通用有限元程序ANSYS及应用_05.ppt

1、24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-1,硕士研究生学位课程讲义（2008）,通用有限元程序ANSYS及应用 (五),主 讲： 钱 江 结构工程与防灾研究所 Tel：65986113 (B310) Email: 二OO八年三月二十四日,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-2,硕士研究生学位课程讲义（2008）,第五讲 内容提要 7. 基本的加载及求解过程 7.1 荷载概述 7.2 荷载施加及修改 7.3 荷载步及时间选项 7.4 求解器选择及求解 7.5 多步求解及重启动 8. 数据后处理 8.1 创建列表及计算结果的列表输出 8.2

2、计算结果的图形显示 8.3 时间历程的图形显示 8.4 组合工况的结果输出 8.5 动画显示,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-3,硕士研究生学位课程讲义（2008）,7. 基本的加载及求解过程 7.1 荷载概述 7.2 荷载施加及修改 7.3 荷载步及时间选项 7.4 求解器选择及求解 7.5 多步求解及重启动,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-4,7.1 荷载概述,ANSYS中的载荷可分为: 自由度DOF 定义节点的自由度（ DOF ） 值 (结构分析_位移) 集中载荷 点载荷 (结构分析_力) 面载荷 作用在表面的分布载荷

3、(结构分析_压力) 体积载荷 作用在体积或场域内 (热分析_体积膨胀) 惯性载荷 结构质量或惯性引起的载荷 (重力、角速度等),载荷分类,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-5,7.2 荷载施加及修改,可在实体模型或 FEA 模型 (节点和单元) 上加载.,在关键点处约束,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-6,7.2 荷载施加及修改(续1),几何模型加载独立于有限元网格。重新划分网格或局部网格修改不影响载荷。 加载的操作更加容易，尤其是在图形中直接拾取时。,直接在实体模型加载的优点:,24 March 2008,通用有限元程序ANS

4、YS及应用,L5-7,7.2 荷载施加及修改(续2),无论采取何种加载方式，ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型。因此，加载到实体的载荷将自动转化到 其所属的节点或单元上。,加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上,沿线均布的压力,均布压力转化到以线为边界的各单元上,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-8,7.2 荷载施加及修改(续3),24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-9,7.2 荷载施加及修改(续4),在关键点施加位移约束: Main Menu: Solution -Define Loads -Apply -Struc

5、tural -Displacement On Keypoints Expand 功能可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上,类似地，可以在线和面上施加位移约束，但没有 Expand 功能选项。,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-10,7.2 荷载施加及修改(续5),加载面力载荷： Main Menu: Solution -Define Loads -Apply -Structural -Pressure On Lines,仅输入一个数值即为均布压力,注意：压力数值为正表示其方向 指向作用面,输入两个数值则定义线布压力,24 March 2008,通用有限

6、元程序ANSYS及应用,L5-11,7.2 荷载施加及修改(续4),500 J,1000 J,500 J,线布压力载荷沿起始关键点(I) 线性变化到第二个关键点 (J)。 如果加载后坡度的方向相反, 将两个压力数值对调即可。,VAL I = 500,VAL I = 500 VAL J = 1000,VAL I = 1000 VAL J = 500,加载面力载荷（续）：,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-12,7.2 荷载施加及修改(续5),校验载荷 通过 plotting 画出载荷: Utility Menu: PlotCtrls Symbols .,实体模型载

7、荷显示在几何模型上 (体、面、线或关键点) 有限元模型载荷在画节点或单元时显示,或通过 listing列表载荷: Utility Menu: List Loads,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-13,7.2 荷载施加及修改(续6),注意: 在实体模型上施加的载荷，只有到求解初始 化时，才会被自动转化到有限元模型中的节 点和单元上。 但也可以不进行求解，通过执行以下操作将实体模型上的载荷转化到有限元节点和单元上: Main Menu: Solution -Define Loads -Operate -Transfer to FE ,24 March 2008,

8、通用有限元程序ANSYS及应用,L5-14,7.2 荷载施加及修改(续7),删除载荷 Main Menu: Solution -Define Loads -Delete,All Load Data 选项可同时删除模型中的任一类载荷。,Structural 下单列的各选项则只删除模型选定的载荷。,当实体模型被删除时, ANSYS 将自动删除其上所有的载荷。 但在删除由两关键点扩展形成的位移约束时例外！此时程序只删除两关键点上的约束， 而加载时扩展形成的中间节点的约束必须用手工删除。,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-15,7.3 荷载步及时间选项 一个载荷步是指边

9、界条件和载荷选项的一次设置，用户可对此进行一次或多次求解。 一个分析过程可以包括： 单一载荷步（常常这是足够的） 多重载荷步 有三种方法可以用来定义并求解多载荷步 多次求解方法 载荷步文件方法 向量参数方法,7.3 荷载步及时间选项,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-16,多次求解方法 它是三种方法中最易理解的方法 缺点：用户必须等到每一次求解完成后才能定义下一次载荷步（除非使用批处理方法） 注意：只有在不离开求解过程时，此方法才有效。否则，必须指示程序进行重启动 为了使用多次求解方法： 定义第一个载荷步并存盘 进行求解 不要退出求解器，按需要为第二次求解改变载

10、荷步并存盘 进行求解 不要退出求解器，继续进行步骤3和步骤4直到所有的载荷步完成 进行后处理,7.3 荷载步及时间选项(续1),24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-17,载荷步文件方法 当用户想离开计算机时，使用此方法求解多重载荷步是很方便的 程序将每个载荷步写到一个载荷步文件，此文件名为jobname.sxx（sxx为载荷步号），然后使用一条命令，读进每个载荷步文件并开始求解 为了使用载荷步文件方法： 1. 定义第一个载荷步 2. 写荷载步文件： Main Menu: Solution Load Step Opts Write LS File (Jobname.

