模具载荷考虑(1)

September30,1998B-57IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)模具载荷考虑•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。September30,1998B-58IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)载荷分类载荷包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以下几类：定义•自由度约束•集中载荷•面载荷•体载荷•惯性载荷September30,1998B-59IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)自由度约束自由度约束就是给某个自由度(DOF)指定一已知数值(值不一定是零)。定义September30,1998B-60IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)自由度约束(续)•结构分析中的固定位移(零或者非零值)。大多数自由度约束用作：–对称性边界条件或者称作“built-in”边界条件–指定刚体位移。•热分析中的指定温度。举例September30,1998B-61IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)自由度约束(续)对称性或反对称边界条件可以添加到线、面或平面的节点上。(它们中的每一个最后成为各个节点上的一组约束。)在大多数情况下，ANSYS将自动确定约束的方向。固定位移约束举例:对称边界条件的添加September30,1998B-62IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)自由度约束(续)固定位移约束举例:刚体位移约束1stpointpinned-3translationalconstraints2ndpointconstrainedinbothdirectionsnormaltolinebetween1st&2ndconstrainedpoints3rdpointconstrainednormaltoplanepassingthroughall3constrainedpoints该方块上下面受压。它需要仔细选择6个平移自由度，并约束它们的刚体运动，但不能引起附加扭曲应力。September30,1998B-63IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)集中载荷集中载荷就是作用在模型的一个点上的载荷。定义September30,1998B-64IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)集中载荷(续)•结构分析中的力和弯矩。•热分析中热流率。•集中载荷可以添加到节点和关键点上。(添加到关键点上的力将自动转化到相连的应节点上。)举例September30,1998B-65IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)集中载荷(续)•集中载荷通常是向由梁(beam)、杆(spars)和弹簧(springs)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(shells)、平面单元(XYplaneelements)或者三维实体单元(3-Dsolids)等组成连续性模型，集中载荷意味存在应力奇异点。–你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模型上。–如果你不关心(集中载荷作用)节点处的应力，这样做是可以接受的。对于结构分析而言September30,1998B-66IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)面载荷面载荷就是作用在单元表面上的分布载荷。定义September30,1998B-67IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)面载荷(续)•结构分析中的压力。•热分析中的对流和热流密度。•面载荷可以添加到线或面上(实体模型上的实体)、以及节点或单元上。•作用在线或面上的面载荷最终会传到面内各个单元上。举例September30,1998B-68IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)面载荷(续)在块顶面上施加均布压力September30,1998B-69IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)面载荷(续)变化面载荷情形梯度在面载荷中可能会使用到。你可以给一按线性变化的面载荷指定一个梯度，例如水工结构在深度方向上受到静水压。September30,1998B-70IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)面载荷(续)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面效应单元上，这些单元的作用是将载荷传递到模型的其它单元：•结构实体单元的切向(或其它方向)压力。•实体热单元的辐射描述。September30,1998B-71IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)体载荷体载荷是分布于整个体内或场内的载荷。定义September30,1998B-72IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)体载荷(续)•结构分析中的温度载荷。•热分析中生热率。•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。(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。)举例September30,1998B-73IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)体载荷(续)体载荷分布复杂情形体载荷分布一般都很复杂，必须通过其它分析才能得到，例如通过热应力分析获得温度分布。在某些情况下，体载荷是由当前分析结果决定，这就需要进行耦合场分析。结构分析模型上温度分布September30,1998B-74IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)惯性载荷惯性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，加速度，以及角加速度。定义September30,1998B-75IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)惯性载荷(续)特点•惯性载荷只有结构分析中有。•惯性载荷是对整个结构定义的，是独立于实体模型和有限元模型的。•考虑惯性载荷就必须定义材料密度(材料特性DENS)。绕Y轴的角速度September30,1998B-76IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)添加载荷应遵循的原则•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。准则September30,1998B-77IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)添加载荷应遵循的原则(续)分析一受垂直载荷的托架。怎样才能使模型左边边界在垂直方向上不存在运动？举例:向结构添加匹配载荷September30,1998B-78IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)添加载荷应遵循的原则你可能需要约束Y方向上的一个点-但这样做会在约束点位置产生应力奇异...constrainedpointstresssingularity举例:向结构添加匹配载荷September30,1998B-79IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)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，可能会更好些，但人为阻碍“泊松效应”（即，一个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。constrainededge举例:向结构添加匹配载荷September30,1998B-80IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)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。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。举例:向结构添加匹配载荷September30,1998B-81IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)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以认为是正确的，但是你必须忽略“不合理”边界的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。更小的托架模型能更好地确定孔周围的应力。准则September30,1998B-82IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)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。•不要忘记泊松效应。•添加刚体运动约束,但不能添加过多的（其它）约束：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。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。准则XconstraintsBracket该模型边界条件合理?September30,1998B-83IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)添加载荷应遵循的原则•实际上，集中载荷是不存在的。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添加到模型上。这是一个带有切口的受拉板，如果你只关心切口区域的应力，集中载荷加载是完全可以的。准则September30,1998B-84IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)添加载荷应遵循的原则•轴对称模型具有一些独一无二的边界特性。–在360度的基础上输入集中力和输出反力，载荷大小等于整个周向力的总和。–轴对称实体结构，象实体杆件，应当约束对称轴方向上的自由度UX，限制理论上可能存在的不真实零变形。总集中力=2pr=47,124lb.准则三维结构二维模型September30,1998B-85IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)添加载荷应遵循的原则•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使正确的，但是你必须忽略“不合理”边界的附近一定区域内的应力。•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。•不要忘记泊松效应。•添加刚体运动约束,但不能添加过多的（其它）约束。•实际上，集中载荷是不存在的。•轴对称模型具有一些独一无二的边界特性。总结...准则September30,1998B-86IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)选择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-这个过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度)到几个小时或者几天(100,000-1,000,000自由度)，基本上取决于你所用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、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：波前求解器（Frontalsolver）和PCG求解器（PCGsolver）（预条件共扼梯度,或者“Power求解器”）。稀疏矩阵求解器（Sparsesolver）也可以使用，主要用于非线性问题。September30,1998B-87IntroductiontoANSYS-Release5.5(001128)波前求解器/PCG求解器下面是二者的差别对比表：CharacteristicFrontalSolverPCGSolverANSYS“status”userchoosesuserchoosesyearintroducedinANSYS19701994methodofsolutionGaussianeliminationiterativewillyougetananswer?yes,ifstiffnessmatrixisnotsingularyes,ifstiffnessmat