ANSYS常见问题及应用技巧一.doc

ANSYS常见问题及应用技巧（一）ANSYS常见问题及应用技巧（一） 发表时间：2010-3-6 作者: 刘军涛 来源: e-works 关键字: ANSYS使用技巧问题解答 本篇开始讲述ANSYS在使用过程中常见的问题和在使用时一些常用的使用技巧，对与初学者来说，理解和弄清楚这些问题的根源和掌握这些使用技巧，能够更好的理解ANSYS这个软件本身。1.ANSYS中的等效应力是什么物理含义？ 1）ANSYS中等效应力最大应力s1有什么区别，平常讨论应力分布，应该用等效应力还是最大应力s1呢？ 2）计算等效应力时是否需要输入等效泊松比呢？ 3）在实际的应用中，例如在讨论平板上的圆孔应力集中的应力分布问题时，应该用等效应力来描述应力集中的现象，还是采用主应力s1来反应集中的程度呢？还是采用一个单方向的sx来说明问题呢？答：1）这个等效应力应该就是弹塑性力学里的VonMises应力，他主要考察的是材料在各个方向上的应力差值，因为在实验室里获得材料强度都是单向载荷作用下的强度（当然现在也有三轴应力实验仪），所以有时候材料所受的单向载荷可能很大，但并没有造成破坏，这是就是看他的等效应力，具体计算公式是: 等效=sqrt0.5(1-2)2+(2-3)2+(3-1)22）等效应力是三项主应力的组合 如s，int即为max(si-sj),si,sj为三项主向应力。i，j=1，2，3 ij即tresca型 s,eqv为sqrt(0.5*(si-sj)*2)，i，j=1，2，3 ij 即mises型3）个人认为应该采用等小应力来描述应力集中的现象，因为在实际中很难找到真正的单轴拉压的情况，一般结构的受力都没有这么简单，所以在分析的时候需要用等效应力来将各 主应力进行转化，因此应该用等效应力来描述应力集中的现象。4）等效泊松比就是泊松比，等效应力计算时不会用到泊松比，不过在计算mises等效应变时会用到。对于泊松比的取值原则应遵循以下两条： a:对于elastic & thermal strains 泊松比取为材料的泊松比； b:对于plastic creep hyperelastic strains 泊松比取为0.5。2ANSYS后处理中负值的应力是压应力还是拉应力？答：在力学范畴内对描述应力的准则是拉为正，压为负。外载荷（压力/拉力），压为正，拉为负。3. 解决非线性分析不收敛的技巧 在进行非线性问题的分析时，影响非线性收敛稳定性及其速度的因素很多，在实际应用时，主要应注意几个以下方面： 1）模型主要是结构刚度的大小。对于某些结构，从概念的角度看，可以认为它是几何不变的稳定体系。但如果结构相近的几个主要构件刚度相差悬殊，在数值计算中就可能导致数值计算的较大误差，严重的可能会导致结构的几何可变性忽略小刚度构件的刚度贡献。 如出现上述的结构，要分析它，就得降低刚度很大的构件单元的刚度，可以加细网格划分，或着改用高阶单元（BEAM-SHELL,SHELL-SOLID)。构件的连接形式（刚接或铰接）等也可能影响到结构的刚度。 2）线性算法（求解器选择）。ANSYS中的非线性算法主要有：稀疏矩阵法(SPARSE DIRECT SOLVER)、预共轭梯度法(PCG SOLVER)和波前法(FRONT DIRECT SLOVER)。稀疏矩阵法是性能很强大的算法，一般默认即为稀疏矩阵法（除了子结构计算默认波前法外）。预共轭梯度法对于3-D实体结构而言是最优的算法，但当结构刚度呈现病态时，迭代不易收敛。为此推荐以下算法选择准则： a:BEAM单元结构，SHELL单元结构，或以此为主的含3-D SOLID的结构，用稀疏矩阵法； b:3-D SOLID的结构，用预共轭梯度法； c:当你的结构可能出现病态时，用稀疏矩阵法； d:当你不知道该用什么算法时，可用稀疏矩阵法。 3）非线性逼近技术。在ANSYS里还是牛顿拉普森法和弧长法。牛顿拉普森法是常用的方法，收敛速度较快，但也和结构特点和步长有关。弧长法常被某些人推崇备至，它能算出力加载和位移加载下的响应峰值和下降响应曲线。但也发现：在峰值点，弧长法仍可能失效，甚至在非线性计算的线性阶段，它也可能会无法收敛。 为此，尽量不要从开始即激活弧长法，还是让程序自己激活为好（否则出现莫名其妙的问题）。子步（时间步）的步长还是应适当，自动时间步长也是很有必要的。 4）加快计算速度 在大规模结构计算中，计算速度是一个非常重要的问题。下面就如何提高计算速度作一些建议： a：充分利用ANSYS MAP分网和SWEEP分网技术，尽可能获得六面体网格，这一方面减小解题规模，另一方面提高计算精度。 b：在生成四面体网格时，用四面体单元而不要用退化的四面体单元。比如95号单元有20节点，可以退化为10节点四面体单元，而92号单元为10节点单元，在此情况下用92号单元将优于95号单元。 c：选择正确的求解器。对大规模问题，建议采用PCG法。此法比波前法计算速度要快10倍以上（前提是您的计算机内存较大）。对于工程问题，可将ANSYS缺省的求解精度从默认设置1E-8改为1E-4或1E-5即可。 5）荷载步的设置直接影响到收敛。应该注意以下几点： a:设置足够大的荷载步（将MAXMIUM SUBSTEP=1000000），可以更容易收敛，避免发散的出现(nsub,nsbstp,nsbmx,nsbmn)； b:设置足够大的平衡迭代步数，默认为25，可以放大到很大(100)(eqit,eqit)； c:将收敛准则调整，以位移控制时调整为0.05，以力控制为0.01(CNVTOL,lab,value,toler,norm,minref)。 d:对于线性单元和无中间节点的单元（SOLID65和SOLID45），关闭EXTRA DISPLACEMENTS OPTIONS（在OPTIONS中）。 e:对于CONCRETE材料，可以关闭压碎功能，将CONCRETE中的单轴抗压强度设置为-1(tadata,mat,shrcf-op,shrcf-cl,UntensSt,UnCompSt(-1)。4. 非线性计算完的收敛图线，如何看他的收敛性呢，每条颜色的线代表什么意思呢？ 答：F:力； M：力矩； crit/L2: 按照两种收敛准则计算出来的误差量。 如果计算出来的误差量落在收敛准则之下，则表示该子步计算收敛。5如何读出ANSYS的刚度矩阵?答：整体刚度和质量矩阵的提取需要进行二次开发，由ansys形成的二进制文件.full提取整体刚度和质量矩阵。程序的具体实现方式可参照如下程序代码： *单元刚度和质量矩阵的提取*/DEBUGfinish /clear PI=3.1415926 w1=3 w2=10 w3=6 w4=1.2 r=.8 t=0.08 /PREP7 !* ET,1,SHELL63 R,1,t ET,2,MASS21 R,2,500,500,500,2000,2000,2000, !* UIMP,1,EX, , ,2e11 UIMP,1,NUXY, , ,0.3, UIMP,1,DAMP, , ,0.2, UIMP,1,DENS, , ,7800, BLC4,0,0,w2,w1 ESIZE,1.5,0, AMESH,all NSEL,S,LOC,X,0.0 D,all, , , , , ,ALL,