静力分析ansys.ppt

1、1、结构静力分析2、结构分析概述3、1结构分析定义、结构分析是有限元分析方法最常用的应用领域。 构造这个用语是广义的概念，也包含桥梁和建筑物等的土木工程构造的车体骨架等的汽车构造船舶的构造等的海洋构造飞机的机体等的航空构造活塞和传动轴等的机械零件。 ANSYS产品系列有七种结构分析类型。 在结构分析中修正的基本未知量(节点自由度)是位移，其他未知量(应变、应力、反作用力等)可以从节点位移导出。Definition、4、2结构分析类型、静力分析-用于确定静力载荷引起的结构位移和应力等。 静力分析包括线性分析和非线性分析。 非线性分析涉及塑性、应力刚化、大变形、大应变、超弹性、接触面和蠕变。 模态

2、分析-用于修正结构的模态频率和模态。 谐波分析-用于确定结构响应随时间正弦变化的载荷。 瞬态动力分析-用于修正随时间任意变化的载荷对结构的响应，可以计算上述静力分析的所有非线性。 谱分析-模态分析在修正响应谱或PSD输入(随机振动)引起的应力和应变方面的应用广泛。 弯曲分析-用于修正弯曲载荷并确定弯曲模式。 ANSYS可以进行线性(特征值)和非线性弯曲分析。 显式动力分析-ANSYS/LS-DYNA可用于高级非线性动力学和复杂接触问题的修正。 Guidelines，5，结构分析类型(续)以及上述7种分析类型用于断裂力学复合材料疲劳分析p-Method结构分析的单元：大多数ANSYS单元类型可用

3、于结构分析，单元类型从简单的杆单元和梁单元到比较特殊的应用6、.结构线性静力分析、7、1静力分析的定义、静力分析对一定载荷的结构效果进行补偿，不考虑惯性和衰减的影响，如结构受到随时间变化的载荷时等。 但是，静力分析可以修正恒定惯性载荷(如重力和离心力)对结构的影响，以及与等效静力的作用近似的时变载荷(如在许多建筑规范中通常定义的等效静力风载荷和地震载荷)。 Definition，8，2静力分析的负荷。 静力分析用于校正由于不包含惯性或阻尼效果的载荷作用于结构或组件而引起的位移、应力、应变和力。 假定固定的载荷和响应，即，载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。 施加于静力分析的载荷包括外部施加的力

4、和压力稳定惯性力(重力和离心力等)位移载荷温度载荷、Definition、9、3线性静力分析和非线性静力分析，静力分析可以是线性的也可以是非线性的。 非线性静力分析包括所有非线性类型，包括大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触(间隙)单元和超弹性单元。 本节主要讨论线性静力分析，非线性静力分析将在下一节介绍，Definition，10，4线性静力分析的求解步骤，加上1建模2载荷和边界条件，求出3 .结果评价和分析，11，III .结构非线性静力分析，12，如用卡钉卡钉。 在木架上放置重物会随着时间的推移而下垂。 (图11(b ) )。 当装载到汽车或卡车上时，其轮胎与下面的路面的接触根据货物的重量

5、而变化(参照图11 )。当在以上示例中描绘负载变形曲线时，可以看出，变化的结构刚度(该变化是非线性结构的基本特征)、定义(继续)、图11的非线性结构行为的一般示例、14和2的非线性行为的原因以及结构非线性的原因，这表示状态变化的几何非线性材料的非线性(包括接触) 3、非线性分析的重要信息16、状态变化(包括接触)以及许多常见结构表示与状态相关的非线性行为，例如，可分为三种主要类型的轴承套可能接触，也可能不接触。 冻土可能冻结，也可能融化。 这些系统的刚度根据系统状态的变化而在不同的值之间急剧变化。 状态的变化可能是由外部因素引起的，例如，与载荷(例如电缆)直接相关，或冻土中的热力学条件紊乱。

6、ANSYS程序中的激活和杀死单元格选项用于模拟此状态的变化。 接触是普遍的非线性行为，接触是状态变化非线性形式中特殊重要的子集。 同样地，若该结构发生较大变形，则Lesson Objectives，17等的几何非线性会导致该结构的非线性，并且该变化的几何形状可以响应。 例如，一根钓竿随着垂直负荷的增加，杆持续弯曲，动力臂显着减少，杆前端显示出以高负荷增加的刚性。Lesson Objectives，18、材料非线性、非线性的应力应变关系是结构非线性的常见原因。 许多因素影响材料的应力应变特性(例如弹塑性响应)、环境状况(例如温度)和载荷时间的修改(例如蠕变响应)。 分级增加，定义，19，负荷和平

