第4章加载求解及后处理技术

第4章加载求解及后处理技术4.1荷载及其施加4.1.1荷载在ANSYS中荷载包括边界条件和作用力，对结构分析如下：位移、力、压力、温度、重力，一般可将荷载分为六类，如表4-1所示。名称说明结构分析中示例自由度约束（DOFconstraint）定义模型的自由度值固定约束、支座沉降等集中荷载（Force）施加在模型上的集中荷载力、力矩等表面荷载（Surfaceload）施加在模型面上的分布力压力、线荷载体荷载（Bodyload）施加体积荷载或场荷载温度惯性荷载（Inertialoads）施加物理惯性引起的荷载重力加速度、角速度角加速度等耦合场荷载Coupled-fieldloads从一种分析得到的结果，作为另一种分析的荷载热分析的温度等荷载即可施加在几何模型（关键点、硬点、线、面、体）上，也可施加在有限元模型（节点、单元）上，或者二者混合使用。施加在几何模型上的荷载独立于有限元网格，不必为修改网格而重新加载；施加在有限元模型上且要修改网格，则必须先删除荷载再修改网格，然后重新施加荷载。不管施加到何种模型上，在求解时荷载全部转换（自动或人工）到有限元模型上。4.1.2施加自由度约束在结构分析中自由度共有7个，自由度的方向均依从节点坐标系。约束可施加在节点、关键点、线和面上。位置命令功能备注节点D对节点施加自由度约束在当前节点坐标系施加DLIST节点自由度约束列表查看节点自由度约束的详细信息DDELE删除节点自由度约束DSYM对节点施加对称自由度约束施加对称和反对称约束DSCALE比例缩放节点自由度约束的值仅适用于有限元模型施加的约束DCUM累加节点自由度约束可替代、累加和忽略3种方式关键点DK对关键点施加自由度约束关键点或关键点之间的节点DKLIST关键点自由度约束列表DKDELE删除关键点自由度约束线DL对线施加自由度约束线上所有节点，可SYMMDLLIST线自由度约束列表DLDELE删除线自由度约束面DA对面施加自由度约束面上所有节点，可SYMMDALIST面约束自由度列表DADELE删除面自由度约束转换DTRAN传到有限元模型上仅仅转换自由度约束SBCTRAN将所有边界条件传递转换自由度约束和荷载1.节点自由度约束及相关命令⑴对节点施加自由度约束命令：D,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC,Lab2,Lab3,Lab4,Lab5,Lab6NODE---拟施加约束的节点号，其值可取ALL、组件名。Lab---自由度标识符，如UX、ROTZ等。如为ALL，则为所有适宜的自由度。VALUE---自由度约束位移值或表式边界条件的表格名称。VALUE2---约束位移值的第二个数，如为复数输入时，VALUE为实部，而VALUE2为虚部。NEND,NINC---节点编号范围和编号增量，缺省时NEND=NODE，NINC=1。Lab2,Lab3,Lab4,Lab5,Lab6---其它自由度标识符，VALUE对这些自由度也有效。各自由度的方向用节点坐标系确定，转角约束位移用弧度输入例如：D,ALL,ALL!对所选节点的全部自由度施加约束D,18,UX,,,,,UY,UZ!对节点18的3个平动自由度全部施加约束D,20,UX,1.0e-4!对节点20的UX施加约束，且约束位移值为1.0e-4D,22,UX,0.1,,25,,UY,ROTY!对节点22～25的UX,UY,ROTY施加约束，且位移值均为0.1⑷在节点上施加对称和反对称约束命令：DSYM,Lab,Normal,KCNLab---对称标识，如为SYMM则生成对称约束，如为ASYM则生成反对称约束。Normal---约束的表面方向标识，一般垂直于参数KCN坐标系中的坐标方向。其值有：=X（缺省）：表面垂直于X方向，非直角坐标系为R方向；=Y：表面垂直于Y方向，非直角坐标系为θ方向；=Z：表面垂直于Z方向，球和环坐标系为Φ方向；KCN---用于定义表面方向的整体或局部坐标系的参考号。