考虑载荷考虑载荷考虑与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果影响更大。影响更大。将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多。57载荷分类载荷分类载荷分类载荷分类载荷载荷 包括边界条件和内外环境对物体的作用包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以可以分成以下几类：下几类：定义定义自由度约束自由度约束集中载荷集中载荷面载荷面载荷体载荷体载荷惯性载荷惯性载荷58自由度约束自由度约束自由度约束自由度约束自由度约束自由度约束就是给某个自由度就是给某个自由度(DOF)指定
2、一已知数指定一已知数值值 (值不一定是零值不一定是零)。定义定义59自由度约束自由度约束自由度约束自由度约束( (续续续续) )结构分析中的固定位移结构分析中的固定位移(零或者非零值零或者非零值) 。大多数自由度约束大多数自由度约束用作用作：对称性边界条件或者称作对称性边界条件或者称作“built-in”边界条件边界条件指定刚体位移。指定刚体位移。热分析中的指定温度热分析中的指定温度。举例举例60自由度约束自由度约束自由度约束自由度约束( (续续续续) )对称性或反对称边对称性或反对称边界条件可以添加到界条件可以添加到线、面或平面的节线、面或平面的节点上点上。 (它们中的每它们中的每一个最后成
3、为各个一个最后成为各个节点上的一组约束节点上的一组约束。) 在大多数情况下，在大多数情况下，ANSYS将自动确定将自动确定约束的方向。约束的方向。固定位移约束举例固定位移约束举例: 对称边界条件的添加对称边界条件的添加 61自由度约束自由度约束自由度约束自由度约束( (续续续续) )固定位移约束举例固定位移约束举例: 刚体位移约束刚体位移约束1st point pinned- 3 translational constraints2nd point constrained in both directions normalto line between 1st & 2nd constraine
4、d points3rd point constrained normal to planepassing through all 3 constrained points该方块上下面受压。该方块上下面受压。它需要仔细选择它需要仔细选择6个个平移自由度平移自由度 ，并约束并约束它们的刚体运动它们的刚体运动，但但不能引起附加扭曲应不能引起附加扭曲应力。力。62集中载荷集中载荷集中载荷集中载荷集中载荷集中载荷 就是作用在模型的一个点上的载荷就是作用在模型的一个点上的载荷。定义定义63集中载荷集中载荷集中载荷集中载荷 ( (续续续续) )结构分析中的力和弯矩。结构分析中的力和弯矩。热分析中热流率热分析
5、中热流率。集中载荷可以添加到节点和关键点上集中载荷可以添加到节点和关键点上。(添加到关键点添加到关键点上的力将自动转化到相连的应节点上上的力将自动转化到相连的应节点上。)举例举例64集中载荷集中载荷集中载荷集中载荷 ( (续续续续) )集中载荷通常是向由梁集中载荷通常是向由梁(beam)、杆杆(spars)和弹簧和弹簧(springs)构成的非连续性的模型添加载荷的一种途径构成的非连续性的模型添加载荷的一种途径。对于由壳单元对于由壳单元(shells)、平面单元平面单元(XY plane elements)或者或者三维实体单元三维实体单元(3-D solids)等组成连续性模型，集中载荷意等组
6、成连续性模型，集中载荷意味存在应力奇异点。味存在应力奇异点。你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模型上。型上。如果你不关心如果你不关心(集中载荷作用集中载荷作用)节点处的应力，这样做是节点处的应力，这样做是可以接受的。可以接受的。对于结构分析而言对于结构分析而言65面载荷面载荷面载荷面载荷面载荷面载荷 就是作用在单元表面上的分布载荷就是作用在单元表面上的分布载荷。定义定义66面载荷面载荷面载荷面载荷( (续续续续) )结构分析中的压力。结构分析中的压力。热分析中的对流和热流密度。热分析中的对流和热流密度。面载荷可以添加到线或面上面载荷可
7、以添加到线或面上 (实体模型上的实体实体模型上的实体)、以、以及节点或单元上。及节点或单元上。作用在线或面上的面载荷最终会传到面内各个单元上作用在线或面上的面载荷最终会传到面内各个单元上。举例举例67面载荷面载荷面载荷面载荷( (续续续续) )在块顶面上施加均布压力在块顶面上施加均布压力68面载荷面载荷面载荷面载荷( (续续续续) )变化面载荷情形变化面载荷情形 梯度梯度 在面载荷中在面载荷中可能会使用到可能会使用到。你你可以给一按线性变可以给一按线性变化的面载荷指定一化的面载荷指定一个梯度个梯度，例如水工例如水工结构在深度方向上结构在深度方向上受到静水压。受到静水压。69面载荷面载荷面载荷面
8、载荷( (续续续续) )面载荷不是垂直于表面的情形面载荷不是垂直于表面的情形某些类型的载荷只能作用在某些类型的载荷只能作用在 面效应单元面效应单元上，这些单元的作用是将载上，这些单元的作用是将载荷传递到模型的其它单元：荷传递到模型的其它单元：结构实体单结构实体单元的切向元的切向 (或其它方或其它方向向) 压力压力。实体热单元实体热单元的辐射描述的辐射描述。70体载荷体载荷体载荷体载荷体载荷体载荷 是分布于整个体内或场内的载荷。是分布于整个体内或场内的载荷。定义定义71体载荷体载荷体载荷体载荷( (续续续续) )结构分析中的温度载荷。结构分析中的温度载荷。热分析中生热率。热分析中生热率。电磁场分
