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ANSYS 入门教程 (33) - 分析类型与求解控制选项 (b)  

2010-08-24 07:38:35|  分类: ANSYS 入门基础 |  标签: |举报 |字号 订阅

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二、 屈曲分析求解控制选项

    ANSYS 屈曲分析有特征值屈曲分析(也称线性屈曲分析)和非线性屈曲分析,非线性屈曲分析的求解控制选项与静态分析选项基本相同,相关的命令主要有 BUCOPT 命令及 PSTRES、OUTRES命令(见前)。
    下面主要介绍屈曲特征值提取方法。
    命令:BUCOPT,  Method,  NMODE,  SHIFT,  LDMULTE
        Method - 特征值提取方法,没有缺省方法必须指定,其值可取:
            =SUBSP:子空间迭代法;
            =LANB:分块兰索斯法(Block Lanczos)。
        NMODE - 拟提取的特征值数,缺省为1。
        SHIFT - 特征值计算的起始点,缺省为 0.0。对于负特征值引起的问题较为有用。
        LDMULTE - 感兴趣的荷载因子上限,缺省为 0.0
    在特征值屈曲分析中必须指定特征值的提取方法。
    除上述选项外,尚有 PSTRES 和 OUTRES 命令与特征值屈曲分析有关。

 

三、  模态分析求解控制选项

    模态分析求解控制选项主要包括 MODOPT、EXPASS、MXPAND、LUMPM、SUBOPT、RIGID、MSAVE  及 PSTRES。
1.   定义模态分析方法
    命令:MODOPT, Method, NMODE, FREQB, FREQE, PRMODE, Nrmkey
        Method - 模态分析的模态提取方法,其值可取:
            =LANB(缺省):分块兰索斯法;
            =SUBSP:子空间迭代法;
            =REDUC:缩减法或凝聚法;
            =UNSYM:非对称法(不能用于随后的谱分析);
            =DAMP:阻尼法(不能用于随后的谱分析);
            =QRDAMP:QR阻尼法(不能用于随后的谱分析);
            =SX:变换技术求解
        NMODE - 要提取的模态数目。当为子空间迭代法时,能提取的最大模态数目为总自由度的一半。

        FREQB - 感兴趣的频率范围的起点或低端频率。
        FREQE - 结束频率或高端频率.
        PRMODE - 对缩减法定义输出的缩减模态数。
        Nrmkey - 定义模态形状标准化控制。如 Nrmkey=OFF(缺省)则相对质量矩阵进行归一化处理,如要进行谱分析或模态叠加分析,应该

                       选择此项。如 Nrmkey=ON 则相对单位矩阵进行归一化处理,如在后续分析中要获取各阶模态的最大响应则应选择此项。


2.   定义分析的扩展过程
    命令:EXPASS, Key
    其中 Key 为扩展过程选项,其值可取:
        =OFF(缺省):没有扩展过程;
        =ON:使用扩展。
    该命令指定模态分析、子结构分析、屈曲分析、瞬态分析和谐分析的扩展过程。其使用方法是必须先明确执行 “FINISH” 并再次进入求解层 /SOLU 后执行。

 

3.   定义模态扩展数目
    命令:MXPAND, NMODE, FREQB, FREQE, Elcalc, SIGNIF
        NMODE - 扩展和写入的模态数目。
        FREQB - 感兴趣的频率范围的起点或下限。
        FREQE - 感兴趣的频率范围的终点或低端频率。
        Elcalc - 单元计算控制。
            如 Elcalc=NO(缺省)则不计算单元结果和支承反力;
            如 Elcalc=YES 则计算单元结果和支承反力。
        SIGNIF - 仅扩展显著级超过 SIGNIF 阀值的模态。SIGNIF 定义为该模态的模态系数除以所有模态中的最大模态系数。任何低于 SIGNIF 阀

                      值的模态均不扩展,阀值越高,则扩展的模态数越少。SIGNIF 的缺省值为 0.001,SIGNIF 仅适用于单点或 DDAM 响应分析中。
    该命令的缺省设置是扩展模态形状并写入文件,以便检察模态形状而不需再次进入求解层,但单元应力不扩展。对于缩减法、非对称法和阻尼法需要进行扩展分析。

 

4.   定义质量矩阵公式
    命令:LUMPM, Key
    其中 Key 为控制参数,如 Key=OFF(缺省)则采用与单元相关的质量矩阵公式,即一致质量矩阵;如 Key=ON 则采用集中质量矩阵,对于细长梁或非常薄的壳体可获得较好的结果。

 

四、  瞬态分析求解控制选项

    瞬态分析求解控制选项除静态分析中的基本选项外主要有 TIMINT、KBC、ALPHAD、BETAD、DMPRAT、MDAMP、TRNOPT、TINTP、LVSCALE、DMPEXT、MDPLOT。


