ansys140培训系统手册第13-15章

加载&求解第13章January30,2006加载&求解概述•迄今为止,我们已经知道了如何施加以下类型的载荷:–位移(DOF约束)–压力和对流载荷(表面载荷)–重力(惯性载荷)–“结构”温度(体载荷)这些载荷占了五种载荷类型中的4种。在这一章中，我们将讲述剩下的一种载荷—集中载荷,比如应力分析中的节点载荷。January30,2006加载&求解…概述•在这一章中我们将就以下问题进行讨论:A.集中载荷B.节点坐标C.求解器D.多重载荷步E.练习January30,2006加载&求解A.力载荷•一个力就是可以在一个节点或关键点处施加的集中载荷(也可以叫“点载荷”)•和力一样，点载荷适合于线状模型，如梁，桁架，弹簧等。在实体单元或壳单元中,点载荷往往引起应力奇异，但当您忽略了附近的应力时，它仍然是可接受的。记住，您可以通过选择来忽略附近施加了点载荷的单元。January30,2006加载&求解...力载荷•在左下角展示的二维实体单元中，我们注意到在加力位置出现最大应力SMAX(23,854)。当在力附近的节点和单元不被选中时，SMAX(12,755)就会移到底部角点处，这是由于在该角点处约束引起的另一处应力奇异。January30,2006加载&求解...力载荷通过不选底部角点附近的节点和单元，您就可以在上孔附近得到预期的应力SMAX(8,098)。January30,2006加载&求解...力载荷注意，对于轴对称模型:•在全部360°范围内输入力的值。•同样在全部360°范围内输出力的值(反力)。•例如,设想一个半径为r的圆柱形壳体边缘施加有Plb/in的载荷。把这个载荷施加在二维轴对称壳体模形上(比如SHELL51单元),您就要施加一2prP的力。rPlb/in2prPlbJanuary30,2006加载&求解...力载荷•施加一个力需要有以下信息:–节点号(您可以通过拾取确定)–力的大小(单位应与您正在使用的单位系统保持一致)–力的方向—FX,FY,或FZ使用:–Solution-Loads-ApplyForce/Moment–或命令FK或F•问题:在哪一个坐标系中FX,FY,和FZ有说明？January30,2006加载&求解B.节点坐标系•所有的力，位移，和其它与方向有关的节点量都可以在节点坐标中说明。–输入量:•力和力矩FX,FY,FZ,MX,MY,MZ•位移约束UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ•耦合和约束方程•其它–输出量:•计算出的位移UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ•反力FX,FY,FZ,MX,MY,MZ•其它January30,2006加载&求解...节点坐标系•节点坐标系和模型中的每个节点有关。•缺省时,节点坐标系与总体笛卡尔坐标系一致，例如，所有施加的力和位移约束缺省时都是在笛卡尔坐标中。XYXnYnXnYnXnYnXnYnJanuary30,2006加载&求解...节点坐标系•必要时，您可以转换节点坐标的方向。例如:–模拟一个斜的滚动支座。–施加径向力.–施加径向约束(比如模拟一个承受径向压力的刚性销)。January30,2006加载&求解...节点坐标系•旋转节点坐标分为四步:1.选择需要旋转的节点。2.激活要旋转的节点所在的坐标系(或者生成一个局部坐标系)例如：CSYS,1。3.选择PreprocessorModelingMove/Modify-RotateNodeCS-ToActiveCS,然后在拾取器中按[PickAll]或者使用NROTAT,ALL命令。4.激活所有节点。•注意:在反对称边界条件下施加对称约束时，ANSYS自动旋转边界上的所有节点。January30,2006加载&求解...节点坐标系•演示:–恢复rib.db文件。–把工作平面移至底圆圆心处(使用关键点的中间位置)。