9、析中电流密度。电磁场分析中电流密度。体载荷可以、添加到关键点或节点上体载荷可以、添加到关键点或节点上。 (关键点上的体载荷最关键点上的体载荷最终将转化成各个节点上的一组组体载荷。终将转化成各个节点上的一组组体载荷。)举例举例72体载荷体载荷体载荷体载荷( (续续续续) )体载荷分布复杂情形体载荷分布复杂情形体载荷分布一般都很复体载荷分布一般都很复杂，必须通过其它分析杂，必须通过其它分析才能得到，例如通过热才能得到，例如通过热应力分析获得温度分布。应力分析获得温度分布。在某些情况下，体载荷在某些情况下，体载荷是由当前分析结果决定，是由当前分析结果决定，这就需要进行耦合场分这就需要进行耦合场分析。
10、析。结构分析模型上温度分布结构分析模型上温度分布73惯性载荷惯性载荷惯性载荷惯性载荷 惯性载荷惯性载荷 是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷，例如重力加速度例如重力加速度，加速度，以及角加速度加速度，以及角加速度。定义定义74惯性载荷惯性载荷惯性载荷惯性载荷( (续续续续) )特点特点惯性载荷只有结构分析中有。惯性载荷只有结构分析中有。惯性载荷是对整个结构定义惯性载荷是对整个结构定义的，是独立于实体模型和有的，是独立于实体模型和有限元模型的限元模型的。考虑惯性载荷就必须定义材考虑惯性载荷就必须定义材料密度料密度 (材料特性材料特性DENS)。绕绕Y轴的角速度
11、轴的角速度75添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则简化假定越少越好。简化假定越少越好。使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。准则准则76添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则( (续续续续) )分析一受垂直载荷的托分析一受垂直载荷的托架。架。怎样才能使模型左边边怎样才能使模型左边边界在垂直方向上不存在界在垂直方向上不存在运动运动？举例举例: 向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷77添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则你你
12、可能可能 需要约束需要约束Y方向上的一个点方向上的一个点 - 但这样做会但这样做会在约束点位置产生应力奇异在约束点位置产生应力奇异.constrainedpointstresssingularity举例举例: 向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷78添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则如果你将整个左边边界的垂直自由度全部约束，可如果你将整个左边边界的垂直自由度全部约束，可能会更好些，但人为阻碍能会更好些，但人为阻碍“泊松效应泊松效应”（即，一个（即，一个方向上的应力引起其它方向上的应变），造成应力方向上的应力引起其它方向上的应变），造成应力场局部失真
13、场局部失真。constrainededge举例举例: 向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷79添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则事实上，并没有很好的方法向该结构上添加垂直约束事实上，并没有很好的方法向该结构上添加垂直约束。如果希望得到精确的应力，在分析中还应当将托架的支如果希望得到精确的应力，在分析中还应当将托架的支撑部分考虑进来。撑部分考虑进来。举例举例: 向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷80添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则如果你没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可如果你没法做得更好，只要其
14、它位置结果正确也是可以认为是正确的，但是你必须忽略以认为是正确的，但是你必须忽略“不合理不合理”边界的边界的附近一定区域内的应力附近一定区域内的应力。加载时，你必须十分清楚各个加载对象。加载时，你必须十分清楚各个加载对象。更小的托架模型能更好更小的托架模型能更好地确定孔周围的应力地确定孔周围的应力。准则准则81添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。不要忘记泊松效应。不要忘记泊松效应。添加刚体运动约束添加刚体运动约束, 但不能添加过多的（其它）约束但不能添加过多的（其它
15、）约束： 一块二维平面应力、平面应变、梁或一块二维平面应力、平面应变、梁或杆模型至少需要三个约束杆模型至少需要三个约束。轴对称模型至少需要一个（轴向）约束。轴对称模型至少需要一个（轴向）约束。三维实体或壳模型至少需要六个约束三维实体或壳模型至少需要六个约束。准则准则X constraintsBracket该模型边界条该模型边界条件合理件合理?82添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则实际上，集中载荷是不存在的。实际上，集中载荷是不存在的。 然而，只要你不关心集然而，只要你不关心集中载荷作用区域的应力，完全可以以集中载荷添加将载荷中载荷作用区域的应力，完