1.   打开瞬态效应
    命令:TIMINT, Key, Lab
        Key - 瞬态效应开关。
            如 Key=OFF 不使用瞬态效应(静态或稳态);
            如 Key=ON 计入瞬态效应(质量或惯性)。
        Lab - 瞬态效应应用的自由度标识符,其值主要可取:
            =ALL(缺省):应用于所有可用的自由度上。
            =DTRUC:仅用于结构分析的自由度。
    该命令缺省时, 对静力分析 (ANTYPE,STATIC)  为关闭状态;对瞬态分析 (ANTYPE,TRANS)  为打开状态。

 

2.   阶跃荷载和斜坡荷载
    命令:KBC, KEY
        KEY=0 为斜坡荷载,KEY=1 为阶跃荷载。
    当某个荷载步中的子步数大于 1 时,需要指明荷载是哪种荷载。缺省时下列情况可使用不同的荷载方式,如:
        使用斜坡荷载:
            ① SOLCONTROL,ON 且 ANTYPE,STATIC 时;
            ② ANTYPE,TRANS 且 TIMINT,OFF 时;
            ③ SOLCONTROL,OFF 时。
        使用阶跃荷载:
            仅在 ANTYPE,TRANS 且 TIMINT,ON 时才可使用阶跃荷载。
    如果指定为斜坡荷载,大部分荷载当为第一次施加时,都是从零到当前荷载步之间的插值。删除荷载则是阶跃荷载方式,但体积荷载是渐变的,因惯性荷载不能删除只能重新设置为 0 故也是渐变的。表格型边界条件不支持斜坡荷载方式,所以使用时应注意。

 

3. 定义质量阻尼系数
    命令:ALPHAD, VALUE


4. 定义刚度阻尼系数
    命令:BETAD, VALUE


5. 定义常阻尼比
    命令:DMPRAT, RATIO


6. 定义振型阻尼
    命令:MDAMP, STLOC, V1, V2, V3, V4, V5, V6

 

7. 定义瞬态分析选项
    命令:TRNOPT, Method, MAXMODE, Dmpkey, MINMODE, MCout, TINTOPT


8. 定义瞬态积分常数
    命令: TINTP, GAMMA, ALPHA, DELTA, THETA, OSLM, TOL, --, --, AVSMOOTH, ALPHAF, ALPHAM


9. 提取模态阻尼系数
    命令:DMPEXT, SMODE, TMODE, Dmpname, Freqb, Freqe, NSTEPS

五、  谐分析求解控制选项

    谐分析也称谐响应分析,其求解有一定的条件,如常刚度、阻尼和质量,所有荷载和约束位移都以相同的频率变化,不考虑瞬态效应,不考虑非线性性质(属于线性分析)但可考虑有预应力的情况等,因此其求解控制选项比较简单,主要相关命令有: HROPT、HROUT、HARFRQ、HREXP 及 LUMPM、EXPASS。

1. 定义谐分析选项
    命令:HROPT, Method, MAXMODE, MINMODE, MCout, Damp
        Method - 谐分析方法,可选择:
            =FULL(缺省):完全法;不能用于有预应力的分析。
            =REDUC:缩减法;可用于有预应力的分析。
            =MSUP:模态叠加法;
            =SX:变换求解技术;仅用于 DesignXplorer VT 产品中
            =SXRU:仅用于 ANSYS DesignXplorer VT 产品中
        Damp - 仅用于 ANSYS DesignXplorer VT 产品中。

 

2.   定义谐分析的输出选项
    命令:HROUT, Reimky, Clust, Mcont
        Reimky - 实部和虚部输出控制。
            如为 ON(缺省)则以实部-虚部方式输出;
            如为 OFF 则以振幅-相位方式输出。
        Clust - 仅当采用模态叠加法(HROPT,MSUP)时,频率分割控制参数。
            如为 OFF(缺省)则为均匀分割频率;
            如为 ON则以固有频率分割。
        Mcont - 仅当采用模态叠加法(HROPT,MSUP)时,模态贡献输出控制。
            如为 OFF(缺省)则不输出各频率的模态贡献;
            如为 ON 则输出每一频率的模态贡献。
    命令 HARFRQ 为谐分析定义低端和高端频率,命令 HREXP 为谐分析扩展定义相位角等。另外前述的 LUMPM、EXPASS、NSUBST 等命令也相关。

 

六、  谱分析求解控制选项

    谱分析是一种将模态分析和已知谱联系起来,计算模型位移和应力的分析技术。其过程要用到各种分析方法的具体设置,如单点谱分析设置等。这里仅介绍谱分析的求解控制选项。
    命令:SPOPT, Sptype, NMODE, Elcalc
        Sptype - 谱响应方法,可选择:
            =SPRS(缺省):单点响应谱分析;
            =MPRS:多点响应谱分析;
            =DDAM:动力设计分析方法;
            =PSD:随机振动谱,使用功率密度谱分析方法。
        NMODE - 使用模态分析的前 NMODE 个模态,缺省为所有模态,但不得大于 1000。
        Elcalc - 仅当 Sptype=PSD 时的单元结果计算控制。如为 NO (缺省)则不包括应力响应;如为 YES 则包括应力响应。

