ANSYS结构分析指南结构线性静力分析(精品).doc

ANSYS结构分析指南 第二章  结构线性静力分析2.1  静力分析的定义       静力分析计算在固定不变载荷作用下结构的响应，它不考虑惯性和阻尼影响--如结构受随时间变化载荷作用的情况可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力)，以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷(如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)的作用      静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢静力分析所施加的载荷包括：      外部施加的作用力和压力      稳态的惯性力(如重力和离心力)      强迫位移      温度载荷(对于温度应变)      能流(对于核能膨胀)      关于载荷，还可参见§2.3.4    2.2  线性静力分析与非线性静力分析      静力分析既可以是线性的也可以是非线性的非线性静力分析包括所有类型的非线性：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触(间隙)单元、超弹性单元等本章主要讨论线性静力分析对非线性静力分析只作简单介绍，其详细论述见《ANSYS Structural Analysis Guide》§8。

    2.3  静力分析的求解步骤    2.3.1  建模      首先用户应指定作业名和分析标题，然后通过 PREP7 前处理程序定义单元类型、实常数、材料特性、模型的几何元素这些步骤是大多数分析类型共同的，并已在《ANSYS Basic Analysis Guide》§1.2 论述有关建模的进一步论述，见《ANSYS Modeling and Meshing Guide》    2.3.1.1  注意事项      在进行静力分析时，要注意如下内容：           1、可以采用线性或非线性结构单元           2、材料特性可以是线性或非线性，各向同性或正交各向异性，常数或与温度相关的：      必须按某种形式定义刚度(如弹性模量 EX，超弹性系数等)      对于惯性载荷(如重力等)，必须定义质量计算所需的数据，如密度DENS      对于温度载荷，必须定义热膨胀系数 ALPX           3、对于网格密度，要注意：      应力或应变急剧变化的区域(通常是用户感兴趣的区域)，需要比应力或应变近乎常数的区域较密的网格：      在考虑非线性的影响时，要用足够的网格来得到非线性效应。

如塑性分析需要相当的积分点密度，因而在高塑性变形梯度区需要较密的网格    2.3.2  设置求解控制    设置求解控制包括定义分析类型、设置一般分析选项、指定载荷步选项等当进行结构静力分析时，可以通过“求解控制对话框”来设置这些选项该对话框对于大多数结构静力分析都已设置有合适的缺省值，用户只需作很少的设置就可以了我们推荐采用该对话框进行设置    如用户不喜欢采用求解控制对话框，则可应用 ANSYS 的标准求解命令集和相应的菜单(Main Menu>Solution>Unabridged Menu>option)来设置求解控制选项关于求解控制对话框的总体情况，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§3.11    2.3.2.1  进入求解控制对话框      用户可通过选择(Main Menu>Solution> -Analysis Type- Sol‘n Control)进入求解控制对话框下面诸小节简要论述该对话框中各标签的选项关于如何设置这些选项，可在按该标签的 Help 按钮进入帮助系统，得到详细介绍    2.3.2.2　Basic标签    在求解控制对话框中共有五个标签，这些标签按从基本到高级的顺序排列。

根据这种排列方式，可使求解设置较为平顺在进入求解控制对话框时，缺省激活的是Basic标签    Basic标签中的设置，提供了分析中所需的最少数据一旦在Basic标签中的设置满足以后，就不需要设置其他标签中的选项，除非因为要进行高级控制而修改其他缺省设置按 OK 按钮以后，设置存储到ANSYS数据库，并关闭对话框    用户可以在Basic标签中设置的选项如 表2-1 所示有关详细说明见该标签的Help帮助系统表2-1选项详细信息指定分析类型[ANTYPE,NLGEOM]《ANSYSBasicAnalysisGuide》§1.2.6.1《ANSYSStructuralAnalysisGuide》§8《ANSYSBasicAnalysisGuide》§3.16控制时间设置，包括载荷步结束的时间[TIME],自动时间步[AUTOTS],在一个载荷步中的子步数[NSUBST或[DELTIM]《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.4《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.7.1设置写到数据库中的结果数据[OUTRES]《ANSYSBasicAnalysisGuide》§2.7.4    在静力分析中需要特别注意的选项主要有：      在设置 ANTYPE 和 NLGEOM 时，如进行一个新的分析并忽略大变形效应(如大挠度、大转角、大应变)时，请选择“Small Displacement Static”项。

