X04ANSYS-加载、求解、结果后处理.ppt

第 四 章: 加载、求解、结果后处理,January 30, 2001 Inventory #001441 7-2,本章的目标是，假如已将几何模型划分网格, 应如何加载、求解.,Module Objective,Lesson Objectives,目 标,第1课. 载荷 4-1. 列表和分类载荷。 4-2. 在实体模型上完成下列操作: a. 加载. b. 校验载荷. c. 删除载荷. 第2课. 求解 4-3. 描述求解过程. 第3课. 结果后处理 4-4. 描述ANSYS后处理中观看结果的各种功能. 4-5. 描述静力分析结果后处理的五个步骤.,第 1 课 加 载,January 30, 2001 Inventory #001441 7-4,载荷分类,Objective,4-1. 列表和分类载荷,ANSYS中的载荷可分为: 自由度DOF - 定义节点的自由度（ DOF ） 值 (结构分析_位移、热分析_ 温度、电磁分析_磁势等) 集中载荷 - 点载荷 (结构分析_力、热分析_ 热导率、电磁分析_ magnetic current segments) 面载荷 - 作用在表面的分布载荷 (结构分析_压力、热分析_热对流、电磁分析_magnetic Maxwell surfaces等) 体积载荷 - 作用在体积或场域内 (热分析_ 体积膨胀、内生成热、电磁分析_ magnetic current density等) 惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷 (重力、角速度等),January 30, 2001 Inventory #001441 7-5,加载,Objective,4-2a. 加载.,可在实体模型或 FEA 模型 (节点和单元) 上加载.,在关键点处约束,实体模型,沿线均布的压力,在节点处约束,在节点加集中力,January 30, 2001 Inventory #001441 7-6,加载 (续),几何模型加载独立于有限元网格. 重新划分网格或局部网格修改不影响载荷. 加载的操作更加容易 ,尤其是在图形中直接拾取时.,直接在实体模型加载的优点:,Guidelines,January 30, 2001 Inventory #001441 7-7,加载 (续),无论采取何种加载方式,ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型.因此, 加载到实体的载荷将自动转化到 其所属的节点或单元上。,加载到实体的载荷自动转化到其所属的节点或单元上,沿线均布的压力,均布压力转化到以线为边界的各单元上,January 30, 2001 Inventory #001441 7-8,加载 (续),注意到这是 很长的菜单, 对于结构分析，部分菜单呈暗淡灰色，表示不属于结构分析的范畴。 (ANSYS 可由模型中的单元类型识别分析类型),实体模型加载: Main Menu: Solution -Loads- Apply ,说明: 可通过在preferences 中选择适当的分析类型过滤菜单中的选项。,January 30, 2001 Inventory #001441 7-9,加载 (续),输入一个 压力值即为 均布载荷, 两个数值 定义 坡度压力,说明：压力数值为正表示其方向指向表面,Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines,加载面力载荷,拾取 Line,January 30, 2001 Inventory #001441 7-10,加载 (续),VALI = 500,VALI = 500 VALJ = 1000,VALI = 1000 VALJ = 500,L3,1000,500,500,坡度压力载荷沿起始关键点(I) 线性变化到第二个关键点 (J)。 如果加载后坡度的方向相反, 将两个压力数值颠倒即可。,加载面力载荷（续）,January 30, 2001 Inventory #001441 7-11,加载 (续),轴对称载荷可加载到具有对称轴的3-D 结构上。 3-D 轴对称结构可用一2-D 轴对称模型描述。,加载轴对称载荷,10” 直径,5” 半径,轴对称模型,3-D 结构,对称轴,January 30, 2001 Inventory #001441 7-12,加载 (续),加载 轴对称载荷, 注意以下方面: 载荷数值 (包括输出的反力) 基于360度转角的3-D结构。 在右图中，轴对称模型中的载荷是3-D结构均布面力载荷的总量。,Total Force = 2pr = 47,124 lb.,准则,3-D 结构,2-D 有限元模型,Axis of symmetry,January 30, 2001 Inventory #001441 7-13,加载 (续),在关键点加载位移约束:,加载约束载荷,Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Keypoints +,Expansion option 可使相同的载荷加在位于两关键点连线的所有节点上,拾取keypoints,例 要固定一边，只要拾取关键点6、7,并设置 all DOFs = 0 和 KEXPND = yes.