PdB3载荷考虑

1、June 3, 1996 2001年10月1日B-57 与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果与其它单个分析因素相比，选择合适的载荷对你的分析结果影响更大。影响更大。 将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多。将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多。June 3, 1996 2001年10月1日B-58载荷载荷 包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以下几类：下几类：定义定义 自由度约束自由度约束 集中载荷集中载荷 面载荷面载荷 体载荷体载荷 惯性载荷惯性载荷June 3, 1996 2001年10月1日B-5

2、9自由度约束自由度约束就是给某个自由度就是给某个自由度(DOF)指定一已知数指定一已知数值值 (值不一定是零值不一定是零)。定义定义June 3, 1996 2001年10月1日B-60 结构分析中的固定位移结构分析中的固定位移(零或者非零值零或者非零值) 。大多数自由度约束用。大多数自由度约束用作：作： 对称性边界条件或者称作对称性边界条件或者称作“built-in”边界条件边界条件 指定刚体位移。指定刚体位移。 热分析中的指定温度。热分析中的指定温度。举例举例June 3, 1996 2001年10月1日B-61对称性或反对称边对称性或反对称边界条件可以添加到界条件可以添加到线、面或平面的

3、节线、面或平面的节点上。点上。 (它们中的每它们中的每一个最后成为各个一个最后成为各个节点上的一组约束节点上的一组约束。) 在大多数情况在大多数情况下，下，ANSYS将自动将自动确定约束的方向。确定约束的方向。固定位移约束举例固定位移约束举例: 对称边界条件的添加对称边界条件的添加 June 3, 1996 2001年10月1日B-62固定位移约束举例固定位移约束举例: 刚体位移约束刚体位移约束1st point pinned- 3 translational constraints2nd point constrained in both directions normalto line b

4、etween 1st & 2nd constrained points3rd point constrained normal to planepassing through all 3 constrained points该方块上下面受压。该方块上下面受压。它需要仔细选择它需要仔细选择6个个平移自由度平移自由度 ，并约束，并约束它们的刚体运动，但它们的刚体运动，但不能引起附加扭曲应不能引起附加扭曲应力。力。June 3, 1996 2001年10月1日B-63集中载荷集中载荷 就是作用在模型的一个点上的载荷。就是作用在模型的一个点上的载荷。定义定义June 3, 1996 2001年

5、10月1日B-64 结构分析中的力和弯矩。结构分析中的力和弯矩。 热分析中热流率。热分析中热流率。 集中载荷可以添加到节点和关键点上。集中载荷可以添加到节点和关键点上。(添加到关键点添加到关键点上的力将自动转化到相连的应节点上。上的力将自动转化到相连的应节点上。)举例举例June 3, 1996 2001年10月1日B-65 集中载荷通常是向由梁集中载荷通常是向由梁(beam)、杆、杆(spars)和弹簧和弹簧(springs)构成的非连续性的模型添加载荷的一种途径。构成的非连续性的模型添加载荷的一种途径。 对于由壳单元对于由壳单元(shells)、平面单元、平面单元(XY plane ele

6、ments)或者或者三维实体单元三维实体单元(3-D solids)等组成连续性模型，集中载荷意味等组成连续性模型，集中载荷意味存在应力奇异点。存在应力奇异点。 你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模型上。型上。 如果你不关心如果你不关心(集中载荷作用集中载荷作用)节点处的应力，这样做是节点处的应力，这样做是可以接受的。可以接受的。对于结构分析而言对于结构分析而言June 3, 1996 2001年10月1日B-66面载荷面载荷 就是作用在单元表面上的分布载荷。就是作用在单元表面上的分布载荷。定义定义June 3, 1996 2001年

7、10月1日B-67 结构分析中的压力。结构分析中的压力。 热分析中的对流和热流密度。热分析中的对流和热流密度。 面载荷可以添加到线或面上面载荷可以添加到线或面上 (实体模型上的实体实体模型上的实体)、以及、以及节点或单元上。节点或单元上。 作用在线或面上的面载荷最终会传到面内各个单元上。作用在线或面上的面载荷最终会传到面内各个单元上。举例举例June 3, 1996 2001年10月1日B-68在块顶面上施加均布压力在块顶面上施加均布压力June 3, 1996 2001年10月1日B-69变化面载荷情形变化面载荷情形 梯度梯度 在面载荷中在面载荷中可能会使用到。你可能会使用到。你可以给一按线

