第7章加载与求解(4排版)汇总（精编版）

1、第 7 章加载与求解施加载荷是有限元分析中关键的一步，可以对网格划分之后的有限元模型施加载荷，也可以直接对实体模型施加载荷。当对模型进行了划分网格和施加载荷之后，就可以选择适当的求解器对问题进行求解。第 1 节 基础知识一、载荷的分类ansys 中载荷（ loads）包括边界条件和模型内部或外部的作用力。在不同的学科中，载荷的定义如下：（1）结构分析：位移、力、压力、弯矩、温度和重力。（2）热分析：温度、热流率、对流、内部热生成、无限远面。（3）磁场分析：磁势、磁流通、磁电流段、源电密度、无限远面。（4）电场分析：电势（电压）、电流、电荷、电荷密度、无限远面。（5）流场分析：速度、压力。在 a

2、nsys 中，载荷主要分为六大类：dof 约束（自由度约束） 、力（集中载荷） 、表面载荷、体载荷、惯性力及耦合场载荷，它们的含义为：（1）dof 约束（ dof constraint ） ：用户指定某个自由度为已知值。在结构分析中约束是位移和对称边界条件；在热力学分析中约束是温度和热流量等。（2）力 ( 集中载荷 ) （force） ：施加于模型节点的集中载荷。如结构分析中的力和力矩，热分析中的热流率。（3）表面载荷 （surface load） ：作用在某个表面上的分布载荷。如结构分析中的压力，热分析中的对流和热流量。（4）体载荷（ body loads） ：作用在体积或场域内。如结构分析

3、中的温度和重力，热分析中的热生成率。（5）惯性载荷（inertia loads） ：结构质量或惯性引起的载荷。如重力加速度、角速度和角加速度，主要在结构分析中使用。（6）耦合场载荷（coupled-field loads ） ：它是一种特殊的情况，从一种分析中得到的结果用作另一种分析的载荷；如热分析中得到的节点温度可作为结构分析中的体载荷施加到每一个节点。二、载荷步、子步和平衡迭代1载荷步载荷步是指分步施加的载荷，在线性静态或稳态分析中，可以使用不同的载荷步施加不同的载荷组合。例如如图7-1 所示，第一个载荷步用于线性载荷，第二个载荷步用于常数载荷部分，第三个载荷步用于卸载。图 7-1 多个载

4、荷步2子步子步是指在一个特定的载荷步中每一次增加的步长，也称为时间步， 代表一段时间。 对于不同的分析类型，子步的作用不同：（1）在非线性静态分析或稳态分析中，使用子步逐渐施加载荷以便能获得精确解。（2）在线性或非线性瞬态分析或稳态分析中，使用子步满足瞬态时间积分法则（为获得精确解，通常规定一个最小的时间步长）。（3）在谐波分析中，使用子步可获得谐波频率范围内多个频率处的解。3阶跃载荷和坡度载荷在一个载荷步中，有两个或者两个以上的载荷步子步时，就必须选择所施加的载荷应该为阶跃载荷还是为坡度载荷。所谓阶跃载荷，就是指在第一个子步全部施加上去了，载荷在以后的每个子步中保持不变。坡度载荷就是指在每一

5、个载荷步子步，载荷值都是递增的，直到最后一个载荷步子步，全部的载荷才施加上去。4平衡迭代平衡迭代是指在给定子步下为了收敛而计算的附加解。平衡迭代仅应用于收敛起着很重要作用的非线性分析（静态或瞬态）中的迭代修正。三、通用选项通用选项包括瞬态或者静态分析当中载荷步结束的时间、子步步数或者说时间步大小、阶跃载荷、热应力当中的参考温度。选择 main menusolutionload step opts命令展开载荷步选项菜单。 选择 main menusolutionload step optstime/frequenc time-time step命令，弹出如图7-2 所示的对话框。注意：如果展开的

6、载荷步选项菜单不完全，选择main menusolutionunabridged menu 命令即可。time 命令在与速率有关的问题当中是指实际的时间，要求指定一个时间值；在与速率无关的问题里面，时间是一个用作跟踪载荷的参数。显然，无论哪一种情况，都不能将时间设置为 0。载荷时间载荷步1 2 3 deltim 命令是给 ansys 程序分析指定时间步的大小，在通用选项的另外一个窗口time and substep options当中， ansys 程序是要通过nsubst 命令来指定分析过程当中的子步的大小。kbc 命令是指定载荷的施加是采用阶跃式还是采用坡度式（线性方式）。autots 命

