Ansys结构静力分析

假如已将几何模型划分网格, 应如何加载、求解.

第1课. 载荷
1. 列表和分类载荷。
2. 在实体模型上完成下列操作:
 a. 加载.
 b. 校验载荷.
 c. 删除载荷.
第2课. 求解
3. 描述求解过程.
第3课. 结果后处理
4. 描述ANSYS后处理中观看结果的各种功能.
5. 描述静力分析结果后处理的五个步骤.

第 1 课 加 载

载荷分类

1. 列表和分类载荷

ANSYS中的载荷可分为:
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)
2-a. 加载.

可在实体模型或 FEA 模型 (节点和单元) 上加载.

实体模型加载:

Main Menu:  Solution > -Loads- Apply >

说明：压力数值为正表示其方向指向表面

加载轴对称载荷

轴对称载荷可加载到具有对称轴的3-D 结构上。

3-D 轴对称结构可用一2-D 轴对称模型描述。

加载 轴对称载荷, 注意以下方面:

载荷数值 (包括输出的反力) 基于360度转角的3-D结构。

在右图中，轴对称模型中的载荷是3-D结构均布面力载荷的总量。

校验载荷

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。

下面将载荷转化到节点和单元上，不进行求解:

Main Menu:  Solution > -Loads-Operate

删除载荷

2c.   删除载荷

Main Menu:  Solution > -Loads- Delete 

当删除实体模型时, ANSYS 将自动删除其上所有的载荷

两关键点的扩展位移约束载荷例外：

第  2 课 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)

求解前使用该对话框将各个控制项设置好，就可以求解了。

命令：SOLCONTROL，Key1，Key2，Key3，Vtol

GUI：MainMenu>Solution>Analysis Type>Solution Ctrl

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?)

进行求解

3. 描述求解过程

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.

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。

第  3 课   结果后处理

结果的绘图和列表

4. 介绍ANSYS后处理功能

ANSYS 有两个后处理器:

通用后处理器 (即 “POST1”) 只能观看整个模型在某一时刻的结果 (如：结果的照相 “snapshot”).  

时间历程后处理器 (即 “POST26”) 可观看模型在不同时间的结果。 但此后处理器只能用于处理瞬态和/或动力分析结果。

在这一课只讨论通用后处理器

5. 介绍静力分析结果后处理的五个步骤

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

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...

绘变形图

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...

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）。

检查网格精度

由于网格密度影响分析结果的精度，因此有必要验证网格的精度是否足够。

有三种方法进行网格精度检查：

1. 观察（ Visual inspection ）

2. 误差估计

3. 将网格加密一倍，重新求解并比较两者结果。注意: 有些情况下这种做法不适用。

观察

画出非平均（ unaveraged ）应力等值线，例如，画出单元应力而不是节点应力。

显示每个单元的应力

寻找单元应力变化大的区域，这些区域应进行网格加密。（在MeshTool中对网格加密非常方便， MeshTool 将在后面的内容介绍。）

ANSYS 对平均应力和非平均应力采用几种不同的误差计算方法，误差估计只在进入后处理前PowerGraphics 被关闭的情况下进行。 (如果进入后处理后关闭 PowerGraphics则ANSYS将重新计算误差因子。)  

关闭 PowerGraphics，应力等值线图可显示应力分布和最大最小值范围，这可表明误差的大小。

通过画出结构能误差的等值线图，可显示误差较大的区域 -- 这些区域需要网格加密。

画出所有单元的应力偏差图，可给出每个单元的应力误差值。 (平均应力和非平均应力不同)

应力平均

FEA的计算结果包括通过计算直接得到的初始量和导出量。

任一节点处的DOF结果 (UX、UY、TEMP等) 是初始量。 它们只是在每个节点计算出来的初始值。

其它量，如应力应变，是由DOF 结果通过单元计算导出而得到的。

因此，在给定节点处，可能存在不同的应力值。这是由以与此节点相连的不同单元计算而产生的。

“节点结果”（nodal solution）画出

    的是在节点处导出量的平均值，而

   “单元结果”（ element solution ） 

    画出非平均量。 

在多数情况下，画出平均应力图，但有时要画出：

在弹性模量不同的材料交界处，应力分量会不连续。 (PowerGraphics 自动考虑到这一点并对此界面不进行平均处理。)

在不同厚度的壳单元的交界处，大多数应力会不连续 。

(PowerGraphics 自动考虑到这一点并对此界面不进行平均处理。)

在壳单元构成的尖角或连接处，某些应力分量不连续。

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