16、全可以以集中载荷添加将载荷添加到模型上添加到模型上。 这是一个带有切口的受这是一个带有切口的受拉板，如果你只关心切拉板，如果你只关心切口区域的应力，集中载口区域的应力，集中载荷加载是完全可以的荷加载是完全可以的。准则准则83添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则轴对称模型具有一些轴对称模型具有一些独一无二的边界特性独一无二的边界特性 。在在360度的基础上度的基础上输入集中力和输出输入集中力和输出反力，载荷大小等反力，载荷大小等于整个周向力的总于整个周向力的总和。和。轴对称实体结构，轴对称实体结构，象实体杆件，应当象实体杆件，应当约束对称轴方向上约束对
17、称轴方向上的自由度的自由度UX， 限限制理论上可能存在制理论上可能存在的不真实零变形。的不真实零变形。总集中力总集中力 = 2p pr = 47,124 lb.准则准则三维结构三维结构二维模型二维模型84添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则添加载荷应遵循的原则简化假定越少越好。简化假定越少越好。使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合Statically如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为使正确的，但是你必须忽略使正确的，但是你必须忽略“不合理不合理”边界的附近一定区
18、边界的附近一定区域内的应力域内的应力。加载时，必须十分清楚各个载荷的施加对象。加载时，必须十分清楚各个载荷的施加对象。 除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。不要忘记泊松效应。不要忘记泊松效应。添加刚体运动约束添加刚体运动约束, 但不能添加过多的（其它）约束但不能添加过多的（其它）约束。 实际上，集中载荷是不存在的。实际上，集中载荷是不存在的。 轴对称模型具有一些独一无二的边界特性轴对称模型具有一些独一无二的边界特性 。总结总结 .准则准则85选择求解器选择求解器选择求解器选择求解器求解器求解器 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组的功能是
19、求解关于结构自由度的联立线性方程组 - 这这个过程可能需要花费几分钟个过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度个自由度)到几个小时到几个小时或者几天或者几天 (100,000 - 1,000,000 自由度自由度)，基本上取决于基本上取决于你所用计算机的速度你所用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次对于简单分析，可能需要一、两次求解求解。对于复杂的瞬态或非线性分析对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十可能需要进行几十次、几百次、或者甚至几千次求解次、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：提供了三个求解器用于一般求解：波前求解器波前求解器（Front
20、al solver）和和 PCG求解器（求解器（ PCG solver）（预预条件条件共扼梯度共扼梯度, 或者或者 “Power求解器求解器”）。稀疏矩阵求解）。稀疏矩阵求解器（器（Sparse solver） 也可以使用，主要用于非线性问题。也可以使用，主要用于非线性问题。86波前求解器波前求解器波前求解器波前求解器 / / PCGPCG求解器求解器求解器求解器下面是二者的差别对比表：下面是二者的差别对比表：准则准则87波前波前波前波前( (WavefrontWavefront) )求解器求解器求解器求解器波前求解器经常发出波前求解器经常发出“主对角值主对角值”或或“主元主元”为小或为小或负
21、的警告或错误信息，指出求解发生奇异。任何一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条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略掉。掉。88PowerPower求解器求解器求解器求解器Power求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下，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。迭代计算，并输出错误信息。89练习练习练习练习 - - 分析方案分析方案分析方案分析方案根据附录提供的信息，根据附录提供的信息，以以3或
22、或4个齿为组，确定个齿为组，确定齿轮的分析方案。齿轮的分析方案。 同所同所在的小组其它成员讨论在的小组其它成员讨论你的想法和分析方案，你的想法和分析方案，并提交你的结果并提交你的结果。练习练习June 3, 199690练习练习练习练习 - - 分析方案分析方案分析方案分析方案( (续续续续) )这里是提供来分析的两个对象：这里是提供来分析的两个对象：1. 当两切槽处施加载荷时，确定当两切槽处施加载荷时，确定(+/- 10%)轮的弹性常数。轮的弹性常数。2. 当轮绕当轮绕Z轴旋转时，确定结构的轴旋转时，确定结构的 (+/- 10%)最大最大von Mises应力。应力。w wAll reentrant corners have filletsJune 3, 199691