7、令用于激活时间步的自动阶跃。激活状态下， 程序将会根据结构的响应来计算最优时间增长步。此时的 deltim 命令则是在激活时间步自动阶跃状态下，用于给程序指定最大的时间步和最小的时间步。同样地，在通用选项的另外一个窗口time and substep options当中，相应的命令 nsubst 是用来给出最大和最小的子步步数。图 7-2 时间与时间步选项四、各种载荷的施加1. 施加位移约束（1）施加 dof约束及其操作dof约束又称自由度约束，可施加于节点、关键点、线和面上，用来限制对象某一方向上的自由度。在结构分析当中，dof约束中相应的自由度有平移和旋转，共有6 个，即 ux 、uy 、

8、uz（x，y，z方向的平动自由度） ，rotx 、roty 、rotz （x，y，z方向的转动自由度） 。下面以图 7-3 所示的平面结构为例，介绍自由度约束的常用操作。图 7-3 显示线的平面结构图 7-4 显示单元以及节点号的平面结构对图 7-3 中的线 l9 上的节点施加所有自由度约束，线l9 上的节点号如图7-4 所示。选择main menusolutiondefine loadsapplystructuraldisplacementon nodes命令， 弹出如图 7-5 所示的图形选取对话框。在文本框中输入最小、最大节点号，以及节点号增量，选择要加载的节点，或直接在图形窗口中用鼠标

9、拾取，然后单击ok 按钮。接着弹出如图7-6 所示的 apply u ，rot on nodes对话框。在 dofs to be constrained 列表框中选中all dof ，其他保持不变， 然后单击 ok 按钮，即对节点约束了各方向的自由度。施加完约束的模型如图7-7 所示。图 7-5 选择待施加约束的节点图 7-6 约束所有自由度图 7-7 施加完约束的模型还可以对关键点、线、面、体施加相应的位移约束，其操作与节点类似，不再详述。（2）施加对称和反对称约束在结构分析当中，对称边界条件是指平面外的移动与平面内的转动被设置为0， 而反对称边界条件则是指平面内的移动与平面外的转动被设置为

10、0。这些边界条件可以施加在线、面或节点上。如果存在一个面关于一条线对称，而且要在这条线上施加对称或者反对称边界条件，必须在建模的时候将这条线创建出来，否则，程序无法完成该操作。表7-1 显示了对位移自由度的约束生成情况。表 7-1 对称与反对称边界条件下位移的约束情况对称边界条件反对称边界条件法向二维三维二维三维x ux ，rotz ux，rotz ，roty uy uy ，uz，rotx y uy ，rotz uy，rotz ，rotx ux ux ，uz，roty z uz，rotx ，roty ux ，uy，rotz 选择 main menusolutionapplydisplaceme

11、nt-symmetry b.c.-on areas，执行该命令后，弹出一个拾取框，用鼠标在图形输出窗口的几何模型上拾取将要施加对称边界条件的一个或多个面，或者在输入窗口的输入行中输入所要施加对称边界条件的表面编号并回车确定，当确定所选表面无误后，单击对话框中的ok按钮。对称边界条件将施加在所选表面上，并在组成该表面的线段上标上字母“s”。示例如图7-8 所示。反对称边界条件的操作过程与对称边界条件完成相类似，只是在所施加的线或面上用字母“a” 来标记。在节点上施加对称边界条件。选择 main menu solution applydisplacement-symmetry b.c.-on no

12、des 命令。在节点上施加对称边界条件的示例如图7-9 所示。注意：事先必须利用实用菜单上“select”子菜单，选择好要施加对称边界条件的节点。在该命令中不能用鼠标拾取所要施加对称边界条件的节点。图 7-8 在表面上施加对称边界条件图 7-9 在节点上施加对称边界条件（3）施加耦合自由度约束当用户需要使用两个或更多的自由度取相同的值时，可以使用耦合自由度的方法。以图7-10 所示矩形梁为例，对其端面的节点自由度进行耦合操作。注意：由于只能对节点的自由度进行耦合，因此在进行自由度耦合之前应先划分网格。并且只允许对ux 、uy 和uz三个方向的自由度进行耦合操作。选择 utility menus

13、electentities命令， 弹出如图7-11 所示的实体选择对话框。选择 nodes选项，并选中z coordinates单选按钮，然后在min ，max文本框中输入 z向的坐标 “50”，单击sele all 按钮。这样就选中了左端面上的所有节点。选择 main menupreprocessorcoupling/ceqncouple dofs 命令， 弹出图形选取对话框，单击 pick all 按钮，接着弹出如图7-12 所示的对话框。 在set reference number文本框中输入耦合集的编号1，在 degree-of-freedom label 下拉表框中选择uz选项，约束

