加载方式及载荷处理方法

有限元分析的目的是仿真结构对一定载荷作用下的响应，在分析中要加载与实际相符的载荷。ANSYS和HyperMesh可用各种方式对模型进行加载，并且借助于载荷步选项，控制载荷在求解中如何使用。

1．载荷及载荷步、子步和平衡迭代

在ANSYS中，载荷（Loads）包括边界条件和外部或内部作用力函数，即位移边界和力边界。在不同的学科中，载荷的具体含义也不尽相同。在结构分析中，载荷为位移、速度、加速度、力、压力、温度和重力等。

ANSYS将载荷分为六类：“DOF（自由度）约束”“力（集中载荷）”“表面载荷”“体积载荷”“惯性载荷”和“耦合场载荷”。

载荷步（Loads Step）：在线性静态或稳态分析中，可使用不同的载荷步来施加不同的载荷组合。例如，第一个载荷步中施加压力载荷，第二个载荷步中施加风载荷，第三个载荷步中施加压力与风载荷。在瞬态分析中，多个载荷步加到载荷-时间历程曲线的不同区域。

载荷子步（Loads Sub Step）：表示求解过程中载荷包括的点。由于不同的原因，有时需要使用子步：在非线性静态或稳态分析中，使用子步逐渐施加载荷，以便能提高求解精度；在线性或非线性瞬态分析中，使用子步满足瞬态时间积分法则，为了获得较精确的解，通常规定一个最小的时间积分步长；在谐响应分析中，使用子步获得谐波频率范围内多个频率处的解。

平衡迭代：是在给定子步下为了收敛而计算的附加解。仅用于收敛起着重要作用的静态或瞬态非线性分析中的迭代修正。

2．时间作用

在所有的静态和瞬态分析中，ANSYS使用跟踪参数，而不论分析是否依赖于时间，其好处都是在所有情况下可以使用一个不变的“计算器”或“跟踪器”，而不需要依赖于具体分析的术语。此外，时间总是单调增加的，并且自然界中大多数事件的发生都要经历一段时间，不论该时间多么短暂。(www.xing528.com)

在瞬态分析或与速率有关的静态分析中，如蠕变或黏塑性分析，时间代表实际的顺序时间，用秒、分钟或小时表示且具有物理意义。在获取载荷-时间曲线时，给每个载荷步结果赋时间值。

在不依赖于速率的分析中，时间成为一个识别载荷步和子步的计数器，而不再表示具体的时间值。默认情况下，自动对时间赋值。在载荷步1结束时，赋值“time=1”；载荷步2结束时，赋值“time=2”；依此类推。载荷步中的任何子步将被赋给自己的跟踪参数。

在后处理器中，如果得到一个变形-时间关系图，其含义与变形-载荷关系相同。在大变形屈曲分析中，其任务是跟踪结构载荷增加时结构的变形。

从时间的概念上讲，载荷步就是作用有给定时间间隔内的一系列载荷；子步为载荷步中的时间点，在这些时间点求得中间解；两个连续子步之间的时间差称为时间步长或时间增量；平衡迭代纯粹是为了收敛而在给定时间点进行计算的迭代求解方法。

3．载荷施加

载荷步终点的载荷值为指定的值，但当在一个载荷步中指定一个以上的子步时，载荷加载方式是阶跃载荷不是斜坡载荷。如果载荷是阶跃的，那么全部载荷将施加于第一个载荷子步，并且在载荷步的其余部分，载荷保持不变；如果载荷是逐渐递增的，那么在每个载荷子步，载荷值逐渐增加，并且全部载荷出现在载荷步结束时。

ANSYS可将载荷施加于实体模型（关键点、线和面）或有限元模型（节点和单元）上，无论怎样施加载荷，ANSYS求解器期望所有载荷都施加到有限元模型上，如果在实体模型上施加了载荷，ANSYS在求解开始时，自动将载荷转换到节点和单元上。