 

七、  子结构分析求解控制选项

    子结构求解控制选项主要有:seopt  命令及 segen 、lumpm、eqslv、EXPASS 等命令。下面介绍子结构分析选项。
    命令:SEOPT, Sename, SEMATR, SEPR, SESST, EXPMTH
        Sename - 超单元矩阵文件名, 其扩展名为 SUB, 即文件全名为 Sename.SUB。
        SEMATER - 矩阵生成控制,其值可选:
            =1(缺省):生成刚度矩阵;
            =2:生成刚度矩阵和质量矩阵;
            =3:生成刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。
        SEPR - 输出选项,其值可取:
            =0(缺省):不输出超单元矩阵和荷载向量;
            =1:输出超单元矩阵和荷载向量;
            =2:输出超单元荷载向量但不输出超单元矩阵。
        SESST - 应力刚度控制保存控制,其值可取:
            =0:不保存应力刚度矩阵;
            =1:保存应力刚度矩阵。
        EXPMTH - 扩展方法,可选择:
            =BACKSUB(缺省):保存为扩展过程所需的三角化矩阵;
            =RESOLVE:不保存三角化矩阵,在扩展过程中重新形成总刚矩阵。

 

八、  估计运行时间

    对中小规模的分析,一般无需估计求解代价。但对于大规模的分析,因其运行时间很长、生成的文件特大、内存需要很高,为防止运行过程中出现异常终止,应了解求解代价。但 ANSYS 也不能准确计算上述量值,只能对其进行估算。
    估计求解代价采用 RUNSTAT 模块,即用 /RUNST 先进入该模块。


1. 输入计算机性能信息
    命令:RSPEED, MIPS, SMFLOP, VMFLOP
        MIPS - 每秒执行的指令数,以百万条计算,缺省为 4。
        SMFLOP - 每秒进行的标量浮点运算,以百万条计,缺省为 MIPS/4。
        VMFLOP - 每秒进行的矢量浮点运算,以百万条计,缺省为 MIPS/2。

    上述信息一般用户不易确定,可通过运行 ANSYS 中的 ANSSPD.EXE 获得(同时产生一个 SETSPEED 宏文件)。
    ANSSPD.EXE  在 ANSYS 安装目录下(如 C:\Program Files\Ansys Inc\V81\ANSYS\bin\intel\ 下),这是一个 DOS 窗口运行的程序,运行它可获得计算机的上述 3 个参数。它所创建的 SETSPEED 宏文件仅有一条带参数的 RSPEED 命令,并且如果 VMFLOP 小于 SMFLOP 时,宏文件中这两个参数相等且则采用较小者。
    例如 DELL 某款笔记本的测试结果为:MIPS=321,SMFLOP=160,VMFLOP=111;而所创建的宏文件中为:RSPEED,,111,111。

 

2.   输入求解所需的迭代数
    命令:RITER, NITER
    其中 NITER 为分析过程中的迭代次数,或线性分析或静态分析的荷载步数,缺省为 1。显然该次数并不能事先准确确定,也仅仅是估计值,但此值对估计运行时间影响较大。


3.   运行时间估计
    命令:RTIMST
    该命令无参数,在执行 RSPEED 和 RITER 命令后,ANSYS 给出估计运行时间列表。如果不输入用户计算机的上述信息,也能采用缺省的参数估计运行时间并给出列表。

 

九、  估计文件大小

    ANSYS 可估计以下文件的大小:ESAV、EMAT、EROT、TRI、FULL、RST、RTH、RFL 等,文件大小以 MB 为单位。
    命令为 RFILSZ,无命令参数。
    该命令列表显示可能生成的文件的大小,并同时给出工作目录所在分区的剩余空间。

 

十、  估计内存需求

1.   估计求解所需内存
    命令:RWFRNT
    该命令可给出波前估计值,以及根据不同的求解器而需要的内存。如可给出自由度数目、方程数、求解器估计内存等,还可给出求解内存总空间、在内存中的数据库空间及整个求解所需空间等。

2. 有限元模型的统计量
    命令:RSTAT
    列表显示节点总数、单元总数等。


3. 内存统计量
    命令:rmemry
    对既有内存进行统计并列表显示。可给出临时内存状态、数据库状态及求解内存等。


4. 上述命令的简捷执行
    命令:RALL
    集 RSTAT、RWFRNT、RTIMST 及 RMEMRY 命令为一体,可列表显示这些命令的所有信息。

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