第4章 加载求解及后处理技术.docx
- 文档编号:5441148
- 上传时间:2023-05-08
- 格式:DOCX
- 页数:95
- 大小:1.17MB
第4章 加载求解及后处理技术.docx
《第4章 加载求解及后处理技术.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第4章 加载求解及后处理技术.docx(95页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
第4章加载求解及后处理技术
第4章加载求解及后处理技术
4.1荷载及其施加
4.1.1荷载
在ANSYS中荷载包括边界条件和作用力,对结构分析如下:
位移、力、压力、温度、重力,一般可将荷载分为六类,如表4-1所示。
名称
说明
结构分析中示例
自由度约束(DOFconstraint)
定义模型的自由度值
固定约束、支座沉降等
集中荷载(Force)
施加在模型上的集中荷载
力、力矩等
表面荷载(Surfaceload)
施加在模型面上的分布力
压力、线荷载
体荷载(Bodyload)
施加体积荷载或场荷载
温度
惯性荷载(Inertialoads)
施加物理惯性引起的荷载
重力加速度、角速度角加速度等
耦合场荷载Coupled-fieldloads
从一种分析得到的结果,作为另一种分析的荷载
热分析的温度等
荷载即可施加在几何模型(关键点、硬点、线、面、体)上,也可施加在有限元模型(节点、单元)上,或者二者混合使用。
施加在几何模型上的荷载独立于有限元网格,不必为修改网格而重新加载;
施加在有限元模型上且要修改网格,则必须先删除荷载再修改网格,然后重新施加荷载。
不管施加到何种模型上,在求解时荷载全部转换(自动或人工)到有限元模型上。
4.1.2施加自由度约束
在结构分析中自由度共有7个,自由度的方向均依从节点坐标系。
约束可施加在节点、关键点、线和面上。
位置
命令
功能
备注
节点
D
对节点施加自由度约束
在当前节点坐标系施加
DLIST
节点自由度约束列表
查看节点自由度约束的详细信息
DDELE
删除节点自由度约束
DSYM
对节点施加对称自由度约束
施加对称和反对称约束
DSCALE
比例缩放节点自由度约束的值
仅适用于有限元模型施加的约束
DCUM
累加节点自由度约束
可替代、累加和忽略3种方式
关键点
DK
对关键点施加自由度约束
关键点或关键点之间的节点
DKLIST
关键点自由度约束列表
DKDELE
删除关键点自由度约束
线
DL
对线施加自由度约束
线上所有节点,可SYMM
DLLIST
线自由度约束列表
DLDELE
删除线自由度约束
面
DA
对面施加自由度约束
面上所有节点,可SYMM
DALIST
面约束自由度列表
DADELE
删除面自由度约束
转换
DTRAN
传到有限元模型上
仅仅转换自由度约束
SBCTRAN
将所有边界条件传递
转换自由度约束和荷载
1.节点自由度约束及相关命令
⑴对节点施加自由度约束
命令:
D,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC,Lab2,Lab3,Lab4,Lab5,Lab6
NODE---拟施加约束的节点号,其值可取ALL、组件名。
Lab---自由度标识符,如UX、ROTZ等。
如为ALL,则为所有适宜的自由度。
VALUE---自由度约束位移值或表式边界条件的表格名称。
VALUE2---约束位移值的第二个数,如为复数输入时,VALUE为实部,而VALUE2为虚部。
NEND,NINC---节点编号范围和编号增量,缺省时NEND=NODE,NINC=1。
Lab2,Lab3,Lab4,Lab5,Lab6---其它自由度标识符,VALUE对这些自由度也有效。
各自由度的方向用节点坐标系确定,转角约束位移用弧度输入
例如:
D,ALL,ALL!
对所选节点的全部自由度施加约束
D,18,UX,,,,,UY,UZ!
对节点18的3个平动自由度全部施加约束
D,20,UX,1.0e-4!