11、sxx) 3. 为了进行第二次求解按需要改变载荷条件 4. 写到第二个文件 5. 利用载荷步文件进行求解 Main Menu: Solution -Solve- From LS Files (Jobname.sxx),7.3 荷载步及时间选项(续2),24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-18,使用向量参数方法 主要用于瞬态和非线性稳静态分析。 使用向量参数和循环语句来定义一个载荷随时间变化的表 *DO,FYVAL,1,10,1 *DIM,LOADVALS,5 F,1,FY,FYVAL LOADVALS(1)=1,2,3,5,7 SOLVE *DO,II,1,5,1

12、 *ENDDO F,1,FY,LOADVALS(II) SOLVE *ENDDO,7.3 荷载步及时间选项,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-19,7.4 求解器选择及求解,求解器 的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组 - 这个过程可能需要花费几分钟(1,000个自由度)到几个小时或者几天 (100,000 - 1,000,000 自由度)，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。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。 ANSYS提供了三个求解器用于一般求解：波前求解器（Frontal so

13、lver）和 PCG求解器（ PCG solver）（预条件共扼梯度, 或者 “Power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。,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-20,7.4 求解器选择及求解（续1）,波前(Wavefront)求解器 波前求解器经常发出“主对角值”或“主元”为小或负的警告或错误信息，指出求解发生奇异。任何一条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略掉。 Power求解器 Power求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下，它仍可以计算求解，或者结果不收敛，但仍然进行所有的PCG迭代计算

14、，并输出错误信息。,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-21,7.4 求解器选择及求解（续2）,求解前的模型检查 在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容: 统一的单位 单元类型和选项 材料性质参数 考虑惯性时应输入材料密度 热应力分析时应输入材料的热膨胀系数 实常数 (单元特性) 单元实常数和材料类型的设置 实体模型的质量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items) 模型中不应存在的缝隙 壳单元的法向 节点坐标系 集中、体积载荷 面力方向,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-22,7.4

15、 求解器选择及求解（续3）,求解失败的可能原因 没有获得结果的原因是什么? 往往是求解输入的模型不完整或存在错误，典型原因有: 约束不够 ! (通常出现的问题)。 当模型中有非线性单元 (如缝隙 gaps、滑块sliders、铰hinges、索cables等），整体或部分结构出现崩溃或“松脱”。 材料性质参数有负值, 如密度或瞬态热分析时的比热值。 未约束铰接结构，如两个水平运动的梁单元在竖直方向没有约束。 屈曲 - 当应力刚化效应为负（压）时，在载荷作用下整个结构刚度弱化。如果刚度减小到零或更小时，求解存在奇异性，因为整个结构已发生屈曲。,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS

16、及应用,L5-23,7.5 多步求解及重启动 留待以后结合实例介绍,7.5 荷载步及时间选项,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-24,硕士研究生学位课程讲义（2008）,8. 数据后处理 8.1 创建列表及计算结果的列表输出 8.2 计算结果的图形显示 8.3 时间历程的图形显示 8.4 组合工况的结果输出 8.5 动画显示,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-25,8. 数据后处理,ANSYS 有两个后处理器: 通用后处理器 (即 “POST1”) (即 “POST1”) 只能观看整个模型在某一时刻的结果。 时间历程后处理器 (即

17、 “POST26”) 可观看模型在不同时间的结果。 但此后处理器只能用于处理瞬态和/或动力分析结果。,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-26,通用后处理模块（/POST7） 在进入通用后处理阶段后，想画出分析的结果，选择：Plot Results . 想用列表的形式列出分析的结果，选择：List Results . 想要查询某些结点或者单元处的应力值以及其它分析选项，选择：Query Results .,8.1 创建列表及计算结果的列表输出,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-27,8.1 创建列表及计算结果的列表输出,8.1 结果

18、列表中的分页控制 分页控制命令： /PAGE /PAGE, ILINE, ICHAR, BLINE, BCHAR 示例： /PAGE, , ,10000 ! 每页显示10000行,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-28,8.4 组合工况的结果输出,ANSYS 中荷载组的定义及荷载组数据间的运算 定义荷载组： LCDEF,1,1,1 ! 指定第1荷载步第1子步为荷载组1 LCDEF,2,2,1 ! 指定第2荷载步第1子步为荷载组2 LCDEF,3,3,1 ! 指定第3荷载步第1子步为荷载组3 荷载组数据操作： LCFACT,1,1.2 ! 指定第1荷载组缩放因子为1.2 LCFACT,2,2.0 ! 指定第2荷载组缩放因子为2.0 LCFACT,3,0.3 ! 指定第3荷载组缩放因子为0.3,24 March 2008,通用有限元程序ANSYS及应用,L5-29,8.4 组合工况的结果输出（续）,ANSYS 中荷载组的定义及荷载组数据间的运算 组合工况运算： LCASE,1 ! 将荷载组1结果读入至当前数据库 LC