14、 z向的自由度。耦合后的结果如图7-13 所示。如果要删除定义的自由度耦合，可选择main menupreprocessorcoupling/ceqndel coupled sets命令， 弹出如图 7-14 所示的对话框。 在range of sets三个文本框中分别输入耦合集的起始编号、终止编号和步长，并单击ok 按钮即可。图 7-10 矩形梁单元图图 7-11 按位置选择节点图 7-12 耦合自由度图 7-13 自由度耦合结果（4）施加约束方程约束方程不仅可以实现节点线位移的耦合，而且可以实现节点线位移与角位移的耦合。选择 main menupreprocessorcoupling/ce

15、qn constraint eqn 命令， 弹出如图 7-15 所示的约束方程对话框。图中所示的约束方程为2*（ux_1 ）+3* （uy_5 ）+5*（uz_9 ）=0，其中 ux_1 、uy_5 和uz_9 分别表示节点1 的ux 位移、节点 5 的uy 位移和节点 9 的uz位移。用户可选择main menupreprocessorcoupling/ceqn del constr eqn命令删除定义的约束方程。图 7-14 删除耦合自由度图 7-15 设置约束方程2. 施加集中载荷在结构分析中， 集中载荷主要包括力和力矩，相应的标识符为fx、fy、fz、mx 、my 、mz 。用户可以对

16、节点或关键点施加集中载荷。（ 1）施加力和力矩以图 7-10 所示的矩形梁为例，在关键点7 和 8 上施加竖向的集中载荷的步骤如下：选择 main menusolutiondefine loadsapplystructuralforce/momenton key points 命令，弹出图形选取对话框，用鼠标在图形视窗中选中关键点7 和 8，然后单击 ok按钮，弹出如图7-16 所示的对话框。接着在direction of force/mom下拉列表框中选择fy选项，在force/moment value 文本框中输入力的大小“ 50”， 然后单击 ok按钮即可。 结果如图7-17 所示。注意

17、：如果在 force/moment value文本框中输入负值，表示力的方向沿坐标轴负向。图 7-16 对关键点施加力图 7-17 施加 y向的集中力（2）重复设置力和力矩在默认的情况下，在同一个位置重新设置力或力矩，则新的设置将取代原来的设置。例如在关键点7 和 8 重新设置了方向向下的集中载荷50，将取代原来的 fy=50 的设置，其操作如下：选择 main menusolutiondefine loadssettingsreplace vs addforces命令，弹出如图7-18 所示的设置对话框。在new force values will 下拉列表框中选中replace exist

18、ing选项，然后 单 击 ok 按 钮 ， 则 以 后 进 行 重 复 设 置 力 时 新 的 力 将 替 代 原 有 的 力 。 选 择 main menusolutiondefine loadsstructuralforce/momenton key points命令， 重新设置关键点7 和 8 的fy= 50 即可。注意：new force values will 下拉列表框中的add to existing 表示新的力将累加到原来的力上； be ignored表示新设置的力将被忽略。图 7-18 重复设置力对话框（3）转换力和力矩要将施加在实体模型上的力或力矩转换到有限元模型上，其操作

19、方法如下：选择main menupreprocessormeshingmeshv olumesfree命令，选择图形视窗中 的 体 ， 单 击 ok 按 钮 对 体 进 行 网 格 划 分 。 选 择 main menusolutiondefine loads operatetransfer to fe forces命令，弹出如图7-19 所示的对话框， 单击 ok按钮。选择 utility menu list loads forces on all nodes命令，将列表显示节点上集中载荷值，如图7-20所示。图 7-19 转换力和力矩对话框图 7-20 列表显示节点上的集中力（4） 缩放力

20、和力矩有时需要对集中载荷进行缩放，其操作方法如下： 选择 main menu solutiondefine loadsoperatescale fe loadsforces 命令，弹出如图7-21 所示的对话框。在forces to be scaled列表框中选择待缩放的标识，如fy选项； 在rfact scale factor 文本框中输入缩放比例“0.5” ，然后单击 ok按钮即可。选择utility menu list loads forces on all nodes命令，将列表显示节点上集中载荷值，如图7-22 所示。注意：只有将载荷直接加到节点上或者将载荷转换之后，比例缩放操作才起

