ANSYS应用4

第四章加载、求解、结果后处理ANSYS与有限元法本章的目标是，假如已将几何模型划分网格,应如何加载、求解。目标第1课.载荷4-1.列表和分类载荷。4-2.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4-3.描述求解过程.第3课.结果后处理4-4.描述ANSYS后处理中观看结果的各种功能.4-5.描述静力分析结果后处理的五个步骤.ANSYS与有限元法第1课加载ANSYS与有限元法载荷分类4-1.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_magneticcurrentsegments)•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_magneticMaxwellsurfaces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_magneticcurrentdensity等)•惯性载荷-结构质量或惯性引起的载荷(重力、角速度等)ANSYS与有限元法加载4-2a.加载.可在实体模型或FEA模型(节点和单元)上加载。在关键点处约束实体模型沿线均布的压力在关键点加集中力在节点处约束FEA模型沿单元边界均布的压力在节点加集中力ANSYS与有限元法加载(续)几何模型加载独立于有限元网格。重新划分网格或局部网格修改不影响载荷。加载的操作更加容易，尤其是在图形中直接拾取时。直接在实体模型加载的优点:ANSYS与有限元法加载(续)无论采取何种加载方式，ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型。因此，加载到实体的载荷将自动转化到其所属的节点或单元上。实体模型加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上沿线均布的压力均布压力转化到以线为边界的各单元上ANSYS与有限元法FEA模型加载(续)实体模型加载:MainMenu:Solution-DefineLoads-ApplyStructuralANSYS与有限元法加载(续)输入一个压力值即为均布载荷，两个数值定义坡度压力说明：压力数值为正表示其方向指向表面MainMenu:SolutionDefineLoadsApplyStructuralPressureOnLines加载面力载荷ANSYS与有限元法加载(续)VALI=500VALI=500VALJ=1000VALI=1000VALJ=500500L3500L31000500L31000500坡度压力载荷沿起始关键点(I)线性变化到第二个关键点(J)。如果加载后坡度的方向相反，将两个压力数值颠倒即可。加载面力载荷（续）ANSYS与有限元法加载(续)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10”直径5”半径轴对称模型3-D结构对称轴ANSYS与有限元法加载(续)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。TotalForce=2pr×1500=47,124lb3-D结构2-D有限元模型AxisofsymmetryANSYS与有限元法加载(续)在关键点加载位移约束:加载约束载荷MainMenu:SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnKeypointsExpansionoption可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上拾取keypoints例要固定一边，只要拾取关键点6、7,并设置allDOFs=0和KEXPND=yes.K6K7ANSYS与有限元法加载(续)加载约束载荷（续）在线和面上加载位移约束:MainMenu:SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnLinesOROnAreasANSYS与有限元法校验载荷实体模型载荷显示在几何模型上(体、面、线或关键点)有限元模型载荷在画节点或单元时显示通过plotting画出载荷:UtilityMenu:PlotCtrlsSymbols...或通过listing列表载荷:UtilityMenu:ListLoads4-2b.校验载荷ANSYS与有限元法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:MainMenu:SolutionDefineLoadsOperateTransfertoFE这些选项出现的信息大致相同ANSYS与有限元法删除载荷MainMenu:Solution-Loads-DeleteAllLoadData选项可同时删除模型中的任一类载荷。4-2c.删除载荷ANSYS与有限元法删除载荷（续）当删除实体模型时，ANSYS将自动删除其上所有的载荷删除线上的均布压力自动删除以线为边界的各单元均布压力记住这一关系?ANSYS与有限元法实体模型FEA模型删除载荷（续）两关键点的扩展位移约束载荷例外：删除两点的约束只删除了两角点（CORNER）约束，而加载时扩展的（inside）节点约束必须手工删除.ANSYS与有限元法实体模型FEA模型第2课求解ANSYS与有限元法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,orJobname.RFL)结果文件结果数据数据库求解器结果输入数据ANSYS与有限元法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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(PreprocessorModelingOperateCalcGeomItems)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ANSYS与有限元法求解过程: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.MainMenu:Solution-Solve-CurrentLS进行求解4-3.描述求解过程ANSYS与有限元法进行求解(续)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。ANSYS与有限元法进行求解(续)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。ANSYS与有限元法第3课结果后处理ANSYS与有限元法结果的绘图和列表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。在这里只讨论通用后处理器4-4.介绍ANSYS后处理功能ANSYS与有限元法结果的绘图和列表(续)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4-5.介绍静力分析结果后处理的五个步骤ANSYS与有限元法绘变形图绘出结构在静力作用下的变形结果:•MainMenu:GeneralPostprocessorPlotResultsDeformedShapeANSYS与有限元法变形动画以动画方式模拟结构在静力作用下的变形过程:UtilityMenu:PlotCtrlsAnimateDeformedShape...ANSYS与有限元法支反力在任一方向，支反力总和必等于在此方向的载荷总和。节点反力列表:MainMenu:GeneralPostprocessorListResultsReactionSolutionANSYS与有限元法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：MainMenu:GeneralPostprocessorPlotResultsContourPlotNodalSoluANSYS与有限元法应力等值线动画结果动画:UtilityMenu:PlotCtrlsAnimateDeformedResultsANSYS与有限元法关于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）。PowerGraphics打开(缺省)PowerGraphics关闭ANSYS与有限元法检查网格精度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（Visualinspection）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。ANSYS与有限元法观察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。）AveragedstresscontoursUnaveragedstresscontoursANSYS与有限元法误差估计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)ANSYS与有限元法–激活误差估计–GeneralPostprocOptionsforOutp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”（nodalsolution）画出的是在节点处导出量的平均值，而“单元结果”（elementsolution）画出非平均量。在同一个节点处，相临单元计算出的结果不同。ANSYS与有限元法应力平均(续)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。)非平均单元应力显示不连续的应力平均的节点应力显示