Normal参数对称边界条件反对称边界条件2D3D2D3DXUX,ROTZUX,ROTZ,ROTYUYUY,UZ,ROTXYUX,ROTZUY,ROTZ,ROTXUXUX,UZ,ROTYZ---UZ,ROTX,ROTY---UX,UY,ROTZ2.关键点自由度约束及相关命令⑴对关键点施加自由度约束命令：DK,KPOI,Lab,VALUE,VALUE2,KEXPND,Lab2,Lab3,Lab4,Lab5,Lab6KPOI---关键点编号，也可取ALL或元件名。KEXPND---扩展控制参数。如为0则仅施加约束到关键点上的节点；如为1则扩展到关键点之间（两关键点所连线）的所有节点上，且包括关键点上的节点，当然约束位移值相同。其余参数同D命令中的参数。（2）列表和删除关键点自由度约束的命令分别为：列表：DKLIST,KPOI删除：DKDELE,KPOI,Lab例如：DK,ALL,ALL!约束所选择全部关键点的全部自由度DK,1,UY!对关键点1施加UY自由度约束DK,2,UX,0.01,,,UY,ROTZ!对关键点2的UX,UY,ROTZ施加约束，且位移值均为0.013.对线施加自由度约束⑴对线施加自由度约束命令：DL,LINE,AREA,Lab,Value1,Value2LINE---线编号，也可为ALL（缺省）或元件名。AREA---包含该线的面编号，并假定对称与反对称面垂直于该面，且线位于对称或反对称面内，缺省为包含该线的所选择面中的最小编号。如不是对称或反对称约束，则此面号无意义。Lab---自由度标识符，其值可取：=SYMM：对称约束，按DSYM命令的方式生成；=ASYM：反对称约束，按DSYM命令的方式生成；=UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,WRAP：各自由度约束；=ALL：所有适宜的自由度约束（与单元相关）。Value1---自由度约束位移值或表格边界条件的表格名称。表格边界条件仅对UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ有效，且Value1=%tabname%。Value2---仅对FLOTRAN分析时有用，对结构分析无意义。该命令对线上的所有节点施加自由度约束。（2）而列表和删除线上自由度约束的命令分别为：列表：DLLIST,LINE删除：DLDELE,LINE,Lab!EX4.2对线施加约束并转换finish$/clear$/prep7et,1,95$blc4,,,10,10,10!定义单元类型、创建长方体dl,7,,ux,0.1!线7施加UX自由度约束，位移值为0.1dl,5,,all!线5施加全部自由度约束dl,11,6,symm!线11施加对称约束，面号为6dl,10,6,asym!线10施加反对称约束，面号为6dl,6,,symm!线6施加对称约束，面号缺省DLLIST!列表显式线约束信息esize,2$vmesh,all!划分单元dtran$DLIST!转换约束到有限元模型，并列表显示4.对面施加自由度约束命令：DA,AREA,Lab,Value1,Value2其中AREA为拟施加约束的面号，也可为ALL或元件名，其余同DL命令中的参数。该命令对面上的所有节点施加自由度约束。列表和删除面上自由度约束的命令分别为：列表：DALIST,AREA删除：DADELE,AREA,Lab5.约束转换命令仅转换约束自由度命令：DTRAN边界条件和荷载转换命令：SBCTRAN这两命令将几何模型施加的约束和荷载转换到有限元模型上。也可不执行这两个命令而在求解时由系统自动转换。6.自由度约束的冲突对于DK、DL和DA命令施加的自由度约束参数可能会发生冲突，例如：DL指定会与相邻线（有公共关键点）上的DL指定冲突；DL指定会与任一关键点上的DK指定冲突；DA指定会与相邻面（有公共关键点和公共线）上的DA指定冲突；DA指定会与任一线上的DL指定冲突；DA指定会与任一关键点上的DK指定冲突。