8、性变可以给一按线性变化的面载荷指定一化的面载荷指定一个梯度，例如水工个梯度，例如水工结构在深度方向上结构在深度方向上受到静水压。受到静水压。June 3, 1996 2001年10月1日B-70面载荷不是垂直于表面的情形面载荷不是垂直于表面的情形某些类型的载荷只能作用在某些类型的载荷只能作用在 面效应单元面效应单元上，这些单元的作用是将载上，这些单元的作用是将载荷传递到模型的其它单元：荷传递到模型的其它单元： 结构实体单结构实体单元的切向元的切向 (或其它方向或其它方向) 压力。压力。 实体热单元实体热单元的辐射描述的辐射描述。June 3, 1996 2001年10月1日B-71体载荷体载荷

9、 是分布于整个体内或场内的载荷。是分布于整个体内或场内的载荷。定义定义June 3, 1996 2001年10月1日B-72 结构分析中的温度载荷。结构分析中的温度载荷。 热分析中生热率。热分析中生热率。 电磁场分析中电流密度。电磁场分析中电流密度。 体载荷可以、添加到关键点或节点上。体载荷可以、添加到关键点或节点上。 (关键点上的体载荷最关键点上的体载荷最终将转化成各个节点上的一组组体载荷。终将转化成各个节点上的一组组体载荷。)举例举例June 3, 1996 2001年10月1日B-73体载荷分布复杂情形体载荷分布复杂情形体载荷分布一般都很复体载荷分布一般都很复杂，必须通过其它分析杂，必须

10、通过其它分析才能得到，例如通过热才能得到，例如通过热应力分析获得温度分布应力分析获得温度分布。在某些情况下，体载。在某些情况下，体载荷是由当前分析结果决荷是由当前分析结果决定，这就需要进行耦合定，这就需要进行耦合场分析。场分析。结构分析模型上温度分布结构分析模型上温度分布June 3, 1996 2001年10月1日B-74 惯性载荷惯性载荷 是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷，是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷，例如重力加速度，加速度，以及角加速度。例如重力加速度，加速度，以及角加速度。定义定义June 3, 1996 2001年10月1日B-75特点特点 惯性载荷只有结构分析中有惯性载

11、荷只有结构分析中有。 惯性载荷是对整个结构定义惯性载荷是对整个结构定义的，是独立于实体模型和有的，是独立于实体模型和有限元模型的。限元模型的。 考虑惯性载荷就必须定义材考虑惯性载荷就必须定义材料密度料密度 (材料特性材料特性DENS)。绕绕Y轴的角速度轴的角速度June 3, 1996 2001年10月1日B-76简化假定越少越好。简化假定越少越好。使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。准则准则June 3, 1996 2001年10月1日B-77分析一受垂直载荷的托分析一受垂直载荷的托架。架。怎样才能使模型左边边怎样才能使模型左边边界在垂直方向上

12、不存在界在垂直方向上不存在运动？运动？举例举例: 向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷June 3, 1996 2001年10月1日B-78你你可能可能 需要约束需要约束Y方向上的一个点方向上的一个点 - 但这样做会但这样做会在约束点位置产生应力奇异在约束点位置产生应力奇异.constrainedpointstresssingularity举例举例: 向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷June 3, 1996 2001年10月1日B-79如果你将整个左边边界的垂直自由度全部约束，可如果你将整个左边边界的垂直自由度全部约束，可能会更好些，但人为阻碍能会更好些，但人为阻碍“泊松效应泊松效应”（即

13、，一个（即，一个方向上的应力引起其它方向上的应变），造成应力方向上的应力引起其它方向上的应变），造成应力场局部失真。场局部失真。constrainededge举例举例: 向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷June 3, 1996 2001年10月1日B-80事实上，并没有很好的方法向该结构上添加垂直约束。事实上，并没有很好的方法向该结构上添加垂直约束。如果希望得到精确的应力，在分析中还应当将托架的支如果希望得到精确的应力，在分析中还应当将托架的支撑部分考虑进来。撑部分考虑进来。举例举例: 向结构添加匹配载荷向结构添加匹配载荷June 3, 1996 2001年10月1日B-81 如果你没法做

14、得更好，只要其它位置结果正确也是可如果你没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为是正确的，但是你必须忽略以认为是正确的，但是你必须忽略“不合理不合理”边界的边界的附近一定区域内的应力。附近一定区域内的应力。 加载时，你必须十分清楚各个加载对象。加载时，你必须十分清楚各个加载对象。更小的托架模型能更好更小的托架模型能更好地确定孔周围的应力。地确定孔周围的应力。准则准则June 3, 1996 2001年10月1日B-82 除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。 不要忘记泊松效应。不要忘记泊松效应。 添加刚体运动约束添加刚体运动约束, 但不能