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-14,加载 (续),加载约束载荷（续）,在线和面上加载位移约束:,Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Lines + OR On Areas+,拾取 lines,拾取areas,January 30, 2001 Inventory #001441 7-15,校验载荷,实体模型载荷显示在几何模型上 (体、面、线或关键点) 有限元模型载荷在画节点或单元时显示,通过 plotting画出载荷: Utility Menu: PlotCtrls Symbols .,或通过 listing列表载荷: Utility Menu: List Loads,Objective,4-2b. 校验载荷,January 30, 2001 Inventory #001441 7-16,将载荷转化到有限元模型上,说明: 只有到求解初始化时，才将模型中的载荷自动转化到有限元模型中的节点和单元上。,下面将载荷转化到节点和单元上，不进行求解: Main Menu: Solution -Loads-Operate,这些选项出现的信息大致相同,January 30, 2001 Inventory #001441 7-17,删除载荷,Main Menu: Solution -Loads- Delete,All Load Data 选项可同时删除模型中的任一类载荷。,individual entities by picking 选项只删除模型选定的载荷。,而.,4-2c. 删除载荷,Objective,January 30, 2001 Inventory #001441 7-18,删除载荷（续）,当删除实体模型时, ANSYS 将自动删除其上所有的载荷,删除线上的均布压力,自动删除以线为边界的各单元均布压力,January 30, 2001 Inventory #001441 7-19,删除载荷（续）,两关键点的扩展位移约束载荷例外：,删除两点的约束,只删除了两角点（ CORNER ）约束， 而加载时扩展的 （ inside ） 节点约束必须手工删除.,第 2 课 求 解,January 30, 2001 Inventory #001441 7-21,求解,求解结果保存在数据库中并输出到结果文件 (Jobname.RST, Jobname.RTH, Jobname.RMG, or Jobname.RFL),结果文件,结果数据,数据库,求解器,结果,输入数据,January 30, 2001 Inventory #001441 7-22,求解时模型是否准备就绪?,在求解初始化前，应进行分析数据检查，包括下面内容: 统一的单位 单元类型和选项 材料性质参数 考虑惯性时应输入材料密度 热应力分析时应输入材料的热膨胀系数 实常数 (单元特性) 单元实常数和材料类型的设置 实体模型的质量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items) 模型中不应存在的缝隙 壳单元的法向 节点坐标系 集中、体积载荷 面力方向 温度场的分布和范围 热膨胀分析的参考温度 (与 ALPX 材料特性协调?),January 30, 2001 Inventory #001441 7-23,求解过程: 1. 求解前保存数据库 2. 将Output 窗口提到最前面观看求解信息 3. Main Menu: Solution -Solve-Current LS.,进行求解,Objective,4-3. 描述求解过程,January 30, 2001 Inventory #001441 7-24,进行求解(续),在求解过程中，应将OUTPUT窗口提到最前面。 ANSYS 求解过程中的一系列信息都将显示在此窗口中，主要信息包括: 模型的质量特性- 模型质量是精确的 - 质心和 质量矩的值有一定误差。 单元矩阵系数 - 当单元矩阵系数最大/最小值的比率 1.0E8 时将预示模型中的材料性质、实常数或几何模型可能存在问题。当比值过高时，求解可能中途退出。 模型尺寸和求解统计信息。 汇总文件和大小。,January 30, 2001 Inventory #001441 7-25,进行求解(续),没有获得结果的原因是什么? 往往是求解输入的模型不完整或存在错误，典型原因有: 约束不够! (通常出现的问题)。 当模型中有非线性单元 (如缝隙 gaps、滑块sliders、铰hinges、索cables等），整体或部分结构出现崩溃或“松脱”。 材料性质参数有负值, 如密度或瞬态热分析时的比热值。 未约束铰接结构，如两个水平运动的梁单元在竖直方向没有约束。 屈曲 - 当应力刚化效应为负（压）时，在载荷作用下整个结构刚度弱化。