加载和求解—后处理

加载、求解、结果后处理本章的目标是，假如已将几何模型划分网格, 应如何加载、 求解. Module ObjectiveLesson Objectives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. 第 1 课 加 载载荷分类Objective4-1.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_ magnetic current segments) 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_magnetic Maxwell surfaces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_ magnetic current density等) 惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷 (重力、角速度等)加载Objective4-2a.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:Guidelines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FEA 模型沿线均布的压力 均布压力转化到以线为边界的 各单元上加载 (续)注意到这是 很长的菜单, 对于结构分 析，部分菜单呈暗淡灰色，表示不 属于结构分析的范畴。 (ANSYS 可 由模型中的单元类型识别分析类型) 实体模型加载:Main Menu: Solution > -Loads- Apply >步骤1. . 2. .3. . 说明: 可通过在preferences 中选择适 当的分析类型过滤菜单中的选项。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Main Menu: Solution > -Loads- Apply > Pressure > On Lines加载面力载荷拾取 Line加载 (续)VALI = 500VALI = 500 VALJ = 1000VALI = 1000 VALJ = 500500 L3500L31000 500L31000 500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）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。Total Force = 2pr = 47,124 lb.准则3-D 结构2-D 有限元模型Axis of symmetry加载 (续)在关键点加载位移约束: 加载约束载荷Main Menu: Solution > -Loads- Apply -Structural- Displacement > On Keypoints +procedure1. . 2. .3. . Expansion option 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 all DOFs = 0 和 KEXPND = yes.K6K7加载 (续)加载约束载荷（续）在线和面上加载位移约束: Main Menu: Solution > -Loads- Apply -Structural- Displacement > On Lines + OR On Areas+步骤1. . 2. .3. . 拾取 lines拾取areas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: Utility Menu: PlotCtrls > Symbols .或通过 listing列表载荷:Utility Menu: List > Loads步骤1. . 2. .3. . Objective4-2b. 校验载荷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。Procedure1. . 2. .3. . 下面将载荷转化到节点和单元上，不进行求解: Main Menu: Solution > -Loads-Operate这些选项出现的信息大致相同删除载荷Main Menu: Solution > -Loads- Delete All Load Data 选项可同时删除模型 中的任一类载荷。individual entities by picking 选项 只删除模型选定的载荷。而.Procedure1. . 2. .3. . 4-2c. 删除载荷Objective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实体模型FEA 模型l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?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.实体 模型FEA 模型l第 2 课 求 解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, or Jobname.RFL)结果文件结果数据数据库求解器结果输入数据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 热应力分析时应输入材料的热膨胀系数 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 (Preprocessor > Operate > Calc Geom Items) 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 温度场的分布和范围 热膨胀分析的参考温度 (与 ALPX 材料特性协调?)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. Main Menu: Solution > -Solve-Current LS.进行求解Objective4-3.描述求解过程Procedure1. . 2. .3. . 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。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。第 3 课 结果后处理结果的绘图和列表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。在这一课只讨论通用后处理器Objective4-4.介绍ANSYS后处理功能结果的绘图和列表(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GuidelinesObjective4-5.介绍静力分析结果后处理的五个步骤绘变形图绘出结构在静力作用下的变形结果: Main Menu: General Postprocessor > Plot Results > Deformed Shape.变形动画以动画方式模拟结构在静力作用下的变形过程: Utility Menu: PlotCtrls > Animate > Deformed Shape.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: Main Menu: General Postprocessor > List Results > Reaction Solution.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 : Main Menu: General Postprocessor > Plot Results > -Contour Plot- Nodal Solution.应力等值线动画结果动画 : Utility Menu: PlotCtrls > Animate > Deformed Results