第4章 加载求解及后处理技术Word文档下载推荐.docx
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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
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
X
UX,ROTZ
UX,ROTZ,ROTY
UY
UY,UZ,ROTX
Y
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
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
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
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:
DLLIST,LINE
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$DLIST!
转换约束到有限元模型,并列表显示
4.对面施加自由度约束
DA,AREA,Lab,Value1,Value2
其中AREA为拟施加约束的面号,也可为ALL或元件名,其余同DL命令中的参数。
该命令对面上的所有节点施加自由度约束。
列表和删除面上自由度约束的命令分别为:
DALIST,AREA
DADELE,AREA,Lab
5.约束转换命令
仅转换约束自由度命令:
边界条件和荷载转换命令:
这两命令将几何模型施加的约束和荷载转换到有限元模型上。
也可不执行这两个命令而在求解时由系统自动转换。
6.自由度约束的冲突
对于DK、DL和DA命令施加的自由度约束参数可能会发生冲突,例如:
DL指定会与相邻线(有公共关键点)上的DL指定冲突;
DL指定会与任一关键点上的DK指定冲突;
DA指定会与相邻面(有公共关键点和公共线)上的DA指定冲突;
DA指定会与任一线上的DL指定冲突;
DA指定会与任一关键点上的DK指定冲突。
按下列顺序将施加到几何模型上的自由度约束转换到有限元模型上:
①按面号增加的顺序,将DA的自由度约束转换到面上的所有节点;
②按面号增加的顺序,将DA约束的SYMM和ASYM转换到面上的所有节点;
③按线号增加的顺序,将DL自由度约束转换到线上的所有节点;
④按线号增加的顺序,将DL的SYMM和ASYM约束转换到线上的所有节点;
⑤将DK自由度约束转换到关键点上的所有节点。
所以,对冲突的约束,DK命令改写DL命令,DL命令改写DA命令,施加在较大编号图素上的约束改写较低编号上的约束。
这种冲突的处理与命令执行的前后顺序没有关系,但当发生冲突时,系统会发出警告信息。
4.1.3施加集中荷载
结构分析中的集中荷载及其标识符为力FX,FY,FZ及力矩MX,MY,MZ。
F
对节点施加集中荷载
FLIST
节点集中荷载列表
查看节点集中荷载的详细信息
FDELE
删除节点集中荷载
FSCALE
比例缩放节点集中荷载
仅适用于有限元模型
FCUM
累加节点集中荷载
FK
对关键点施加集中荷载
FKLIST
关键点集中荷载列表
FKDELE
删除关键点集中荷载
FTRAN
将几何模型上的集中荷载传到有限元模型上
仅仅转换集中荷载
将几何模型上的所有边界条件传到有限元模型
1.施加节点集中荷载
F,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC
NODE---节点编号,也可为ALL或元件名。
Lab---集中荷载标识符,如FX,FY,FZ,MX,MY,MZ其中任一。
VALUE---集中荷载值或表式边界条件的表格名称。
VALUE2---集中荷载值的第二个数,如为复数输入时,VALUE为实部,而VALUE2为虚部。
NEND,NINC---节点编号范围和编号增量。
节点集中荷载列表:
删除节点集中荷载:
2.施加关键点集中荷载
FK,KPOI,Lab,VALUE,VALUE2
其中KPOI为关键点号,也可取ALL或元件名。
其余参数同F命令。
FKLIST命令和FKDELE命令。
转换命令FTRAN仅将集中荷载转换到有限元模型的节点上。
★不管在何种模型上施加集中荷载,都与节点坐标系相关。
★如果尚没有生成有限元模型,因无节点存在,对节点坐标系操作无效,所施加的荷载仅与总体坐标系相关。
★如果几何模型和有限元模型同时存在,则节点坐标系的设置就有效。
不管是在何时何模型上施加的荷载,如果节点坐标系重新设置了,则荷载也跟着一并改变。
所以在改变节点坐标系时应慎重,以避免出现错误。
finish$/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$lmesh,all!
划分网格,生成有限元模型
设置所有节点的节点坐标系与当前激活坐标系相同(12号坐标系)
LPLOT!
关键点2上的FY=-1000方向与Y12轴平行,而与总体坐
标系的X轴平行了(节点坐标系改变了,荷载跟着改变)
fk,3,fy,1000!
在关键点3施加FY=1000,方向与Y12轴平行
f,6,fx,-1000!
在节点6施加FX=-1000,其方向与X12轴平行
sbctran!
转换所有边界条件到有限元模型
EPLOT!