对节点20的UX施加约束,且约束位移值为1.0e-4
D,22,UX,0.1,,25,,UY,ROTY
!
对节点22~25的UX,UY,ROTY施加约束,且位移值均为0.1
⑷在节点上施加对称和反对称约束
命令:
DSYM,Lab,Normal,KCN
Lab---对称标识,如为SYMM则生成对称约束,如为ASYM则生成反对称约束。
Normal---约束的表面方向标识,一般垂直于参数KCN坐标系中的坐标方向。
其值有:
=X(缺省):
表面垂直于X方向,非直角坐标系为R方向;
=Y:
表面垂直于Y方向,非直角坐标系为θ方向;
=Z:
表面垂直于Z方向,球和环坐标系为Φ方向;
KCN---用于定义表面方向的整体或局部坐标系的参考号。
Normal
参数
对称边界条件
反对称边界条件
2D
3D
2D
3D
X
UX,ROTZ
UX,ROTZ,ROTY
UY
UY,UZ,ROTX
Y
UX,ROTZ
UY,ROTZ,ROTX
UX
UX,UZ,ROTY
Z
---
UZ,ROTX,ROTY
---
UX,UY,ROTZ
2.关键点自由度约束及相关命令
⑴对关键点施加自由度约束
命令:
DK,KPOI,Lab,VALUE,VALUE2,KEXPND,Lab2,Lab3,Lab4,Lab5,Lab6
KPOI---关键点编号,也可取ALL或元件名。
KEXPND---扩展控制参数。
如为0则仅施加约束到关键点上的节点;如为1则扩展到关键点之间(两关键点所连线)的所有节点上,且包括关键点上的节点,当然约束位移值相同。
其余参数同D命令中的参数。
(2)列表和删除关键点自由度约束的命令分别为:
列表:
DKLIST,KPOI
删除:
DKDELE,KPOI,Lab
例如:
DK,ALL,ALL!
约束所选择全部关键点的全部自由度
DK,1,UY!
对关键点1施加UY自由度约束
DK,2,UX,0.01,,,UY,ROTZ!
对关键点2的UX,UY,ROTZ施加约束,且位移值均为0.01
3.对线施加自由度约束
⑴对线施加自由度约束
命令:
DL,LINE,AREA,Lab,Value1,Value2
LINE---线编号,也可为ALL(缺省)或元件名。
AREA---包含该线的面编号,并假定对称与反对称面垂直于该面,且线位于对称或反对称面内,缺省为包含该线的所选择面中的最小编号。
如不是对称或反对称约束,则此面号无意义。
Lab---自由度标识符,其值可取:
=SYMM:
对称约束,按DSYM命令的方式生成;
=ASYM:
反对称约束,按DSYM命令的方式生成;
=UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,WRAP:
各自由度约束;
=ALL:
所有适宜的自由度约束(与单元相关)。
Value1---自由度约束位移值或表格边界条件的表格名称。
表格边界条件仅对UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ有效,且Value1=%tabname%。
Value2---仅对FLOTRAN分析时有用,对结构分析无意义。
该命令对线上的所有节点施加自由度约束。
(2)而列表和删除线上自由度约束的命令分别为:
列表:
DLLIST,LINE
删除:
DLDELE,LINE,Lab
!
EX4.2对线施加约束并转换
finish$/clear$/prep7
et,1,95$blc4,,,10,10,10!
定义单元类型、创建长方体
dl,7,,ux,0.1!
线7施加UX自由度约束,位移值为0.1
dl,5,,all!
线5施加全部自由度约束
dl,11,6,symm!
线11施加对称约束,面号为6
dl,10,6,asym!
线10施加反对称约束,面号为6
dl,6,,symm!
线6施加对称约束,面号缺省
DLLIST!
列表显式线约束信息
esize,2$vmesh,all!
划分单元
dtran$DLIST!