7、衡的世代。 近似的非线性修正算法是将负荷分割成一系列的负荷增量。 可以在几个载荷步骤或一个载荷步骤的几个子步骤中应用载荷增量。 解决每个增量后，继续下一个载荷。 增量之前，程序调整刚度矩阵以反映结构刚度的非线性变化。 但是遗憾的是，在单纯的增量近似中，误差必然在每个负荷增量中积累，导致种子结果最终失去平衡，如图13(a )所示。 ANSYS程序通过使用牛顿-拉普森平衡迭代法(NR法)克服了上述困难，不得已在各负荷增量的末端使解平衡收敛。 图13(b )是说明单自由度非线性分析中牛顿-拉普森平衡反复的使用的图。Definition，20，分段递增载荷和平衡迭代(续)，(a )纯递增分解(b )全

8、牛顿斜坡解(2个载荷递增)图13纯递增近似和牛顿斜坡解近似的关系，21，在这种情况下，独立的实体从固定曲面分离在这种情况下，可以激活另一个迭代方法、弧长方法，以帮助稳定的解决。 在弧长方法中，NR平衡的反复沿圆弧收敛，即使相切刚性矩阵的倾斜为零或负值，也经常阻止发散。 图14用曲线图表示该反复方法。22、逐步增加载荷和平衡迭代(续)、图14的传统NR方法和弧长方法的比较、23、非线性求解的组织水平、非线性求解可分为载荷步骤、子步骤、平衡迭代3个操作水平。 顶级由在一定时间范围内明确定义的载荷步长组成。 假设载荷在载荷步长内线性变化。 对于每个载荷步骤，可以控制程序执行多次解析(子步骤或时间步骤

9、)以逐步加载。 在每个子步中，程序进行一系列平衡迭代以获得收敛解。图15显示了用于非线性分析的典型载荷历史。 24、非线性解的组织级别(继续)、图15载荷步骤、子步骤和“时间”、25、在确定收敛裕度、平衡迭代的收敛裕度时，必须注意是基于载荷、变形还是联合的径向偏移(拉小于相应的平移，因此，如果您希望为每个条目创建不同的收敛标准或确定收敛标准，则ANSYS进程将提供一系列选项，可以为力、力矩、位移、旋转或这些项的任意组合创建收敛检查您也可以为每个项目设定不同的收敛公差。 关于多自由度问题，也存在收敛准则的选择问题。 确定收敛准则时，请记住基于力的收敛提供收敛的绝对度量，而基于位移的收敛仅提供表观

10、收敛的相对度量。 因此，如果需要，必须始终使用基于力(或基于力矩)的收敛公差。 如果需要，可以添加位移基础(或旋转基础)收敛检查，但通常不单独使用。 26、收敛裕度(接下来)，图16图示了当单独使用位移收敛检查时错误发生的情况。 在第二次迭代后校正的位移被认为是收敛的解的可能性很低，但问题离真正的解远。 为了防止这样的错误，必须使用力收敛检查。 完全依赖于图16的位移收敛检查可能会导致错误的结果、27、子步，使用多个子步时，必须考虑精度和成本的平衡。更多子步(即小时间步)通常会提高精度，但ANSYS有两种控制子步数的方法。 您可以指定子步骤数或时间步骤实际子步骤数，也可以指定时间步骤来控制子步

11、骤数。 自动时间步ANSYS程序基于结构特性和系统响应检查时间步、28和子步数，指示结构在其加载历史期间表现出高度的非线性特性，如果结构的行为子解能够确保充分收敛的解，则自己确定需要多少时间步29、自动时间步长，如果您预期结构的行为由线性变化为非线性，也许您想在系统响应的非线性部分之间改变时间步长。 在这种情况下，可以激活自动时间步长，根据需要调整时间步长，以在精度和成本之间取得平衡。 同样，如果您不确信问题能够收敛，您可能希望使用自动时间步骤启用ANSYS程序的两个特征。 二分法提供了一种自动纠正收敛失败的方法。 每次平衡迭代收敛失败时，二分法将时间步骤分成两半，并且从最后收敛的子步骤开始自