如预期有大挠度(如弯曲的长细杆)或大应变(如金属成形问题)，则选择“Large Displacement Static”如想重启动一个失败的非线性分析，或者用户已进行了完整的静力分析，而想指定其他载荷，则选择“Restart Current Analysis”项      在设置 TIME 时，记住这个载荷步选项指定该载荷步结束的时间，缺省值为1对于后续的载荷步，缺省为1加上前一个载荷步指定的时间虽然在静力分析(除蠕变、粘塑性或其他率相关材料行为外)中，时间没有物理意义，但可以用于追踪时间步和子步，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§2      在设置OUTRES时，请记住：缺省时只有1,000个结果集记录到结果文件(Jobname.RST)中，如果超过这一数目(基于用户的 OUTRES 设置)，程序将出错停机可以通过 /CONFIG,NRES 命令来增大这一限值，见《ANSYS Basic Analysis Guide》§202.3.2.3　Transient标签    Transient 标签设置瞬态分析控制，只有在 Basic 标签中选择了瞬态分析时才能激活这一标签，如果在 Basic 标签中选择了静态分析，则这一标签不能设置。

所以在这里暂不讨论    2.3.2.4　Sol‘n Options标签    Sol‘n Options 标签用于设置 表2-2 所列的选项详细说明可从Help按钮进入帮助系统而得到表2-2选项参见《ANSYSBasicAnalysisGuide》指定方程求解器[EQSLV]§3.2～§3.10对于多重启动指定参数[RESCONTROL]§3.16.2        在静力分析中设置 EQSLV 时，选择下列求解器之一：      程序选择求解器(ANSYS 将根据问题的领域自动选择一个求解器)；      稀疏矩阵求解器(对线性和非线性、静力和完全瞬态分析，为缺省项)；      PCG求解器(对于大模型/高波前，巨形结构推荐使用)；      AMG的求解器(其应用与PCG求解器相同，但提供并行算法；在用于多处理器环境时，转向更快)；      DDS求解器，通过网络在多处理器系统中提供并行算法；      迭代求解器(自动选择；只适用于线性静力/完全瞬态结构分析，或稳态温度分析；推荐)；      波前直接求解器         注意--AMG 和 DDS 求解器，是ANSYS并行算法的一部分，需要单独购买。

见《ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide》§9    2.3.2.5　Nonlinear标签    Nonlinear 标签用于设置 表2-3 所列的选项详细内容可通过Help按钮进入帮助系统表2-3选项参见《ANSYSStructuralAnalysisGuide》激活线性搜索[LNSRCH]§8.5.2.8.5§8.10.2.3激活DOF解的预测[PRED]§8.5.2.8.4指定每个子步的最大迭代次数[NEQIT]§8.5.2.8.3指明是否包括蠕变计算[RATE]§8.3.1.5§8.5.3.2.1设置收敛准则[CNVTOL]§8.5.2.8.2控制二分[CUTCONTROL]§8.5.2.8.6 2.3.2.6　Advanced NL标签    Advanced NL 标签用于设置 表2-4 所列的选项详细内容见该标签中的Help帮助系统表2-4选项参见《ANSYSStructuralAnalysisGuide》指顶分析结束准则[NCNV]§8.5.2.8.3激活和终止弧长法控制[ARCLEN,ARCTRM]§8.10.2.4     2.3.3　设置其他求解选项    本节讨论求解的其他选项的设置。

由于很少用到这些选项，并且一般都采用其缺省设置，因此这些选项没有出现在求解控制对话框中      本节中许多选项是非线性选项，将在《ANSYS Structural Analysis Guide》§8进一步讨论    2.3.3.1 应力刚度效应      一些单元，如 18X 族单元，不论 SSTIF 如何，都包括了应力刚度效应为了确定一个单元是否包括应力刚度，请见《ANSYS Element Reference Manual》说明      在缺省时，如果 NLGEOM 为 ON 的话，应力刚度效应为 ON在下面的这些特殊情况下，用户可能会关闭应力刚度效应：      应力刚度仅与非线性分析相关如果进行线性分析[NLGEOM,OFF]，则可以关闭应力刚度      在分析之前，用户知道结构不会因屈曲(分叉或跳跃屈曲)而破坏      通常，包括应力刚度效应时，可以加速非线性分析收敛请记住上面所述的各点，用户可能对一些看起来收敛困难的特殊问题，选择关闭应力刚度效应，如局部破坏      命令：SSTIF      GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options    2.3.3.2　Newton-Raphson选项      这一选项只能用于非线性分析中，它说明在求解时如何修正切线刚度矩阵。

用户可以选下列选项之一：      程序选择；      完全；      修正；      初始刚度；      完全并且非对称矩阵      命令：NROPT      GUI：Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Analysis Options    2.3.3.3　预应力效应计算      通过这一选项在同一模型中执行预应力分析，如预应力模态的分析缺省值为 OFF         注意--应力刚度效应和预应力效应计算都控制应力刚度矩阵的生成，因此在一个分析中不能同时采用如二者都指定，则最后选项将覆盖前者。