ANSYS求解过程中的载荷、约束与边界条件的设定

1.施加显式分析的载荷一般的加载步骤如下：（1）将模型中受载的部分定义为组元或PART（用于刚体的加载）；（2）定义包含时间和对应荷载数值的数组参数并赋值；（3）通过上述数组定义荷载时间历程曲线；（4）选择施加荷载的坐标系统（默认为在总体直角坐标系）；（5）将荷载施加到结构模型特定受载的部分上。在ANSYS/LS-DYNA中，定义或分析显式分析载荷的GUI操作菜单路径为：MainMenuPreprocessorLS-DYNAOptionsLoadingOptionsSpecifyLoadsMainMenuSolutionLoadingOptionsSpecifyLoads通过上述菜单调出如图1所示的加载对话框，在其中依次输入相应的参数，同样可以完成载荷的施加过程。图1施加显式分析的载荷注意：在ANSYS/LS-DYNA中，上述方式定义的载荷是在一个载荷步施加的，即直接施加随着时间变化的各种动力作用到结构的受载部分。不要与ANSYS隐式结构分析中多个载荷步加载的概念相混淆。施加了显式分析载荷之后，可以通过操作显示或隐藏载荷标志，其GUI菜单操作路径为：MainMenuPreprocessorLS-DYNAOptionsLoadingOptionsShowForces2.施加初始条件在瞬态动力问题中，经常需要定义结构系统的初始状态，如初始速度等。在ANSYS/LS-DYNA程序中，菜单路径为：MainMenuPreprocessorLS-DYNAOptionsInitialVelocityOnNodes/PARTsMainMenuSolutionInitialVelocityOnNodes/PARTs图2施加于PART上初始速度3.施加边界条件在ANSYS/LS-DYNA中，可以定义如下一些类型的边界条件：★固定边界条件其菜单操作路径为：MainMenuPreprocessorLS-DYNAOptionsConstraintsApplyOnNodesMainMenuSolutionConstraintsApplyOnNodes在图形窗口中单击需要约束的节点，然后，在弹出的如图3所示的对话框中进行施加零约束的操作。★滑移或循环对称边界当模拟滑移或循环对称的几何对象时，只需建立很小的一个对称部分，这时就需要定义滑移对称边界。在ANSYS／LS-DYNA中，通过EDBOUND命令来施加这种边界，可以用节点组元确定边界或方向矢量来定义法向或方向（滑移对称）或转轴（循环对称）。EDBOUND命令的一般格式为：EDBOUND，Option，Lab，Cname，XC，YC，ZC，Cname2，COPTOption可以为ADD（定义）、DELE（删除）、LIST（列表显示）等选项。Lab域可以为SLIDE（滑移对称）或CYCL（循环对称）两个选项。Cname为要定义此边界条件的节点组元名称。XC，YC，ZC为一组点的坐标，从原点指向该点的向量，用来定义滑移对称面的法向或循环对称边界的转轴方向。Cname2为要定义循环对称边界（CYCL）的第二个节点组元，仅在CYCL选项时才使用，如图3-4所示。图3循环对称边界示意图COPT为滑移对称边界条件的参数，0表示节点在法向平面内运动，1表示节点仅在向量方向移动。本参数仅在SLIDE选项时才使用。★无反射边界条件模拟地球动力学系统时，经常要用一个有限域来表示地下空间或大块岩体。对这类问题，为避免边界处波的反射对求解域的影响，可以对有限域表面施加元反射边界条件来模拟无限大空间。无反射边界条件通过边界表面节点组元施加，可选择膨胀和剪切波被吸收等选项，其命令格式如下：EDNB，Option，Cname，AD，ASOption可以为ADD（定义）、DELE（删除）、LIST（列表显示）等选项。Cname域表示要定义无反射边界的节点组元。AD为膨胀波的吸收选项，1表示在边界被吸收。AS为剪切波的吸收选项，1表示在边界被吸收。