如果刚度减小到零或更小时，求解存在奇异性，因为整个结构已发生屈曲。,第 3 课 结果后处理,January 30, 2001 Inventory #001441 7-27,结果的绘图和列表,ANSYS 有两个后处理器: 通用后处理器 (即 “POST1”) 只能观看整个模型在某一时刻的结果 (如：结果的照相 “snapshot”). 时间历程后处理器 (即 “POST26”) 可观看模型在不同时间的结果。 但此后处理器只能用于处理瞬态和/或动力分析结果。 在这一课只讨论通用后处理器,Objective,4-4. 介绍ANSYS后处理功能,January 30, 2001 Inventory #001441 7-28,结果的绘图和列表(续),静力分析结果后处理的步骤主要包括: 1. 绘变形图 2. 变形动画 3. 支反力列表 4. 应力等值线图 5. 网格密度检查,Guidelines,Objective,4-5. 介绍静力分析结果后处理的五个步骤,January 30, 2001 Inventory #001441 7-29,绘变形图,绘出结构在静力作用下的变形结果: Main Menu: General Postprocessor Plot Results Deformed Shape.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-30,变形动画,以动画方式模拟结构在静力作用下的变形过程: Utility Menu: PlotCtrls Animate Deformed Shape.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-31,支反力,在任一方向，支反力总和必等于在此方向的载荷总和。 节点反力列表: Main Menu: General Postprocessor List Results Reaction Solution.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-32,应力等值线,应力等值线方法可清晰描述一种结果在整个模型中的变化，可以快速确定模型中的 “危险区域”。 显示应力等值线 : Main Menu: General Postprocessor Plot Results -Contour Plot- Nodal Solution.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-33,应力等值线动画,结果动画 : Utility Menu: PlotCtrls Animate Deformed Results,January 30, 2001 Inventory #001441 7-34,关于PowerGraphics的说明,PowerGraphics 特点: 快速重画、图形轮廓分明。 模型显示光滑、具有相片的真实感。 支持单元类型（ lines、pipes、elbows、 contact 等单元）和几何实体 （ lines、areas、 volumes 等）。,PowerGraphics 打开 (缺省),PowerGraphics 关闭,January 30, 2001 Inventory #001441 7-35,检查网格精度,由于网格密度影响分析结果的精度，因此有必要验证网格的精度是否足够。 有三种方法进行网格精度检查： 1. 观察（ Visual inspection ） 2. 误差估计 3. 将网格加密一倍，重新求解并比较两者结果。注意: 有些情况下这种做法不适用。,January 30, 2001 Inventory #001441 7-36,观察,画出非平均（ unaveraged ）应力等值线，例如，画出单元应力而不是节点应力。 显示每个单元的应力 寻找单元应力变化大的区域，这些区域应进行网格加密。（在MeshTool中对网格加密非常方便， MeshTool 将在后面的内容介绍。）,Averaged stress contours,Unaveraged stress contours,January 30, 2001 Inventory #001441 7-37,误差估计,ANSYS 对平均应力和非平均应力采用几种不同的误差计算方法，误差估计只在进入后处理前PowerGraphics 被关闭的情况下进行。 (如果进入后处理后关闭 PowerGraphics则ANSYS将重新计算误差因子。),关闭 PowerGraphics，应力等值线图可显示应力分布和最大最小值范围，这可表明误差的大小。 通过画出结构能误差的等值线图，可显示误差较大的区域 - 这些区域需要网格加密。 画出所有单元的应力偏差图，可给出每个单元的应力误差值。 (平均应力和非平均应力不同),January 30, 2001 Inventory #001441 7-38,应力平均,FEA的计算结果包括通过计算直接得到的初始量和导出量。 任一节点处的DOF结果 (UX、UY、TEMP等) 是初始量。 它们只是在每个节点计算出来的初始值。