转换约束到有限元模型,并列表显示
4.对面施加自由度约束
命令:
DA,AREA,Lab,Value1,Value2
其中AREA为拟施加约束的面号,也可为ALL或元件名,其余同DL命令中的参数。
该命令对面上的所有节点施加自由度约束。
列表和删除面上自由度约束的命令分别为:
列表:
DALIST,AREA
删除:
DADELE,AREA,Lab
5.约束转换命令
仅转换约束自由度命令:
DTRAN
边界条件和荷载转换命令:
SBCTRAN
这两命令将几何模型施加的约束和荷载转换到有限元模型上。
也可不执行这两个命令而在求解时由系统自动转换。
6.自由度约束的冲突
对于DK、DL和DA命令施加的自由度约束参数可能会发生冲突,例如:
DL指定会与相邻线(有公共关键点)上的DL指定冲突;
DL指定会与任一关键点上的DK指定冲突;
DA指定会与相邻面(有公共关键点和公共线)上的DA指定冲突;
DA指定会与任一线上的DL指定冲突;
DA指定会与任一关键点上的DK指定冲突。
按下列顺序将施加到几何模型上的自由度约束转换到有限元模型上:
①按面号增加的顺序,将DA的自由度约束转换到面上的所有节点;
②按面号增加的顺序,将DA约束的SYMM和ASYM转换到面上的所有节点;
③按线号增加的顺序,将DL自由度约束转换到线上的所有节点;
④按线号增加的顺序,将DL的SYMM和ASYM约束转换到线上的所有节点;
⑤将DK自由度约束转换到关键点上的所有节点。
所以,对冲突的约束,DK命令改写DL命令,DL命令改写DA命令,施加在较大编号图素上的约束改写较低编号上的约束。
这种冲突的处理与命令执行的前后顺序没有关系,但当发生冲突时,系统会发出警告信息。
4.1.3施加集中荷载
结构分析中的集中荷载及其标识符为力FX,FY,FZ及力矩MX,MY,MZ。
位置
命令
功能
备注
节点
F
对节点施加集中荷载
在当前节点坐标系施加
FLIST
节点集中荷载列表
查看节点集中荷载的详细信息
FDELE
删除节点集中荷载
FSCALE
比例缩放节点集中荷载
仅适用于有限元模型
FCUM
累加节点集中荷载
可替代、累加和忽略3种方式
关键点
FK
对关键点施加集中荷载
FKLIST
关键点集中荷载列表
FKDELE
删除关键点集中荷载
转换
FTRAN
将几何模型上的集中荷载传到有限元模型上
仅仅转换集中荷载
SBCTRAN
将几何模型上的所有边界条件传到有限元模型
转换自由度约束和荷载
1.施加节点集中荷载
命令:
F,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC
NODE---节点编号,也可为ALL或元件名。
Lab---集中荷载标识符,如FX,FY,FZ,MX,MY,MZ其中任一。
VALUE---集中荷载值或表式边界条件的表格名称。
VALUE2---集中荷载值的第二个数,如为复数输入时,VALUE为实部,而VALUE2为虚部。
NEND,NINC---节点编号范围和编号增量。
节点集中荷载列表:
FLIST
删除节点集中荷载:
FDELE
2.施加关键点集中荷载
命令:
FK,KPOI,Lab,VALUE,VALUE2
其中KPOI为关键点号,也可取ALL或元件名。
其余参数同F命令。
FKLIST命令和FKDELE命令。
转换命令FTRAN仅将集中荷载转换到有限元模型的节点上。
★不管在何种模型上施加集中荷载,都与节点坐标系相关。
★如果尚没有生成有限元模型,因无节点存在,对节点坐标系操作无效,所施加的荷载仅与总体坐标系相关。
★如果几何模型和有限元模型同时存在,则节点坐标系的设置就有效。
不管是在何时何模型上施加的荷载,如果节点坐标系重新设置了,则荷载也跟着一并改变。
所以在改变节点坐标系时应慎重,以避免出现错误。
finish$/clear$/prep7
et,1,beam4!
