结构静力学分析的步骤详解

ANSYS结构静力学分析基本步骤包括指定分析类型、建立有限元模型、加载和求解、结果后处理分析等。

1.指定分析类型

要进行结构静力学分析，选择“Main Menu＞Preference”命令，弹出“Preferences for GUIFiltering”对话框，选中“Structural”选项，如图6-1所示。

图6-1 “Preferences for GUI Filtering”对话框

2.建立有限元模型

在建立模型过程中，应该首先确立所要分析工程的作业文件名、分析的工作标题，然后通过前处理程序定义单元类型、实常数、材料属性等。需要注意以下事项：

1）在线性静力学分析中，可使用线性或非线性的单元类型。

2）选择的材料属性可以是线性的也可以是非线性的，可以是各向同性或各向异性，可随温度变化也可不随温度变化，但必须设定弹性模量和泊松比这两个材料参数。

3）对应力、应变、变形等感兴趣的区域，单元应划分得密一些；对可能产生应力集中的地方，所划分网格应足够密。

4）ANSYS软件在进行静力学分析时，用四面体和六面体单元求解的结果差别不大，所以对于形状复杂的结果可使用四面体自由网格，这样可大大节约建模工作量。

3.加载和求解

完成模型的建立后即可以开始加载和求解，包括定义分析类型、分析选项、根据分析对象的工作状态和环境施加边界条件和载荷、对结果输出内容进行控制、根据设定的情况进行有限元求解。

（1）定义分析类型 选择“Main Menu＞Solution＞New Analysis”命令，弹出“New Analysis”对话框，选中“Static”选项，如图6-2所示。

（2）进行求解控制设定 选择“Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls”命令，弹出“Solution Controls”对话框，在“Basic”选项卡中的“Analysis Options”选项组中选择“Small Displacement Static”（小位移静力问题），“Write Item to Results File”选项组中选择“All solution items”（对所有求解的内容进行全部输出），如图6-3所示。

（3）施加载荷 在结构静力学分析的所有载荷中，惯性载荷独立于模型。除此之外，既可在实体上加载（关键点、线、面），也可在有限元模型上加载（节点、单元）。结构静力学分析中可以使用如下载荷。(www.xing528.com)

图6-2 “New Analysis”对话框

图6-3“Solution Controls”对话框

1）位移（UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ）。这些自由度约束常施加到模型边界上，用以定义刚性支承点。它们也可用于指定对称边界条件及已知运动的点。

2）力（FX、FY、FZ）和力矩（MX、MY、MZ）。这些集中力通常在模型的外边界上指定，其方向按节点坐标系定义。

3）压力（PRES）。通常作用于模型的外部，正压力为指向单元面（起到压缩的效果）。

4）流（FLUE）：用于研究膨胀（由于中子流或其他原因而引起的材料膨胀）或蠕变的效应，只在输入膨胀或蠕变方程时才能使用。

5）重力、旋转。整个结构的惯性载荷。如果要计算惯性效应，必须定义密度。

（4）求解 对于静力学分析，通常只进行一个载荷步的求解，所以可直接利用“Main Menu＞Solution＞Solve＞Current LS”命令对问题进行求解。

4.结果后处理

在结构静力学分析中，其计算结果将被写入结果文件Jobname.RST。一般结果文件中包含了以下数据：

（1）基本数据 节点位移。

（2）导出数据 节点和单元应力和单元应变、单元集中力和节点支反力等。

在结果的检查中，可以使用通用后处理器，也可以使用时间历程后处理器。通用后处理器可检查整个模型在指定时间步（或子步）下的计算结果；而时间历程后处理器主要用于非线性分析中特定加载历史下的结果跟踪。无论是用通用后处理器还是时间历程后处理器来检查计算结果，程序的数据库都必须包含求解时相同的计算模型，且结果文件Jobname.RST必须可用。