显示单元与边界条件
4.1.4施加面荷载
结构分析中的面荷载为压力,其标识符为PRES。
虽然线分布荷载和面分布荷载都称为压力,但对不同的单元类型,其荷载单位不尽不同。
对于2D面单元,无论面荷载施加在单元边或边界线(LINE),其荷载单位都是“力/面积”。
对于SHELL单元,施加中面法向的面荷载单位为“力/面积”,而单元边或单元边界线上的面荷载单位为“力/长度”。
对于梁单元,其分布荷载单位为“力/长度”,单元端部荷载单位为“力”。
对于3D实体单元,其面荷载的单位为“力/面积”。
SF
对节点群施加面荷载
由节点群确定面
SFSCALE
比例缩放节点群面荷载
SFCUM
累加节点群面荷载
SFFUN
定义节点号与面荷载的函数关系
也可用于单元加载命令
SFGRAD
定义面荷载的梯度
也用于单元、线、面加载命令
SFLIST
节点群面荷载列表
SFDELE
删除节点群面荷载
单元
SFE
在单元上施加面荷载
单元的任一面,各节点可不等
SFBEAM
在梁单元施加面荷载
分布荷载、跨间集中荷载等
SFELIST
单元面荷载列表
SFEDELE
删除单元面荷载
SFL
在线上施加面荷载
2D面单元、壳单元
SFLLIST
线上面荷载列表
SFLDELE
删除线上面荷载
SFA
在面上施加面法向的面荷载
3D体单元、壳单元
SFALIST
面上面荷载列表
SFADELE
删除面上面荷载
SFTRAN
将面荷载传到有限元模型上
仅仅转换面荷载
将所有边界条件传到有限元模型
1.施加节点面荷载
⑴对节点群施加面荷载
SF,Nlist,Lab,VALUE,VALUE2
Nlist---节点群,可取ALL或元件名。
Lab---面荷载标识符,结构分析为PRES。
VALUE---面荷载值或表格型面荷载的表格名称。
VALUE2---复数输入时面荷载值的第二个值。
★对于单个节点不能使用该命令。
★对于3D体单元面,由Nlist节点群能够确定多少个单元面就施加多少单元面(与几何面无关),与单元是否被单独选择无关。
利用该命令可以解决大面上局部加载的问题。
★对于2D面单元,当在单元外部边界(不是单元边)上加载时,可仅选择外部边界上的节点群即可加载;
当节点群不在单元外部边界时,尚须单独选择包含这些节点的单元,否则不予施加。
面荷载的方向与单元面平行,且指向单元面边界。
该特点对于单元周边施加相同面荷载时比较简单,当然也可施加单元任一边的面荷载,但稍稍麻烦些。
EX4.4A3D单元SF加载示例
et,1,95$blc4,,,10,10,20!
定义单元类型,创建长方体
esize,,4$vmesh,all!
定义单元网格数目,划分单元网格
asel,s,loc,y,10!
选择Y=10的几何面
nsla,s!
选择与面相关的节点,但不包含面边界节点
sf,all,pres,1000!
施加节点群压力荷载(力/面积),仅4个单元面
asel,s,loc,z,20!
选择Z=20的面
nsla,s,1!
选择与面相关的所有节点
施加节点群压力荷载(力/面积),所有单元面
EX4.4B2D单元SF加载示例
FINISH$/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$AMESH,ALL
/psf,PRES,NORM,2
SF,ALL,PRES,100!
对所有单元施加面荷载,即外部边界加载
sfdele,all,pres!
删除上述面荷载
nsel,s,loc,x,0!
选择X=0的节点群
sf,all,pres,100!
对上述节点群施加面荷载
nsel,s,loc,x,15,20!
选择X=15~20的节点
esln,s,1!
选择上述节点能够确定的全部单元
nsel,r,loc,x,15!
从中选择X=15的节点群
sf,all,pres,110!
对上述节点群施加面荷载(内部单元的一边上)
nsel,s,loc,x,40,60!
选择X=40~60的节点
nsel,r,loc,y,10,30!
从中选择Y=10~30的节点
选择上述节点能够确定的全部单元
对上述节点群施加面荷载(内部单元的周边上)
lsel,s,loc,x,100!
选择X=100的线
nsll,s,1$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$eplot
⑵定义节点号与面荷载的函数关系
SFFUN,Lab,Par,Par2
Par---储存面荷载值的参数名(数组参数)。
Par2---用于复数输入时的第二个值。
该命令定义节点号与面荷载的函数关系,数组中值的位置(数组下标)表示节点号,数组值表示面荷载的大小。
该命令对于施加由其它软件计算出的节点面荷载时比较有用,但对于ANSYS自动生成的有限元模型,其节点编号由系统自动确定,显然要直接应用这种函数关系并不容易。
该命令所定义的函数关系,可用于SF和SFE命令。
EX4.5节点号及其荷载函数
et,1,45$blc4,,,10,10,20!
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
SFGRAD,Lab,SLKCN,Sldir,SLZER,SLOPE
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:
沿X方向的斜率,对非直角坐标系为R方向;
沿Y方向的斜率,对非直角坐标系为θ方向;
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
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。
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
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