定义单元类型
k,1$k,2,5$k,3,10!
创建3个关键点
l,1,2$l,2,3!
创建2条线
local,12,0,,,,90!
设置12号局部坐标系,其X12轴与总体直角坐标系的Y轴相同,
!
而其Y12轴与总体坐标系的X轴平行,但方向相反。
nrotat,all!
此时对节点坐标系的操作无效
dk,1,all!
关键点1自由度全部约束
fk,2,fy,-1000!
在当前节点坐标系(与总体坐标系相同)于关键点2施加FY=-1000
!
其力的作用方向与总体直角坐标系的Y轴平行。
esize,1$lmesh,all!
划分网格,生成有限元模型
nrotat,all!
设置所有节点的节点坐标系与当前激活坐标系相同(12号坐标系)
LPLOT!
关键点2上的FY=-1000方向与Y12轴平行,而与总体坐
!
标系的X轴平行了(节点坐标系改变了,荷载跟着改变)
fk,3,fy,1000!
在关键点3施加FY=1000,方向与Y12轴平行
f,6,fx,-1000!
在节点6施加FX=-1000,其方向与X12轴平行
sbctran!
转换所有边界条件到有限元模型
EPLOT!
显示单元与边界条件
4.1.4施加面荷载
结构分析中的面荷载为压力,其标识符为PRES。
虽然线分布荷载和面分布荷载都称为压力,但对不同的单元类型,其荷载单位不尽不同。
对于2D面单元,无论面荷载施加在单元边或边界线(LINE),其荷载单位都是“力/面积”。
对于SHELL单元,施加中面法向的面荷载单位为“力/面积”,而单元边或单元边界线上的面荷载单位为“力/长度”。
对于梁单元,其分布荷载单位为“力/长度”,单元端部荷载单位为“力”。
对于3D实体单元,其面荷载的单位为“力/面积”。
位置
命令
功能
备注
节点
SF
对节点群施加面荷载
由节点群确定面
SFSCALE
比例缩放节点群面荷载
仅适用于有限元模型
SFCUM
累加节点群面荷载
可替代、累加和忽略3种方式
SFFUN
定义节点号与面荷载的函数关系
也可用于单元加载命令
SFGRAD
定义面荷载的梯度
也用于单元、线、面加载命令
SFLIST
节点群面荷载列表
SFDELE
删除节点群面荷载
单元
SFE
在单元上施加面荷载
单元的任一面,各节点可不等
SFBEAM
在梁单元施加面荷载
分布荷载、跨间集中荷载等
SFELIST
单元面荷载列表
SFEDELE
删除单元面荷载
线
SFL
在线上施加面荷载
2D面单元、壳单元
SFLLIST
线上面荷载列表
SFLDELE
删除线上面荷载
面
SFA
在面上施加面法向的面荷载
3D体单元、壳单元
SFALIST
面上面荷载列表
SFADELE
删除面上面荷载
转换
SFTRAN
将面荷载传到有限元模型上
仅仅转换面荷载
SBCTRAN
将所有边界条件传到有限元模型
1.施加节点面荷载
⑴对节点群施加面荷载
命令:
SF,Nlist,Lab,VALUE,VALUE2
Nlist---节点群,可取ALL或元件名。
Lab---面荷载标识符,结构分析为PRES。
VALUE---面荷载值或表格型面荷载的表格名称。
VALUE2---复数输入时面荷载值的第二个值。
★对于单个节点不能使用该命令。
★对于3D体单元面,由Nlist节点群能够确定多少个单元面就施加多少单元面(与几何面无关),与单元是否被单独选择无关。
利用该命令可以解决大面上局部加载的问题。
★对于2D面单元,当在单元外部边界(不是单元边)上加载时,可仅选择外部边界上的节点群即可加载;当节点群不在单元外部边界时,尚须单独选择包含这些节点的单元,否则不予施加。
面荷载的方向与单元面平行,且指向单元面边界。
该特点对于单元周边施加相同面荷载时比较简单,当然也可施加单元任一边的面荷载,但稍稍麻烦些。
!