12、动重新启动，而如果两分钟的时间步骤再次收敛失败，则二分法再次分割该时间步骤并重新启动，以获得收敛或到达最小时间步骤(由你指定) 30、载荷和位移方向应考虑结构变形较大时载荷如何变化。 在许多情况下，无论结构如何变形，施加在系统上的载荷都保持一定的方向。 在某些情况下，力可能会随着单元方向的改变而改变方向。 在这两种情况下，ANSYS程序都可以根据所施加的载荷类型进行建模。 加速度和集中力与单元方向的变化无关，保持原始方向，表面载荷作用于变形单元表面的法线方向，可用于模拟“跟随”力。 图18是说明定压力和追随力的图。 请注意，大变形分析不会修改节点坐标系的方向。 因此，修正后的位移向第一个方向输

13、出。31、载荷和位移方向(继续)、图18的变形前后的载荷方向、32、用于非线性过渡过程的解析、非线性过渡过程的解析的过程与线性静态过程相同，以步骤为单位进行加载，过程在各步骤中进行平衡反复。 静态处理和瞬时处理的主要区别在于在瞬时过程分析中启用时间积分效果。 (因此，在过渡过程分析中，“时间”总是表示实际的时机。 自动时间步长和平分的特征同样适用于过渡过程分析。 33，4非线性分析中使用的命令使用与其他类型的分析相同的一组命令进行建模和非线性分析。 同样，可以从用户图形界面GUI中选择类似的选项来建模和解决问题，而不管进行的分析类型如何。 本章后面的部分“非线性实例分析(指令)，表示使用分批法

14、在ANSYS中分析非线性分析时的一系列指令。 另一个“非线性实例分析(GUI方法)”表示如何从ANSYS的GUI执行同样的实例分析。 而且，Lesson Objectives，34，5非线性分析步骤的概要虽然比非线性分析要复杂，但处理也大致相同。 但是，在非线性分析的适当过程中，添加了必要的非线性特性。Lesson Objectives，35，如何进行非线性静态分析，非线性静态分析是静态分析的特殊形式。 与静态分析一样，处理过程主要包括三个主要步骤： 1、建模。 2 .装载并得到解答。 3 .考察结果。 36，求解步骤：建模，步骤1 :建模虽然该步骤在线性和非线性分析中都是必需的，但是如果该步

15、骤可包含特殊的单元或非线性材料特性，并且模型包含大的应变效应，则应力应变数据为真实应力、Guidelines，37，加载求解器步骤：求解器，步骤2 :加载并检索求解器在此步骤中，定义分析类型和选项，并指定载荷步骤选项以启动有限无求解器。 非线性解决方案与线性解决方案不同，因为非线性解决方案通常需要多个载荷增量，并且始终需要平衡迭代。 过程如下： 1，进入ANSYS求解器命令：/solution GUI :主菜单解决方案2，定义分析类型和分析选项。 分析类型和分析选项在第一个载荷步骤之后(即，在发出第一个SOLVL命令之后)不能更改。 ANSYS提供了用于静态分析的选项。38、求解步骤：加载求解

16、(继续)、表11分析类型和分析选项：新的分析ANTYPE通常使用New Analysis (新的分析)。 可选：分析类型：选择静态分析。 可选：大变形或大变形选项(GEOM )并非所有非线性分析都会大变形。 请参见“使用几何非线性”以进一步考虑大的变体。 39、求解步骤：负荷求解(继续)、选项：如果有应力刚化效果SSTIF应力刚化效果，则选择ON。 可选：牛顿斜坡选项NROPT仅在非线性分析中使用此选项。 此选项指定在校正操作期间校正相切矩阵的频率。 您可以指定这些值之一。 程序选择(NROPT，ANTO ) :程序根据您模型中存在的非线性类型，选择使用这些选项之一。 牛顿拉普森法可根据需要自动激活自适应降低。40、求解步骤：负载求解(继续)、修改(NROPT，MODI ) :程序使用修改的牛顿斜坡法，在该方法中，在每个子步骤中修改正切刚度矩阵。 在一个子步的平衡堆栈期间，矩阵保持不变。 此选项不适用于大变形分析。 无法使用自适应降阶的初始刚度(NROPT，INIT ) :程序为每个平衡迭代使用初始刚度矩阵的选项似乎比完整选