注意：在ANSYS／LS-DYNA程序中，无反射边界只能施加到实体单元SOLID164和SOLID168的表面。例：向一个名为GROUD的节点组元施加无反射边界条件，使纵波和横波在此节点组元的边界上都被吸收：EDNB，ADD，GROUD，1，14.施加约束条件在ANSYS/LS-DYNA中，程序可以定义如下一些约束条件：★EDCNSTR命令定义的特殊约束在ANSYS/LS-DYNA中，可以通过EDCNSTR命令模拟各种特殊的约束，如向刚体附加节点、节点刚性体、薄壳边界到实体以及铆接等。EDCNSTR命令的一般格式为：EDCNSTR，Option，Ctype，Comp1，Comp2，VAl1Option域可为ADD（定义）、DELE（删除）、LIST（列表）等选项。Ctype域为约束类型选项：ENS——向已有刚体（通过EDMP定义的）上附加节点；NRB——节点刚性体（模拟节点处的刚性连接）；STS——薄壳边界到实体；RIVET——无质量铆接。Comp1域为一个已有的刚体部件号。Comp2域为要与Comp1刚体部件连接的节点组元名称。VAL1域为由EDLCS预先定义的坐标系。NRB选项定义的刚性体是定义于节点组元之上，实际定义的是不同可变形（柔性）组元之间的一种刚性连接（理解为节点刚性体），因此这种节点刚性体并不是一般意义的刚体，它并不像一般刚体那样有部件号，而是只与节点组元有关。STS选项定义薄壳单元区域与结构的实体部分之间的固连，可以将一个单独的壳节点与最多9个实体节点相连接。RIVET选项定义两个节点之间的无质量刚性约束，两节点间的距离将在分析过程中保持不变。EDCNSTR命令的GUI路径为：MainMenuPreprocessorLS-DYNAOptionsConstraintsApplyAdditionalNodalMainMenuSolutionConstraintsApplyAdditionalNodal★点焊接约束结构系统部件之间的焊接是一种很普遍的连接方式。在ANSYS/LS-DYNA中通过EDWELD命令来模拟部件之间的焊接约束，可以为没有质量的焊点，也可以为一般的焊接。EDWELD命令的一般格式为：EDWELD，Option，NWELD，N1，N2，SN，SS，EXPN，EXPS，EPSF，TFAIL，NSW，CIDOption域为ADD（定义）、DELE（删除）、LIST（列表）等操作类型选项。NWELD域为焊接点或一般焊接的参考号。N1和N2可以为元质量焊点连接的两个节点参考号，对于一般的焊接，N1为要定义焊接的节点组元，N2可不填。SN为点焊的法向破坏应力。SS为点焊的切向破坏应力。EXPN和EXPS为点焊的失效准则中法向力和切向力的指数。于是，点焊的失效准则可以表述为：1|)/(||)/(|≥+EXPSSEXPNNSNfSNf以下的各参数仅对于一般焊接有效：EPSF域为一般焊接发生延性破坏时有效塑性应变（仅对一般焊接适用）。TFAIL域为一般焊接约束的失效时间，默认设置为１.０E20。NSW域为一般焊接约束所包含的焊点数目。CID域为输出数据使用的坐标系（必须是通过EDLCS命令预先定义的坐标系）。EDCNSTR命令的GUI路径为：MainMenuPreprocessorLS-DYNAOptionsSpotweldMasslessSpotwldMainMenuPreprocessorLS-DYNAOptionsSpotweldGenrlizdSpotwld★平动自由度之间的耦合与约束方程在ANSYS/LS-DYNA中，可以通过CP系列命令在结构的不同自由度之间定义、修改、删除、列表显示耦合关系，也可通过CE系列命令在结构的不同自由度之间定义、修改、删除、列出约束方程。但是必须注意的是，以上自由度之间的耦合或约束方程的定义仅适用于节点的平动（线位移）自由度（即UX，UY，UZ），不允许在旋转的自由度之间使用，否则将会导致非物理响应。CP和CE命令的一般格式请参考关于ANSYS结构分析或一般操作过程方面的书籍或使用手册，这里不展开叙述。