ANSYS进行结构线性静力分析有以下主要步骤:
●建立有限元模型
●施加载荷和边界条件,进行求解
●结果评价和分析
下面对结构线性静力分析的步骤进行详细阐述。
1.建立有限元模型
在建立有限元模型的过程中,应该首先确立所要进行分析工程的工作文件名、工作标题,并定义单元类型、单元实常数、材料模型及其参数。这些都是ANSYS分析问题的常用步骤。在结构线性静力分析过程中,必须注意:可以使用线性或非线性的单元类型;选择的材料模型可以是线性或非线性;各向同性或各向异性;和温度相关或无关,但在选择材料特性时,必须遵守以下规则:
●弹性模量EX必须定义;
●若结构需要施加惯性载荷,必须定义能求出质量的参数,如密度DENS;
●若进行热-结构耦合分析,必须定义线膨胀系数ALPX。
2.加载求解
包括以下子步骤:定义分析类型和分析选项、施加载荷、定义边界条件、设置输出格式、进行求解计算。
(1)进入求解器
Command:/SOLU
GUI:Main Menu︱Solution
(2)定义分析类型和分析选项
在结构静力分析中,ANSYS提供的分析类型和分析选项见表3-1。
表3-1 分析类型和分析选项
●Analysis Type(ANTYPE)
此选项用于指定分析类型,选择Static(静态)或Steady-Static(稳态)。
●Large Deformation Effects(NLGEOM)
此选项为大变形或大应变选项,并不是所有的非线性分析都产生大变形,如果分析中存在很大的挠度变形或大应变时,应选择ON,若不产生大变形,则选择OFF。程序默认值为OFF。
●Stress Stiffening Effects(SSTIF):
应力刚化效应选项,一般只在下列两种情况下使用此选项:
①在小变形分析中,希望通过应力明显提高或降低结构中的刚度。例如,受正压力作用的薄圆壳问题;
②在大变形中,希望通过应力刚化提高收敛精度。
程序默认值一般为OFF,但当NLGEOM和SOLCONTROL打开时,程序默认值为ON。
注意:在ANSYS 16.1中,该命令已被PSTRES命令取代。
●Prestress Effects Calculation(PSTRES)
通过此选项可以在同一模型上施加预应力分析,程序默认值为OFF。
注意:应力刚化选项和预应力计算选项不能同时在分析中使用,如果在同一分析中同时使用了这两个选项,后者将覆盖前者。
●New-Raphson Option(NROPT)
牛顿-拉普森选项,此选项仅应用于非线性分析,将在以后的章节中进行介绍。
●Mass Matrix Formution(LUMPM)
质量矩阵方程,如果要在结构上施加惯性载荷,可以使用此选项。在使用过程中可以选择程序默认值,该默认值依赖于所选单元的类型。该选项在动态分析过程中比较重要。
●Equation Solver(EQSLV)
方程求解器选项,可以使用下列求解器中的任何一个:
Sparse(SPAR)direct equation solver
Jacobi Conjugate Gradient(JCG)iterative equation solver(www.xing528.com)
Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG)iterative equation solver
Quasi-Minimal Residual (QMR)iterative equation solver
Preconditioned Conjugate Gradient(PCG)iterative equation solver
(3)施加载荷
可以在实体(关键点、线、面)上施加载荷,也可以在有限元模型(节点、单元)上施加载荷。表3-2列出了结构静力分析中可以施加的载荷。
表3-2 静力分析中可施加的载荷
(续)
●载荷类型
位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)
位移约束为自由度约束,通常在模型的边界上施加位移约束,此外,位移也可以表征对称的边界条件和已知的运动点,标定方向由节点的坐标决定。
集中力和力矩(FX,FY,FZ,MX,MY,MZ)
集中力和力矩作为集中载荷,通常在模型的外部施加,其方向由节点的坐标决定。
表面载荷(PRES)
作为表面载荷,一般施加于模型的外部,其正方向为指向单元的表面。
温度载荷(TEMP)
温度载荷是为了研究热膨胀和热收缩时需要施加的一种载荷。如果需要计算热应力,则必须定义热膨胀系数。温度载荷可以直接通过BF命令指定,也可以通过LDREAD命令读入。
能量密度(FLUE)
在研究材料由于中子轰击或其他原因而发生膨胀现象以及材料的蠕变现象时,需要施加能量密度载荷,但能量密度值的输入必须建立在膨胀和蠕变方程定义的基础之上。
重力、旋转惯性力
在定义重力、旋转力等惯性载荷时,必须给定密度或者能够求出材料质量的参数。
●施加载荷的方式
在程序分析中,载荷可以被施加、删除、进行运算以及列表显示。对于所有的载荷操作,既可以通过命令或者GUI的方式进行,也可以通过定义参数数组表格的方式进行。
(4)存储文件
Command:SAVE
GUI:Utility Menu︱File︱Save As
(5)开始求解计算
Command:SOLVE
GUI:Main Menu︱Solution︱Solve︱Current LS
(6)退出求解器
Command:FINISH
GUI:Main Menu︱Finish
3.查看求解结果
在结构静力分析中,其计算结果将被写入到结果文件Jobname.RST中,该结果文件中包含了以下数据。
●基本数据:节点位移信息(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)。
●导出数据:包括节点和单元应力、节点和单元应变、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POST1,也可以使用时间历程后处理器POST26。POST1后处理器可以检查整个模型在指定时间步下的计算结果;而POST26主要用于非线性分析中特定加载历史下的结果跟踪。
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