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ANSYS 入门教程 (30) - 加载、求解及后处理技术 (b)  

2010-08-21 08:08:44|  分类: ANSYS 入门基础 |  标签: |举报 |字号 订阅

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三、 施加面载荷 (续)

3.   在线上施加面荷载
    命令:SFL, LINE, Lab, VALI, VALJ, VAL2I, VAL2J
        LINE - 拟施加荷载的线号,也可为 ALL 或组件名。
        Lab - 面荷载标识符,结构分析为 PRES。
        VALI - 线始端关键点处的面荷载值,也可为表格型边界条件的表格名。
        VALJ - 线末端关键点处的面荷载值,也可为表格型边界条件的表格名。如为空(缺省)与 VALI 相等,否则采用输入数据。
        VAL2I,VAL2J - 为复数输入时的虚部,而 VALI 和 VALJ 则为实部。
    该命令仅对 2D 面单元的边界(线)、轴对称单元本身、壳单元边界(线)有效,对 3D 实体单元的线无效。
    对于 2D 面单元,其输入的面荷载值为“力/面积”;而对壳单元,其输入的面荷载值为“力/长度”,这点需要特别注意。

4.   在面上施加面荷载
    命令:SFA, AREA, LKEY, Lab, VALUE, VALUE2
        AREA - 拟施加面荷载的面号,也可为ALL或元件名。
        LKEY - 荷载施加的面号 (缺省为 1)。如果面为体单元的表面,则 LKEY 将被忽略;对壳单元 LKEY 可取 1 或 2,而其它值无效,

                    单元帮助中有详细说明。
        Lab - 面荷载标识符,结构分析为 PRES。
        VALUE - 面荷载值,也可为表格名称。
        VALUE2 - 对结构分析无意义。
    该命令对壳单元和 3D 体单元的面施加法向面荷载,对 2D  面单元无效。

5. 面荷载梯度及其加载
    定义面荷载梯度后,可在 SF、SFE、SFL 和 SFA 命令中使用。如前所述,SFE、SFL 及 SFBEAM 命令可以直接施加线性分布荷载,采用 SFGRAD 命令定义荷载梯度后,使用 SF 和 SFA 命令施加线性分布荷载比较方便,如静水压力、圆柱体分布压力等。

    示例:
        !  EX4.9  利用荷载梯度在直角坐标系下的施加方法
        FINISH  $ /CLEAR  $ /PREP7
        et,1,82  $ blc4,,,10,60                 ! 定义单元类型,创建面
        esize,2  $ amesh,all                     ! 定义单元尺寸,划分网格
        /PSF,PRES,NORM,2                    ! 设置荷载显示方式
        sfgrad,pres,,y,0,-5                       ! 定义荷载梯度,SLZER=0,沿 Y 正方向递减 5 单位/长度
        nsel,s,loc,x,0                               ! 选择 X=0,且 Y=0~40 的节点群
        nsel,r,loc,y,0,40
        sf,all,pres,600                             ! 对节点群施加面荷载,基值(Y=SLZER=0 处)为 600
                ! 上述荷载施加结果:Y=0 处为 600,Y=40 处为 600+(40-0)×(-5)=400
        sfgrad,pres,,y,30,-20                  ! 再重新定义梯度荷载,SLZER=30,斜率为 -20
        nsel,s,loc,x,10                             ! 选择 X=10 的节点群
        sf,all,pres,0                                 ! 对节点群施加面荷载,基值(Y=SLZER=30 处)为 0
        allsel  $ eplot                               ! 如图 4-1 所示

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6.   表面效应单元施加面荷载
    如前所述,施加具有 LKEY 参数的面荷载与单元类型相关,
        ★对于 2D 面单元仅可在单元边上或边界上施加平行于单元面的荷载;
        ★对于 3D 体单元,仅可施加单元面法向面荷载;
        ★对于 3D 壳单元,可施加单元面法向面荷载和在单元边上或边界上施加平行于单元面的荷载。
    但有时所要施加的荷载不属于上述情况,例如面的切向荷载或其它非法向面荷载等,此时可使用表面效应单元覆盖所要施加荷载的表面,并用这些单元作为“管道”施加所需荷载。
    如 2 D  面单元和 3 D  单元可分别使用 SURF153  单元和 SURF154 单元。