21、作用。图 7-21 缩放力对话框图 7-22 列表显示节点上的集中力3施加表面载荷表面载荷是结构分析中常见的一种形式。仍以矩形梁为例介绍其操作过程。选择 main menusolutiondefine loads apply structuralpressureon areas命令对面施加表面载荷。选中要定义表面载荷的面，然后单击ok按钮，接着弹出如图7-23 所示的对话框。在 apply pres on areas as a下拉列表框中选择constant value选项，在 load pres value文本框中输入载荷值“80”，单击 ok 按钮即可。图 7-23 施加表面载荷用户还可以

22、选择main menusolutiondefine loadsapplystructuralpressureon lines命 令 对 线 施 加 表 面 载 荷 ； 选 择 main menusolutiondefine loads applystructural pressureon nodes命令对节点施加表面载荷；选择main menusolutiondefine loads applystructuralpressureon elements 命令对单元施加表面载荷。注意： ansys 程序是用单元来存储施加在节点上的面载荷。因此，如果对同一表面使用节点面载荷命令和单元面载荷命令，则

23、最后施加的面载荷命令有效。在ansys 中，不仅可以将表面载荷施加到线和面上，还可以施加到节点和单元上。可以施加均布的载荷，也可以施加线性变化的载荷，还可以施加按一定函数关系变化的载荷。（1）梁单元上的压力载荷梁单元是一种线单元，可以在其上施加侧向的压力载荷，其大小为每单位长度的力，压力可以沿长度线性变化。下面以简支梁为例介绍在梁单元上施加压力的相关操作。定义单元类型为beam3 ，并按图 7-24 设置实常数。 建立关键点1 和 2，坐标分别为 （ 0，0，0）和（ 10，0，0） ，并连接生成线。划分网格，把直线分成5 段。并在梁左端关键点上施加 ux 和uy 方向的位移约束，在梁右端关键

24、点上施加uy 方向的位移约束， 如图 7-25 所示。图 7-24 设置实常数图 7-25 简支梁单元模型选择 main menusolutiondefine loads apply structuralpressureon beams命令，弹出图形选取对话框， 选择单元1， 单击 apply 按钮，弹出如图7-26 所示的 apply pres on beams对话框。在 pressure value at node i文本框中输入“10”，单击 apply 按钮，则单元1 被施加了均匀载荷，如图7-27 所示。 （此时， j节点处不输入任何值默认为同i节点，若输入0，则为 0） 。图 7-

25、26 对梁单元施加面载荷图 7-27 施加均布载荷接着选取单元2 和 3，在 apply pres on beams对话框中设置 load key文本框为1，在pressure value at node i文本框中输入“ 10”，在 pressure value at node j文本框中输入“ 0”，单击apply 按钮，则单元2 和 3 被施加了三角形载荷，如图7-28 所示。图 7-28 施加三角形载荷load key用于设置压力载荷的类型，设置为1表示从节点 i到节点 j的法向力，正值表示沿单元坐标系y法向；设置为2 表示从节点 i到节点 j的切向力，正值表示单元坐标系+x 切向；设

26、置为3 表示节点 i端部轴向力，正值表示沿单元坐标系+x轴向；设置为4 表示节点 j端部轴向力，正值表示沿单元坐标系x轴向。接着选取单元4，在apply pres on beams 对话框中设置 load key文本框为1，在pressure value at node i文本框中输入 “ 10”，在offset from i node 文本框中输入“0 5” ，单击 apply 按钮，结果如图7-29 所示。可以看出单元4 上的载荷在 i节点端有部分偏移。图 7-29 施加节点 i偏移载荷图 7-30 施加节点 j偏移载荷接着选取单元5，在apply pres on beams 对话框中设置

27、 load key文本框为1，在pressure value at node i文本框中输入 “ 10”，在 offset from i node 文本框中输入 “0 .5” ，单击 apply 按钮，结果如图7-30 所示。可以看出单元5 上的载荷在 j节点端有部分偏移。（2）指定斜率要指定线性变化的压力，可以使用指定斜率功能，用于随后施加的表面载荷。图 7-31 矩形面模型例如，对图 7-31 所示的矩形面施加线性变化的力，可在笛卡尔坐标系中y方向指定其斜率。具体操作步骤如下：定义单元类型shell43 ，并建立边长为20 和 40 的矩形面。按图7-31 所示进行网格划分，并打开节点号显