15、添加过多的（其它）约束：但不能添加过多的（其它）约束： 一块二维平面应力、平面应变、梁或一块二维平面应力、平面应变、梁或杆模型至少需要三个约束。杆模型至少需要三个约束。轴对称模型至少需要一个（轴向）约束。轴对称模型至少需要一个（轴向）约束。三维实体或壳模型至少需要六个约束。三维实体或壳模型至少需要六个约束。准则准则X constraintsBracket该模型边界条该模型边界条件合理件合理?June 3, 1996 2001年10月1日B-83实际上，集中载荷是不存在的。实际上，集中载荷是不存在的。 然而，只要你不关心集然而，只要你不关心集中载荷作用区域的应力，完全可以以集中载荷添加将载荷中载

16、荷作用区域的应力，完全可以以集中载荷添加将载荷添加到模型上。添加到模型上。 这是一个带有切口的受这是一个带有切口的受拉板，如果你只关心切拉板，如果你只关心切口区域的应力，集中载口区域的应力，集中载荷加载是完全可以的。荷加载是完全可以的。准则准则June 3, 1996 2001年10月1日B-84轴对称模型具有一些轴对称模型具有一些独一无二的边界特性独一无二的边界特性 。 在在360度的基础上度的基础上输入集中力和输出输入集中力和输出反力，载荷大小等反力，载荷大小等于整个周向力的总于整个周向力的总和。和。 轴对称实体结构，轴对称实体结构，象实体杆件，应当象实体杆件，应当约束对称轴方向上约束对称

17、轴方向上的自由度的自由度UX， 限限制理论上可能存在制理论上可能存在的不真实零变形。的不真实零变形。总集中力总集中力 = 2p pr = 47,124 lb.准则准则三维结构三维结构二维模型二维模型June 3, 1996 2001年10月1日B-85 简化假定越少越好。简化假定越少越好。 使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合Statically 如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为使正确的，但是你必须忽略使正确的，但是你必须忽略“不合理不合理”边界的附近一定区边界的附近一定区域内的应力

18、。域内的应力。 加载时，必须十分清楚各个载荷的施加对象。加载时，必须十分清楚各个载荷的施加对象。 除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。 不要忘记泊松效应。不要忘记泊松效应。 添加刚体运动约束添加刚体运动约束, 但不能添加过多的（其它）约束。但不能添加过多的（其它）约束。 实际上，集中载荷是不存在的。实际上，集中载荷是不存在的。 轴对称模型具有一些独一无二的边界特性轴对称模型具有一些独一无二的边界特性 。总结总结 .准则准则June 3, 1996 2001年10月1日B-86求解器求解器 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组的功能是求解

19、关于结构自由度的联立线性方程组 - 这这个过程可能需要花费几分钟个过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度个自由度)到几个小时或到几个小时或者几天者几天 (100,000 - 1,000,000 自由度自由度)，基本上取决于你所，基本上取决于你所用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、几百次、或者甚至几千次求解。几百次、或者甚至几千次求解。ANSYS提供了三个求解器用于一般求解：提供了三个求解器用于一般求解：波前求解器波前求解器（Fr

20、ontal solver）和）和 PCG求解器（求解器（ PCG solver）（预条预条件件共扼梯度共扼梯度, 或者或者 “Power求解器求解器”）。稀疏矩阵求解器）。稀疏矩阵求解器（Sparse solver） 也可以使用，主要用于非线性问题。也可以使用，主要用于非线性问题。June 3, 1996 2001年10月1日B-87下面是二者的差别对比表：下面是二者的差别对比表：CharacteristicFrontal SolverPCG SolverANSYS “status”user choosesuser choosesyear introduced in ANSYS19701994

21、method of solutionGaussian eliminationiterativewill you get an answer?yes, if stiffness matrix is notsingularyes, if stiffness matrix is nottoo badly conditionedbehavior with poorly posedproblemmight solve, abort, and/orgive useful info aboutdifficultymight solve,might fail to convergeaccuracy of so

22、lutionwell beyond needs of FEA(other assumptions affectresults more)any solution obtained meetsspecified input tolerance onresidual forcetypical demonstrated speed- 1,000 DOF-similar to frontal solverspeed- 10,000 DOF- 3 times faster than frontalspeed- 100,000 DOF- 10 times faster than frontalspeed- 200,000 DOF- 50 times faster than frontaldisk used- 10,000 DOFnot an issue-disk used- 100,000 DOF1,000 - 2,000 MB200 - 300 MBdisk used- 200,000 DOF5,000 - 10,000 MB700 - 1,000 MBmemory required formaximum speednot an issueconservative guideline is100 MB avai