    示例:

        finish  $ /clear  $ /prep7
        et,1,solid95  $ et,2,surf154         ! 定义 SOLID95 单元和表面效应单元 surf 154
        blc4,,,10,10,40                            ! 创建长方体
        esize,5  $ vmesh,all                     ! 定义单元尺寸,划分网格
        /psf,pres,tany,2                           ! 设置压力显式方式(单元坐标系 Y 切向)
        nsel,s,loc,y,10                             ! 选择 Y=10 的所有节点
        type,2  $ esurf                             ! 设置单元类型 2, 生成表面效应单元
        esel,s,type,,2                               ! 选择单元类型为 2 的单元(表面效应单元)
        sfe,all,3,pres,,100                        ! 施加 LKEY=3 的面荷载(切向)
        allsel                                            ! 可查看单元荷载(求解过程与 SURF154 无关)

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四、  施加体载荷

    在结构分析中,ANSYS 的体荷载只有温度,其标识符为 TEMP。

    常用体载荷命令如下表:

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    几个主要的体荷载施加命令如下:
        BF, NODE, Lab, VAL1
        BFE, ELEM, Lab, STLOC, VAL1, VAL2, VAL3, VAL4
        BFK, KPOI, Lab, VAL1
        BFL, LINE, Lab, VAL1
        BFA, AREA, Lab, VAL1
        BFV, VOLU, Lab, VAL1
    其使用方法与面荷载施加命令类似,例如第 1 个参数均为图素编号,也可为 ALL 或组件名;第 2 个参数 Lab = Ui、ROTi (i = x 或 y 或 z)、TEMP 或 FLUE;VAL1~VAL4 为体荷载值,其中 VAL2~VAL4 为单元不同位置上的体荷载值;STLOC 为 VAL1 指定一个对应的起始位置。

 

五、  施加惯性荷载

    惯性荷载有加速度、角速度和角加速度。

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    惯性荷载没有删除命令,要删除惯性荷载,衷心将荷载值设为 0 即可;且惯性载荷为斜坡荷载。
    ACEL、OMEGA 和 DOMEGA 命令分别用于施加在总体直角坐标系中的加速度、角速度和角加速度。需要注意的是 ACEL 命令施加的是加速度不是重力场,而重力加速度的方向与重力方向相反。因此要施加一个 -Y 方向的重力场,必须施加一个 +Y 方向的加速度。
    使用 CGOMGA 和 DCGOMG 命令定义一转动物体的加速度和角加速度,但为相对于参考坐标系转动时的物理量(该物体绕参考坐标系转动)。CGLOC 命令用于指定参考坐标系相对于整个笛卡尔坐标系的位置。
    CMOMEGA 和 CMDOMGA 命令在单元元件上施加参考坐标系下的角速度和角加速度。
    ANSYS 定义的三种类型转动为:
        ①  整个结构绕总体直角坐标系转动(OMEGA 和 DOMEGA 命令输入);
        ②  单元元件绕参考坐标系轴的转动(CMOMEGA 和 CMDOMEGA 命令);
        ③   整体直角坐标系绕加速度原点的转动( CGOMGA、DCGOMG 和 CGLOC命令)。
    以上三种类型转动中,可两两组合同时施加到结构上。
    此处仅介绍 ACEL 命令及使用方法,命令如下:
    命令:ACEL,  ACELX,  ACELY,  ACELZ
        其中 ACELX, ACELY, ACELZ 分别为总体直角坐标系 X 轴、Y 轴和 Z 轴的结构线加速度值。

 