–在工作平面上激活柱坐标系（或建立一个局部坐标系）。–选择半径在r=0.35上的点并画出它们。–在当前激活的坐标系中旋转所有被选择节点的坐标系。–在所有选择的节点上施加一个UX位移约束(或者施加一个FX的力)。注意极径方向。–激活笛卡尔坐标系(CSYS,0)。–在当前激活的坐标系中旋转所有选择节点的坐标系。–重新画出节点，注意新载荷的方向。January30,2006加载&求解C.求解器•求解器的功能是求解代表结构未知自由度个数的线性联立方程。•求解的速度主要取决于模型的大小和您计算机的速度，所用时间可以是几秒，也可以是几小时。•只有一个载荷步的线性静态分析只需一次求解，而非线性或瞬态分析可能需要几十次，几百次甚至几千次求解。因此，选择求解器的类型是很重要的。January30,2006加载&求解...求解器•ANSYS中可用的求解器可以分为三类:–直接消去求解器•波前求解器•稀疏矩阵求解器(缺省)–迭代求解器•PCG(预制条件共轭梯度求解器)•ICCG(不完全乔利斯基共轭梯度求解器)•JCG(雅可比共轭梯度求解器)–并行求解器(需要特殊的授权文件)•AMG(AlgebraicMultigrid)•DDS(分布区域求解器)January30,2006加载&求解...求解器•直接消去求解器求解以下内容:1.计算单元刚度矩阵。2.读取第一个单元的自由度。3.删除所有已知自由度或通过其它自由度可以表示的自由度，然后把方程写入.tri文件。保留的自由度构成波前。4.对所有单元重复2，3步骤直到所有的自由度都被消去。现在的.tri就包含了一个三角化的矩阵。5.回代求解自由度，然后使用单元矩阵计算单元解。计算单元矩阵组集并三角化总体矩阵回代求解.ematfile.trifileresultsfileJanuary30,2006加载&求解...求解器•由于自由度仍不能被排除，所以波前是对角化过程中保留在求解器中的自由度数。它随着求解的进行增大或缩小，当最后自由度消去完成后，波前数变为零。•波前直接影响到计算的速度：值越大，速度越慢。•重新进行单元编号—为求解器选择一个合适的单元编号顺序—可以减小波前数。ANSYS在一开始就自动对单元重新编号。January30,2006加载&求解...求解器•迭代求解器通过以下步骤求解:1.计算单元刚度矩阵。2.组集总体刚度矩阵。3.开始时把所有自由度的值设为零，然后一直迭代到收敛(基于输入的残余力的容许值)。4.用单元刚度矩阵计算单元解。•在ANSYS中迭代求解器和PCG,JCG,ICCG的主要区别是所使用的预条件控制不同。计算单元矩阵组集总体矩阵迭代求解.emat文件.full文件结果文件January30,2006加载&求解...求解器求解器何时使用模型大小(DOFs)内存使用硬盘使用Frontal但要求适应性好时(非线性分析)或当内存有限时50k低高Sparse当要求适应性和求解速度时(非线性分析);对线性分析当迭代求解器求解器难于收敛时(尤其是对病态矩阵,诸如形状不好的单元)10k-500k(对壳及梁模型更多)中等高PCG当求解速度至关重要时(大模型的线性分析,尤其是实体单元)50k-1000k+高低ICCG当多物理场应用求解速度至关重要时。当其他迭代求解器收敛困难(近乎不定矩阵)50k-1000k+高低JCG当单物理场问题求解速度至关重要时(热、电磁、声学及多物理场)50k-1000k+中等低January30,2006加载&求解...求解器–并行求解器(需特殊授权)•AMG(代数多极运算)–迭代求解器可以在单处理器或多处理器环境下使用。•DDS(DistributedDomainSolver)–把大模型分解为小的域，然后把这些小的域送到多处理器中处理。January30,2006加载&求解...求解器•选择求解器:–Solution-AnalysisType-Sol’nControl,然后选择Sol’nOptions标号–或者使用EQSLV命令缺省是“程序选择”求解器[eqslv,-1],它常常是稀疏矩阵直接求解器。