28、示。选择 main menusolutiondefine loadssettingsfor surface ldgradient命令，弹出如图 7-32 所示的 gradient specification for surface loads 对话框。图 7-32 指定斜率对话框在type of surface load下拉列表框中选择pressure ；在 slope value（load/length）文本框中输入 “ -25” ，在 slope direction 下拉列表中选择y direction 选项，并在 location along sidir- 文本框中输入 “0”，表示压力

29、沿y的正方向每个单位长度下降25。单击 ok按钮关闭对话框。选择 main menusolutiondefine loadsapplystructuralpressureon nodes命令，弹出图形选取对话框，选择节点1、8、17 和 16，单击 ok按钮，弹出如图7-33 所示的对话框。在load pres value文本框中输入 “500”，单击 ok按钮关闭对话框。图 7-33 对节点施加载荷至此线性变化的载荷已经施加完毕。选择utility menu list loads surface loads on picked nodes命令，依次选择节点1、18、 17 和 16，然后单击

30、 ok按钮即可列表显示压力载荷，如图7-34 所示。图 7-34 列表显示表面载荷注意：指定了斜率后，对所有随后的载荷施加都起作用。要去除指定的斜率，可在命令输入窗口中输入“ sfgrad”，然后回车即可（3）函数加载有些载荷是按一定的函数关系非线性变化的，对于这种载荷的施加就要用到函数加载的方法。以图7-31 所示的矩形板模型为例，对节点1、2、3、4 施加函数载荷，具体操作步骤如下。选择 utility menu parameters array parameters define/edit命令，弹出如图7-35 所示的对话框。图 7-35 数组管理对话框单击 add 按钮，弹出如图7-3

31、6 所示的对话框。在parameters name文本框中输入数组名“ pres_1 ”,在no.of rows ，cols，planes文本框中输入 “ 4”、“ 1”和“ 1”，然后单击 ok按钮，回到图7-35 的数组管理对话框。图 7-36 设置数组选中已经定义的数组pres_1，然后单击 edit按钮，弹出如图7-37 所示的对话框，并按图所示输入四个数据。然后选择 file apply/quit 命令，关闭对话框。 至此定义了一个四维数组。图 7-37 定义数组数据选择 main menusolutiondefine loadssettingsfor surface ldnode

32、function命令，弹出function of surface load vs node number 对话框，如图7-38 所示。在name of array parameter-文本框中输入 “pres_1 （1）” ，然后单击 ok 按钮确认。图 7-38 设置函数对话框选择 main menusolutiondefine loadsapplystructural pressure on nodes命令，弹出图形选取对话框，选择节点1、3、4 和 2，单击 ok按钮，弹出如图7-39 所示的对话框。在load pres value文本框中输入 “100”。单击 ok按钮，按函数变化的载

33、荷施加完毕。选择 utility menu list loads surface loadson picked nodes命令，依次选择节点1、3、4 和 2，然后单击 ok按钮即可列表显示压力载荷，如图7-40 所示。图 7-39 对节点施加载荷图 7-40 列表显示节点载荷4施加体载荷（1）施加体载荷用户可以对单元、关键点、线、面和体施加体载荷，操作类似，以对节点施加体载荷的操作为例。下面以图7-31 所示的矩形面为例。选择 main menusolutiondefine loadsapplystructural temperatureon nodes命令，弹出图形选取对话框，选择适当的节

34、点，单击ok按钮，弹出如图7-41 所示的对话框。在temperature value文本框中输入温度值，单击ok 按钮即可。选择utility menu list loads body on all nodes 命令，可列表显示节点的体载荷。图 7-41 对节点施加载荷图 7-42 施加重力对话框（2）施加惯性载荷惯性载荷中最常见的是重力载荷。下面介绍重力载荷的施加步骤。选择 main menusolutiondefine loadsapplystructural inertiagravity 命令，弹出如图 7-42 所示的对话框。 在global cartesian y-comp 文本框

35、中输入重力加速度9.8， 然后单击 ok按钮即可。此时图形视窗中会有一个向上的箭头表示加速度场的方向。选择 main menusolutiondefine loadsdeletestructural inertiagravity命令，可删除定义的惯性载荷。5施加特殊载荷除了以上介绍的常见载荷外，在ansys 中还提供了一些特殊载荷的施加方法。如耦合场载荷、轴对称载荷和预应力载荷等。（1）施加耦合场载荷在耦合场分析中，通常包含将一个分析中的结果数据施加于第二个分析并作为第二个分析的载荷。例如， 可以将热力分析中计算得到的节点温度施加于结构分析中做为体载荷。要施加这样的耦合场载荷，按以下方法操作。