六、  施加耦合场荷载

    在耦合场分析中,通常将包含一个分析中的结果施加在第二个分析中作为荷载,例如可将热分析中计算得到的节点温度,作为体积荷载施加到结构分析中,形成耦合场荷载。
    施加耦合场荷载的命令为LDREAD命令,该命令是从一个结果文件读出数据然后作为荷载施加到模型上。因此该命令不仅仅在施加耦合场荷载时使用,也可用于其它分析目的,例如可用于结构分析中读入反作用力作为进一步分析的荷载等。
    命令:LDREAD, Lab, LSTEP, SBSTEP, TIME, KIMG, Fname, Ext

 

七、  初应力荷载及施加

    初应力(Initial Stress)可以指定为一种“荷载”进行施加,但仅在静态分析和全瞬态分析中可以使用,可以用于线性分析或非线性分析。初应力荷载只能在第一个荷载步中施加。

    ANSYS 中支持初应力荷载的单元类型有:PLANE2、PLANE42、PLANE82、PLANE182、PLANE183、SOLID45、SOLID92、SOLID95、SOLID185、SOLID186、SOLID187、SHELL181、SHELL208、SHELL209、LINK180、BEAM188、BEAM189。
    初应力荷载是单元坐标系下的值,如果单元坐标系与总体坐标系不同应谨慎。初应力荷载只能在求解层施加。初应力荷载的施加采用覆盖方式,即多次施加时后面命令结果覆盖前面的命令结果。
    初应力荷载施加在被选择的单元上,如果单元选择集为空或不选择某些单元,则不施加初应力荷载到这些单元上。

    主要初应力载荷命令如下表:

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1.   施加初始常应力荷载
    命令:ISTRESS,  Sx,  Sy,  Sz,  Sxy,  Syz,  Sxz,  MAT1,  MAT2,  MAT3,  MAT4,  MAT5,  MAT6,  MAT7,  MAT8,  MAT9,  MAT10
        Sx,Sy,Sz,Sxy,Syz,Sxz - 初始的常应力值。
        MAT1~MAT10 - 初应力拟施加到的材料编号,如没有指定,则施加到所有材料上。
    该命令对所选择的单元施加一组初始常应力值。

2. 从文件施加初应力荷载
    命令:ISFILE, Option, Fname, Ext, --, LOC, MAT1, MAT2, MAT3, MAT4, MAT5, MAT6, MAT7, MAT8, MAT9, MAT10
        Option - 初应力荷载操作控制参数,其值可取:
            =READ(缺省):从文件读入初应力数据;
            =LIST:列出已经读入的初应力;
            =DELE:删除已经读入的初应力。
        Fname - 当 Option=READ 时,Fname 为一目录和文件名。
                      当 Option=LIST 或 DELE时,Fname 为列表或删除单元编号上的初应力。
        Ext - 文件扩展名或层号,当 Fname 为空时,Ext 缺省为“IST”。
                    如 Option=LIST 或 DELE 则 Ext 为层壳单元的层号。

        LOC - 总体位置标志,确定每个单元内初应力要施加的位置,其值可取:
            =0(缺省):在单元质心上施加初应力;
            =1:单元积分点上施加初应力;
            =2:在单元指定位置上施加初应力。即由初应力文件确定将初应力荷载施加到什么位置,此时各个单元施加的位置可以不相同。
            =3:常应力状态。用初应力文件中的第一个应力数据将所有单元初始化为一个常应力。
        MAT1~MAT10 - 初应力拟施加到的材料编号。
    该命令对所选择的单元施加初应力荷载,初应力的单元号与所选择的单元号相对应。

 

3.   生成初应力文件
    命令:ISWRITE, Switch
    其中 Switch 参数控制初应力文件是否生成文件,其中可取:
        ON:以工作文件及扩展名 IST 生成初应力文件,并写入数据;
        OFF:不生成初应力文件。
    该命令仅在求解层有效,如果已有同名文件存在则覆盖之。
    该命令不支持 CDWRITE 命令。
    用 ISWRITE 命令写出的应力为单元积分点应力,对于非线性分析,写入的应力数据为收敛后应力;对于线性分析,为求解完成后的应力。因此其初应力文件标志区数据总为 eis,elemno,1,其中 elemno 为单元号,而 1 表示为积分点应力的位置标识。在用 ISFILE 命令读入时,如果位置标志为 0,则采用各单元的第一个应力记录;如果位置标志为 2,则采用初应力文件中的位置标志 (即1);如果位置标志为 3,则采用应力文件的第一个应力数据。