EX4.4A3D单元SF加载示例
finish$/clear$/prep7
et,1,95$blc4,,,10,10,20!
定义单元类型,创建长方体
esize,,4$vmesh,all!
定义单元网格数目,划分单元网格
asel,s,loc,y,10!
选择Y=10的几何面
nsla,s!
选择与面相关的节点,但不包含面边界节点
sf,all,pres,1000!
施加节点群压力荷载(力/面积),仅4个单元面
asel,s,loc,z,20!
选择Z=20的面
nsla,s,1!
选择与面相关的所有节点
sf,all,pres,1000!
施加节点群压力荷载(力/面积),所有单元面
!
EX4.4B2D单元SF加载示例
FINISH$/CLEAR$/PREP7
!
①定义单元,创建带孔面
ET,1,82$BLC4,,,100,200
blc4,30,60,40,80$asba,1,2
wprota,,-90$wpoff,,,60$asbw,all
!
②切分面,以便划分网格
wpoff,,,80$asbw,all$wprota,,,90
wpoff,,,30$asbw,all$wpoff,,,40
asbw,all
wpcsys,-1$ESIZE,5$AMESH,ALL
/psf,PRES,NORM,2
SF,ALL,PRES,100!
对所有单元施加面荷载,即外部边界加载
sfdele,all,pres!
删除上述面荷载
nsel,s,loc,x,0!
选择X=0的节点群
sf,all,pres,100!
对上述节点群施加面荷载
nsel,s,loc,x,15,20!
选择X=15~20的节点
esln,s,1!
选择上述节点能够确定的全部单元
nsel,r,loc,x,15!
从中选择X=15的节点群
sf,all,pres,110!
对上述节点群施加面荷载(内部单元的一边上)
nsel,s,loc,x,40,60!
选择X=40~60的节点
nsel,r,loc,y,10,30!
从中选择Y=10~30的节点
esln,s,1!
选择上述节点能够确定的全部单元
sf,all,pres,100!
对上述节点群施加面荷载(内部单元的周边上)
lsel,s,loc,x,100!
选择X=100的线
nsll,s,1$esln,s!
选择与线相关的全部节点,再选择与节点相关的全部单元
nsel,s,loc,x,95!
重新选择节点群(在上述单元范围内)
sf,all,pres,-100!
对上述节点群施加面荷载(内部单元的一边上)
allsel$eplot
⑵定义节点号与面荷载的函数关系
命令:
SFFUN,Lab,Par,Par2
Lab---面荷载标识符,结构分析为PRES。
Par---储存面荷载值的参数名(数组参数)。
Par2---用于复数输入时的第二个值。
该命令定义节点号与面荷载的函数关系,数组中值的位置(数组下标)表示节点号,数组值表示面荷载的大小。
该命令对于施加由其它软件计算出的节点面荷载时比较有用,但对于ANSYS自动生成的有限元模型,其节点编号由系统自动确定,显然要直接应用这种函数关系并不容易。
该命令所定义的函数关系,可用于SF和SFE命令。
!
EX4.5节点号及其荷载函数
finish$/clear$/prep7
et,1,45$blc4,,,10,10,20!
定义单元类型,创建长方体
esize,5$vmesh,all!
定义单元尺寸,划分网格
*dim,mypres,,100!
定义数组mppres
*do,i,1,100$mypres(i)=i*10.0$*enddo!
为数组赋值
sffun,pres,mypres
(1)!
定义节点号与面荷载函数关系
nsel,s,loc,y,10$sf,all,pres,10!