按下列顺序将施加到几何模型上的自由度约束转换到有限元模型上：①按面号增加的顺序，将DA的自由度约束转换到面上的所有节点；②按面号增加的顺序，将DA约束的SYMM和ASYM转换到面上的所有节点；③按线号增加的顺序，将DL自由度约束转换到线上的所有节点；④按线号增加的顺序，将DL的SYMM和ASYM约束转换到线上的所有节点；⑤将DK自由度约束转换到关键点上的所有节点。所以，对冲突的约束，DK命令改写DL命令，DL命令改写DA命令，施加在较大编号图素上的约束改写较低编号上的约束。这种冲突的处理与命令执行的前后顺序没有关系，但当发生冲突时，系统会发出警告信息。4.1.3施加集中荷载结构分析中的集中荷载及其标识符为力FX,FY,FZ及力矩MX,MY,MZ。位置命令功能备注节点F对节点施加集中荷载在当前节点坐标系施加FLIST节点集中荷载列表查看节点集中荷载的详细信息FDELE删除节点集中荷载FSCALE比例缩放节点集中荷载仅适用于有限元模型FCUM累加节点集中荷载可替代、累加和忽略3种方式关键点FK对关键点施加集中荷载FKLIST关键点集中荷载列表FKDELE删除关键点集中荷载转换FTRAN将几何模型上的集中荷载传到有限元模型上仅仅转换集中荷载SBCTRAN将几何模型上的所有边界条件传到有限元模型转换自由度约束和荷载1.施加节点集中荷载命令：F,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINCNODE---节点编号，也可为ALL或元件名。Lab---集中荷载标识符，如FX,FY,FZ,MX,MY,MZ其中任一。VALUE---集中荷载值或表式边界条件的表格名称。VALUE2---集中荷载值的第二个数，如为复数输入时，VALUE为实部，而VALUE2为虚部。NEND,NINC---节点编号范围和编号增量。节点集中荷载列表：FLIST删除节点集中荷载：FDELE2.施加关键点集中荷载命令：FK,KPOI,Lab,VALUE,VALUE2其中KPOI为关键点号，也可取ALL或元件名。其余参数同F命令。FKLIST命令和FKDELE命令。转换命令FTRAN仅将集中荷载转换到有限元模型的节点上。★不管在何种模型上施加集中荷载，都与节点坐标系相关。★如果尚没有生成有限元模型，因无节点存在，对节点坐标系操作无效，所施加的荷载仅与总体坐标系相关。★如果几何模型和有限元模型同时存在，则节点坐标系的设置就有效。不管是在何时何模型上施加的荷载，如果节点坐标系重新设置了，则荷载也跟着一并改变。所以在改变节点坐标系时应慎重，以避免出现错误。finish$/clear$/prep7et,1,beam4!定义单元类型k,1$k,2,5$k,3,10!创建3个关键点l,1,2$l,2,3!创建2条线local,12,0,,,,90!设置12号局部坐标系，其X12轴与总体直角坐标系的Y轴相同，!而其Y12轴与总体坐标系的X轴平行，但方向相反。nrotat,all!此时对节点坐标系的操作无效dk,1,all!关键点1自由度全部约束fk,2,fy,-1000!在当前节点坐标系（与总体坐标系相同）于关键点2施加FY=-1000!其力的作用方向与总体直角坐标系的Y轴平行。esize,1$lmesh,all!划分网格，生成有限元模型nrotat,all!设置所有节点的节点坐标系与当前激活坐标系相同（12号坐标系）LPLOT!关键点2上的FY=-1000方向与Y12轴平行，而与总体坐!标系的X轴平行了（节点坐标系改变了，荷载跟着改变）fk,3,fy,1000!在关键点3施加FY=1000，方向与Y12轴平行f,6,fx,-1000!在节点6施加FX=-1000，其方向与X12轴平行sbctran!转换所有边界条件到有限元模型EPLOT!显示单元与边界条件4.1.4施加面荷载结构分析中的面荷载为压力，其标识符为PRES。虽然线分布荷载和面分布荷载都称为压力，但对不同的单元类型，其荷载单位不尽不同。对于2D面单元，无论面荷载施加在单元边或边界线（LINE），其荷载单位都是“力/面积”。对于SHELL单元，