36、选 择 main menusolutiondefine loadsapplystructural temperaturefrom therm analy 命令，弹出如图7-43 所示的 apply temp from thermal analysis对话框。图 7-43 对节点施加载荷在load step and substep no.文本框中输入载荷步和子步数，单击browse按钮，选择热力学分析生成的结果文件，单击ok 按钮即可。（2）施加轴对称载荷对于轴对称的协调单元（如plane25 、shell61 、plane75等）程序要求将载荷以傅立叶级数的形式施加。对这些单元， 选择 mai

37、n menusolutionload step optsotherfor harmonic ele命令，弹出如图7-44 所示的 loading term for harmonic elements对话框。 进行适当设置后，单击 ok按钮。 然后再用其他的载荷施加命令对模型进行施加载荷。图 7-44 施加轴对称载荷6求解载荷施加完成后，即可进行有限元的求解。通常有限元求解的结果包括：节点的自由度值（基本解）和原始解的导出值（单元解）。ansys 提供了多种求解有限元方程的方法：直接解法、稀疏矩阵法、雅可比共轭梯度法、不完全乔类斯基共轭梯度法、条件共轭梯度法和自动迭代法等。这就要用户在进行求解之

38、前合理地选择适当的求解方法进行求解。（1）选择合适的求解器进行求解时，程序默认的求解器是直接求解法，如果用户想改变求解器，可按下述步骤操作。选择 main menusolutionanalysis type sol，n controls命令， 弹出求解控制对话框，选择其中的 sol，n options标签，如图7-45 所示。图 7-45 求解控制对话框在equation solvers单选列表框中选择适当的求解器，单击ok 按钮即可。用户还可以通过以下方法来选择求解器。选择 main menu solution unabridged menu命令展开求解模块的隐藏菜单。选择 main men

39、u solutionanalysis type analysis options命令，弹出 static or steady -state analysis 对话框。在 equation solver 下拉列表框中选择适当的求解器，单击ok按钮即可，如图7-46 所示。表 7-2 提供了选择求解器时的一般准则，供用户参考。（2）求解多步载荷对于多步载荷的求解，一般有如下三种方法：多重求解法、载荷文件法、矩阵参数法。本书仅介绍前两种常用的方法：多重求解法和载荷步文件法。图 7-46 求解控制对话框表 7-2 求解器选择准则解法适用场合模型大小内存使用硬盘使用直接解法要求稳定性（非线性分析）或内存

40、受限制低于 50 000 自由度低高稀疏矩阵法要求稳定性和求解速度（非线性分析）；线性分析收敛很慢时（尤其对病态矩阵，如形状不好的单元）自由度为 10 00050 000 （多用于板壳和梁模型）中高雅可比共轭梯度法在单场问题（如热、磁、声等）中求解速度很重要时自由度为 50 0001 000 000以上中低不完全乔类斯基共轭梯度法在多物理场模型中求解速度很重要时，其他迭代很难收敛的模型自由度为 50 0001 000 000以上高低条件共轭梯 度 法当求解速度很重要的情况（大型模型的线性分析），尤其适合实体单元的大型模型自由度为 50 0001 000 000 高低多重求解方法是最常用的方法，

41、它的步骤是在每个载荷步定义好后就执行solve 命令。它的缺点是在交互使用时必须等到每一步求解结束后才能定义下一载荷步。载荷步文件法是将每一载荷步写到载荷步文件中，然后通过一条命令就可以读入每个载荷步文件并获得解答。要求解多步载荷，选择main menusolutionfrom ls files命令，弹出如图 7-47 所示的对话框。在starting ls file number、ending ls file number和file number increment文本框中分别输入载荷步文件的最小序号、最大序号和序号增量，单击ok按钮即可。（3）中断和重新启动用户可以中断正在运行的ansys

42、 求解。在一个多任务操作系统中完全中断一个非线性分析时，会产生一个放弃文件，命名为jobname.abt。在平衡方程迭代的开始，如果ansys 程序发现在工作目录中有这样一个文件，分析过程将会停止，并能在以后重新启动。图 7-47 求解载荷步文件对话框有时在第一次运行完成后也许要重新启动分析过程，例如想将更多的载荷步加到分析中。重新启动的操作步骤如下： 启动 ansys 程序，选择 utility menu file change jobname 命令，设定一个与第一次运行时相同的工作名。 选择 main menusolution 命令，进入求解模块， 然后单击工具栏上的resum-db 按钮