    示例:

        !  EX4.12  初应力荷载
        finish  $ /clear  $ /filname,colu1  $ /prep7                 ! 定义工作文件名为 colu1
        et,1,plane82  $ mp,ex,1,2e5  $ mp,nuxy,1,0.3          ! 定义单元类型和材料属性
        blc4,,,1,10  $ esize,2  $ amesh,all                             ! 创建面,定义网格尺寸,划分网格
        nsel,s,loc,y,0  $ d,all,uy  $ d,1,ux                              ! 施加约束条件
        nsel,s,loc,y,10  $ sf,all,pres,-10                                ! 施加节点面荷载
        allsel  $ finish
        /solu  $ iswrite,on                                                      ! 进入求解层,打开初应力文件生成开关
        solve  $ finish                                                            ! 求解生成初应力文件(在当前工作目录中)

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    Colu1.ist 文件格式及内容

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         ! 为说明问题,这里重新建模
        finish  $ /clear  $ /filname,colu2  $ /prep7                         ! 定义工作文件名为 colu2
        et,1,plane82   $ mp,ex,1,2e5  $ mp,nuxy,1,0.3                 ! 定义单元类型和材料属性
        blc4,,,1,10  $ esize,2  $ amesh,all                                     ! 创建面,定义网格尺寸,划分网格
        nsel,s,loc,y,0  $ d,all,uy  $ d,1,ux  $ alls                           ! 施加约束条件
        /solu                                                                                 ! 进入求解层
        loc=2                                                                                ! 定义位置参数,改变此参数可得到不同的加载效果
        isfile,read,colu1,ist,,loc                                                     ! 从文件 colu1.ist 中读入初应力并作为荷载施加
        isfile,list                                                                             ! 查看施加的初应力荷载
        solve                                                                                 !求解并可查看结果

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    初应力荷载不是施加“应力历史”而是一种“荷载”。因此对于用 ISWRITE 命令生成的初应力文件,再用 ISFILE 命令读入后,当仅有初应力荷载时,其效果是模型中应力为零而位移与原荷载产生的位移反向。
    要消除由于初应力荷载引起的位移且保持模型中应力不变,可将原荷载一并施加,此时模型中应力与原荷载产生的应力相同,但位移场为零(位移很小,可认为是零)。
    一悬臂梁在端部受集中力作用,先生成初应力文件;然后再施加初应力荷载和集中力;计算后可得到荷载作用下的应力场但无位移场。

    示例:

        !  EX4.13 悬臂梁荷载作用下的应力场但无位移场
        finish  $ /clear  $ /filname,cant1  $ /prep7                          ! 定义工作文件名等
        et,1,PLANE42  $ mp,ex,1,2e5  $ mp,nuxy,1,0.3                 ! 定义单元类型、材料特性等
        blc4,,,10,1  $ esize,0.5  $ amesh,all                                   ! 创建面、划分网格等
        nsel,s,loc,x,0  $ d,all,all  $ allsel                                         ! 施加约束等
        f,2,fy,-10  $ finish                                                               ! 施加端部集中荷载等
        /solu  $ iswrite,on  $ solve                                                  ! 求解,生成初应力文件等
        /post1  $ pldisp  $ plnsol,s,x                                               ! 查看求解结果等
        /solu                                                                                   ! 再次进入求解层。也可重新开始一个工作和恢复模型等
        isfile,read,cant1,ist,,2                                                         ! 读入初应力文件,作为荷载施加
        !fdele,all,all                                                                         ! 如果删除原荷载则仅有初应力荷载,否则为二者共同作用
        solve                                                                                   ! 求解(此时荷载为原荷载和初应力荷载)
        /post1  $ pldisp  $ plnsol,s,x                                                ! 查看求解结果

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