选择节点群,施加面荷载
SFLIST!
该面荷载的节点上的值为10+i*10
*DO,I,1,100$MYPRES(I)=I*50.0$*ENDDO!
为数组重新赋值,定义另组关系
NSEL,S,LOC,z,20$SF,ALL,PRES,0!
选择节点群,并施加面荷载
ALLSEL$SFLIST!
列表显示所有面荷载的值
⑶定义面荷载梯度
命令:
SFGRAD,Lab,SLKCN,Sldir,SLZER,SLOPE
Lab---面荷载标识符,结构分析为PRES。
SLKCN---斜率坐标系的参考号,缺省为0(总体直角坐标系)。
Sldir---在SLKCN坐标系中梯度(或斜率)的方向,其值可取:
=X(缺省):
沿X方向的斜率,对非直角坐标系为R方向;
=Y:
沿Y方向的斜率,对非直角坐标系为θ方向;
=Z:
沿Z方向的斜率,对球或环坐标系为φ方向;
SLZER---斜率基值为0的坐标位置。
如为角度则单位为度,如果奇点在180°则SLZER在±180°之间,如果奇点在0°,则SLZER在0°~360°之间。
SLOPE---斜率值,即单位长度或单位角度的荷载值,沿Sldir正方向递增为正,递减为负。
该命令所定义的梯度(斜率)可为随后的SF、SFE、SFL和SFA命令使用,
每个节点处的荷载按下式计算:
CVALUE=VALUE+(SLOPE×(COORD-SLZER))
其中VALUE是命令SF、SFE、SFL和SFA中的参数值,COORD为节点坐标。
★定义的梯度仅在当前被激活,后面定义的梯度将替代前面的。
★一旦设定了荷载梯度,则对随后的荷载施加命令都有效。
★取消荷载梯度,无参数的SFGRAD命令
★命令SFGRAD,STAT可显示当前的状态。
该命令不能对PIPE
系列单元施加梯度荷载,且该命令不能采用表格型边界条件。
其余命令如SFSCALE、SFCUM、SFLIST和SFDELE等使用方法与前面同类命令类似。
但SFSUM仅对节点群荷载有效(SF命令施加的荷载),对于SFE、SFL及SFA无效。
2.施加单元荷载
⑴在单元上施加面荷载
命令:
SFE,ELEM,LKEY,Lab,KVAL,VAL1,VAL2,VAL3,VAL4
ELEM---拟施加面荷载的单元号,也可为ALL或元件名。
LKEY---与面荷载相关的荷载控制参数,缺省为1,在每个单元的帮助中有说明。
Lab---面荷载标识符,结构分析为PRES。
KVAL---当Lab=PRES时,
KVAL=0或1表示VAL1~VAL4为压力的实部
KVAL=2表示VAL1~VAL4为压力的虚部。
VAL1---第一个面荷载值或表格边界条件名称,比较典型的是在面上的第1个节点上,节点的顺序在单元中明确地给定。
VAL2~VAL4---为面上节点的第2、3、4个面荷载值,如果为空,则与VAL1相等;如果为0或其它空值则均为0;
对于2D平面单元,可对单元的任一面(实为单元边界)施加面荷载,荷载施加到该单元面的角节点上(高次单元的中间节点荷载由系统自动处理),相邻角节点的数值可以不等。
对于3D体单元,用SFE施加面荷载时也要确定面号及方向才能保证正确(可根据单元节点列表确定单元面号),同样也可施加不同的荷载值使得该面上各节点荷载不同。
对于SHELL单元,其①和②面为底面和顶面,其余为侧面(侧边)。
SF和SFE比较而言,对2D平面单元,SF施加单元周边面荷载较为方便,而SFE则施加单元任一边面荷载较为方便;对于3D体单元,SF施加的面荷载对各节点是等值的(除非
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第4章 加载求解及后处理技术 加载 求解 处理 技术