43、恢复数据库文件。 选择 main menusolutionanalysis typerestart命令，指定为重新启动分析。 按需要修正载荷或附加载荷。说明：新加的斜坡载荷从零开始增加，新施加的体载荷从初始值开始。删除重新加上的载荷可视为新施加的载荷，而不用调整；待删除的表面载荷和体载荷，必须减小到零或初始值，以保持 jobname.esav文件和 jobname.osav文件的数据库一致。 选择 main menusolutionload step optsotherreuse tri matrix命令，弹出如图 7-48所示的对话框。选择是否要重新使用三角化矩阵。图 7-48 重新使用三角

44、化矩阵对话框说明： 默认情况下程序重新启动计算新的三角化矩阵，用户可以通过此命令使程序使用原有的矩阵，这样可以节省大量计算时间。然而，仅在某些条件下才能使用jobname.tri文件，尤其当规定的自由度约束没有发生改变，且为线性分析时。 选择 main menusolutionslovecurrent ls命令，进行重新求解。7计运行时间和文件大小对大模型或有复杂的非线性选项，了解分析求解所需要时间及分析文件的大小等信息是很必要的。 ansys 可在 run-time stat 模块中估算这些信息。run-time stat 模块能够根据数据库中的信息估算运行时间和其他统计量。因此，必须在进入

45、run-time stat模块之前定义好模型的几何量、载荷项及分析选项等。估计运行时间的操作步骤如下：（1） 选择 main menurun-time statssystem settings 命令，弹出如图7-49 所示的 system settings for runtime estimates对话框。其中mips为每秒钟执行的指令数，以百万条计；melops 为每秒钟进行的浮点运算数，以百万条计。如无需修改单击ok按钮。图 7-49 估计运行时间系统设置对话框（2）选择 main menurun-time statsiter settings命令，弹出如图7-50 所示的 iterati

46、on settings for runtime estimates 对话框。如无需修改单击ok 按钮。图 7-50 估计运行时间重复设置对话框图 7-51 统计运行时间对话框（3）选择 main menurun-time statsindividual stats命令，弹出如图7-51 所示的对话框。选中 runtime estimate复选框，并单击ok按钮。（4）接着将弹出运行时间估算结果，如图7-52 所示。图 7-52 运行时间估算结果要估算文件大小， 在图 7-51 所示的对话框中选择file size estimates复选框， 单击 ok按钮即可。图7-53 为估算得到的文件大小

47、结果。图 7-53 文件大小估算结果第 2 节 加载求解实例 1六角扳手问题如图 7-54 所示为内六角扳手，在手柄端部斜面上加面力100 n，在水平面上加向下的面力 20 n。 已知参数如下： 六边形横截面为正六边形，边长为 2.9 mm， 两平行形边距离为5 mm，杆长为 40 mm，手柄长为100 mm，弯曲半径为10 mm，试以静力学来分析计算在这两种外载分别作用下扳手的应力。条件弹性模量为2.061011 n/m2，泊松比为0.3。图 7-54 内六角扳手解题过程1. 读入建模结果文件将“ import ansys fileliujiaobanshou_ms.db ”文件从光盘复制到

48、工作目录，进入ansys ，打开保存完成前处理的六角扳手“ liujiaobanshou_ms.db ” 文件。在视图窗口显示如图7-55 所示的有限元模型。图 7-55 三维扳手模型单元2. 在扳手的末端施加位移约束选择 utility menuselectentities 选择nodes、by location 、z coordinates 设置 min 、max=0 。单击 apply 按钮，单击plot 按钮。选择 main menusolutiondefine loadsapplystructural displacement on nodes弹出节点选择对话框，单击pick all

49、 按钮。弹出约束选择对话框，如图7-56 所示，选择 all dof施加所有位移约束，单击ok 按钮。20n 100n 403:1 2.9 5r10 100 图 7-56 施加位移约束选择 utility menuplotelements，施加位移约束的模型如图7-57 所示。图 7-57 施加位移约束后的模型单元3. 在六角扳手把手柄部施加斜面上的面力100 n （1）选择欲施加斜面上力的面及节点运行 utility menuselectentities命令，选择areas、by location 、y coordinates，设置 min 、max=0.01 ，0.1。单击 apply 按

50、钮，单击plot按钮。继续选择areas、by location 、x coordinates ，设置 min、 max=0.00145 ，0.0029。选择 reselect选项，单击apply 按钮，单击plot 按钮。运行 utility menuselectentities命令，选择nodes、attached to ，单击 areas, all 按钮，单击 from full 按钮，单击 apply 按钮。 继续选择 nodes、by location 、y coordinates，设置 min 、max=0.087975 ，0.100025，选择 reselect选项，单击 ok