January30,2006加载&求解D.多载荷步求解•到现在为止,我们已经学会了如何在一组载荷条件下求解，例如，单载荷步求解。–输入或生成模型–网格划分–施加载荷–求解(单载荷步)–观察结果January30,2006加载&求解…多载荷步求解•如果您是在多组载荷条件下求解，可以选择下面两种方法中的一种:–把所有载荷放在一起求解–或者分别施加载荷作为多组载荷求解。January30,2006加载&求解…多载荷步求解•单载荷步可定义为下列载荷条件之一•当使用多载荷步时，可以:–“隔离”结构的响应到每一种载荷条件–在后处理中以任何方式合并这些响应，可以研究不同的设想(这称为载荷工况组合，只对线性分析有效。在14章中论述)•两种定义及求解多载荷步的方式:–多次求解–载荷步文件方法January30,2006加载&求解…多重载荷求解步骤多次求解方法•单载荷步求解的扩展,不离开求解器的情况下顺序求解每一个载荷步•最适于批处理模式•当用于交互模式时，这个方法只适于能快速求解的模型–输入或创建模型–划分网格–施加载荷–求解(载荷步1)–施加不同的载荷–求解(载荷步2)–施加不同的载荷–求解(载荷步3)–等等。–查看结果January30,2006加载&求解…多重载荷求解步骤载荷步文件方法•这种情况，不是直接求解每个载荷步，而是先写载荷步信息到一个文件，称为载荷步文件:–Solution-LoadStepOpts-WriteLSFile–或使用LSWRITE命令•载荷步文件命名为jobname.s01,.s02,.s03,等等•在所有载荷步写出后，可以只用一个命令—LSSOLVE或Solution-Solve-FromLSFiles—顺序读入每个载荷步文件并求解。–输入或创建模型–划分网格–施加载荷–写到LS文件(.s01)–施加不同的载荷–写到LS文件(.s02)–施加不同的载荷–写到LS文件(.s03)–等等–从LS文件求解–查看结果January30,2006加载&求解…多重载荷求解步骤•载荷步文件方法的优点在于可以交互建立所有载荷步，然后在离开计算机时求解它，甚至对大模型也可如此。•注意:载荷步文件中的加载荷命令总是施加到节点和单元上的，尽管可以在实体模型上施加载荷，写载荷步文件时将首先将它们转换到有限元模型上，再写入载荷步文件中。January30,2006加载&求解…多重载荷求解步骤•这两种方法:–施加在前一个载荷步的载荷将保留在数据库中直到删除为止。所以要确保删除不是当前载荷步的载荷。–每一载荷步的结果附加到结果文件中去，并标识为载荷步1，载荷步2等等。–在后处理中，首先读入希望的结果集，然后查看。–数据库中包含求解的最后一个载荷步的载荷及结果。January30,2006加载&求解…多重载荷求解步骤•演示:–恢复rib.db文件–将左边线的UX约束并约束底边线的UY–给上边线施加压力=100–写载荷步文件1,然后列表并显示有限元载荷命令–对右边线施加渐变的从50到100的压力–删除上边压力载荷–写载荷步文件2–求解载荷步1和2：LSSOLVE,1,2–分别查看每一载荷步的结果January30,2006加载&求解E.练习•这个练习分为三部分:W11A.3-DBracketW11B.ConnectingRodW11C.Wheel查看您的练习册获得指导。后处理第14章January30,2006后处理概述•在通用后处理器(POST1)中,有多种方法查看结果,有些方法前面已经述及•在这一章中,我们将探索另外的两种方法—拾取查询和路径操作—还要为您介绍结果转换,误差估计和载荷工况组合的概念.•我们也将介绍两种提高效率的工具:–结果查阅器–报告生成器•内容包括:A.拾取查询E.载荷工况组合B.结果坐标系F.结果查阅器C.路径操作G.报告生成器D.误差估计H.专题January30,2006后处理A.查询拾取•查询拾取允许在模型上“探测”任意位置的应力，位移或其它的结果量。•还可以很快地为查询量的最大值和最小值定位。•仅