51、按钮。选择 utility menuplotnodes至此完成了要施加斜面上力的面以及节点的选择。（2）定义斜面上的面力选择 utility menuparametersget scalar data命令，弹出 get scalar data对话框。 在左边的滚动框中选取model data（模型数据），右边的滚动框中选取for selected set，如图 7-58 所示。单击 ok按钮，弹出 get data for selected entity set ( 从选择集中提取数据) 对话框，如图7-59 所示。在 name of parameter to be defined （参数变量

52、名）文本框中输入“ ymin”作为将要提取的参数变量名。在左边的列表框中选择current node set( 当前节点选择集) 项，表示将要提取的数据与节点选择有关。在右边的列表框中选择min y coordinate（y坐标的最小值） ，表示将要提取的数据是当前选择集中的所有节点的y坐标的最小值。图 7-58 提取数值参量对话框图 7-59 从选择集中提取数据对话框单击 apply 按钮， 弹出如图7-60 所示的对话框， 在左边的列表框中选择current node set，在右边的列表框中选择max y coordinate(y 坐标的最大值 )，表示将要提取的数据是当前选择集中的所有

53、节点的y坐标的最大值。在name of parameter to be defined（参数变量名）文本框中输入“ ymax ”作为将要提取的参数变量名。单击ok 按钮。图 7-60 从选择集中提取数据对话框选择 utility menuparametersscalar parameters 命令，系统弹出scalar parameters （参变量）对话框。在对话框中可以看到刚刚提取的变量ymin 和ymax 。在scalar parameters 对话框的selection输入框中输入“pup=100/（0.005*（ ymax-ymin） ） ” 。单击 accept按钮，添加新定义的变

54、量，如图7-61 所示。然后单击close关闭对话框。（3） 施加斜面上力选择 main menusolutiondefine loadsapplystructural pressure on nodes命令，系统弹出节点选择对话框，单击 pick all 按钮，选择当前选择集中所有节点，系统弹出 apply pres on nodes 对话框，如图7-62 所示。在 load pres value （面力数值）文本框中输入“pup” ，将定义的变量pup作为面力数值的值。图 7-61 参变量对话框图 7-62 在节点上施加面力对话框选择 utility menuselecteverythin

55、g 命令，选择所有图元、节点和单元；选择utility menuplotnodes 命令，显示节点，如图7-63 所示。图 7-63 加载斜面上面力的单元示意图（4）写出第一步载荷选择 main menusolutionload step optswrite ls file命令， 弹出write load step file （写载荷步文件）对话框，如图7-64 所示。在 load step file number n（载荷步文件编号）文本框中填入“1”。单击 ok 按钮，写入载荷步文件，关闭对话框。图 7-64写载荷步文件对话框4. 在六角扳手把手柄部施加向下压力20 n （1）定义向下压力

56、选择 utility menuparametersscalar parameters命令，弹出scalar parameters （参变量）对话框。 在scalar parameters 对话框的 selection输入框中输入 “pdown=20/（0.0029*（ymax-ymin） ） ” 。单击 accept按钮，添加新定义的变量，如图7-65 所示。然后单击 close关闭对话框。图 7-65 参变量对话框图 7-66 在节点上施加面力对话框（ 2） 选择要施加向下力的面以及节点选择 utility menuselectentities 命令，选择areas、 by location

57、 、 z coordinates， 设置 min 、 max=-0.0425 ， 单击 apply 按钮。继续选择nodes、attached to ，单击 areas，all按钮，单击 from full 按钮，单击 apply 按钮。继续选择nodes、by location、y coordinates ，设置 min 、max=0.087975 ，0.100025。选择 reselect选项，单击ok 按钮。 utility menuplotnodes。至此完成了要施加向下力的面以及节点的选择。（ 3 ）施 加向下的面力20 n选择main menusolutiondefine load

58、sapplystructural pressureon nodes命令，系统弹出节点选择对话框，单击pick all按钮， 选择当前选择集中所有节点，系统弹出apply pres on nodes 对话框， 如图 7-66 所示。在 load pres value（面力数值）文本框中输入“pdown” ，将定义的变量pdown 作为面力数值的值。选择 utility menuselecteverything 命令，选择所有图元、节点和单元；选择utility menuplotnodes 命令，显示节点，如图7-67 所示。（4）写出第二步载荷选择 main menusolutionload step optswrite ls file，弹出write load step file （写载荷步文件）对话框，如图7-68 所示。在 load step file