1、ANSYS基本操作(三)加載、求解、結果后處理目 標n理解載荷及其加載過程理解載荷及其加載過程n列表和分類載荷列表和分類載荷n在實體模型上完成下列操作在實體模型上完成下列操作:a. 加載加載b. 校驗載荷校驗載荷c. 刪除載荷刪除載荷n求解求解n描述求解過程描述求解過程n結果后處理結果后處理n描述描述ANSYS后處理中觀看結果的各種功能后處理中觀看結果的各種功能n描述靜力分析結果后處理的五個步驟描述靜力分析結果后處理的五個步驟.第一部分:載荷及其加載過程載荷及其加載過程載荷分類n自由度自由度DOF - 定義節點的自由度（定義節點的自由度（ DOF ） 值值 (結結構分析構分析_位移、熱分析位移

2、、熱分析_ 溫度、電磁分析溫度、電磁分析_磁勢等磁勢等)n集中載荷集中載荷 - 點載荷點載荷 (結構分析結構分析_力、熱分析力、熱分析_ 熱導熱導率、電磁分析率、電磁分析_ magnetic current segments)n面載荷面載荷 - 作用在表面的分布載荷作用在表面的分布載荷 (結構分析結構分析_壓力、壓力、熱分析熱分析_熱對流、電磁分析熱對流、電磁分析_magnetic Maxwell surfaces等等)n體積載荷體積載荷 - 作用在體積或場域內作用在體積或場域內 (熱分析熱分析_ 體積膨體積膨脹、內生成熱、電磁分析脹、內生成熱、電磁分析_ magnetic current d

3、ensity等等)n慣性載荷慣性載荷 - 結構質量或慣性引起的載荷結構質量或慣性引起的載荷 (重力、角重力、角速度等速度等)加載n可在實體模型或可在實體模型或 FEA 模型模型 (節點和單元節點和單元) 上加載上加載在關鍵點處約束在關鍵點處約束實體模型實體模型沿線均布的壓力沿線均布的壓力在關鍵點加集中力在關鍵點加集中力FEA 模型模型沿單元邊界均布的壓力沿單元邊界均布的壓力在節點加集中力在節點加集中力在節點處約束在節點處約束加載 (續)n無論采取何種加載方式無論采取何種加載方式, ,ANSYS求解前都將載求解前都將載荷轉化到有限元模型荷轉化到有限元模型. .因此因此, ,加載到實體的載荷加載到

4、實體的載荷將將自動轉化到自動轉化到 其所屬的節點或單元上其所屬的節點或單元上實體模型實體模型加載到實加載到實體的載荷體的載荷自動轉化自動轉化到其所屬到其所屬的節點或的節點或單元上單元上FEA 模型模型沿線均布的壓力沿線均布的壓力 均布壓力轉化到以線為邊界的各單元上均布壓力轉化到以線為邊界的各單元上實體模型加載實體模型加載Main Menu: Solution -Loads-Apply注意到這是注意到這是 很長的菜單很長的菜單, 對于結構分析，對于結構分析，部分菜單呈暗淡灰色部分菜單呈暗淡灰色, ,表示不屬于結構分表示不屬于結構分析的范疇。析的范疇。 (ANSYS 可由模型中的單元可由模型中的單

5、元類型識別分析類型類型識別分析類型) 說明說明: 可通過在可通過在preferences 中選擇適中選擇適當的分析類型過濾菜單中的選項當的分析類型過濾菜單中的選項加載面力載荷加載面力載荷Main Menu: Solution -Loads- Apply Pressure On Lines輸入一個壓力值輸入一個壓力值即為即為均布載荷均布載荷, 兩個數值兩個數值 定義定義坡度壓力坡度壓力拾取拾取Line加載面力載荷加載面力載荷(續續)VALI = 500VALI = 500VALJ = 1000VALI = 1000VALJ = 500500L3500L31000500L31000500坡度壓力載

6、荷沿起始關鍵點坡度壓力載荷沿起始關鍵點(I) 線性變化到第二個關鍵點線性變化到第二個關鍵點 (J) 如果加載后坡度的方向相反如果加載后坡度的方向相反, 將將兩個壓力數值顛倒即可兩個壓力數值顛倒即可加載軸對稱載荷加載軸對稱載荷n軸對稱載荷可加載到具有對稱軸的3-D 結構上n3-D 軸對稱結構可用一2-D 軸對稱模型描述10” 直徑直徑5” 半徑半徑軸對稱模型軸對稱模型3-D 結構結構對稱軸對稱軸加載軸對稱載荷的注意事項加載軸對稱載荷的注意事項:n載荷數值載荷數值 (包括包括輸出的反力輸出的反力) 基基于于360度轉角的度轉角的3-D結構。結構。n在右圖中，軸對在右圖中，軸對稱模型中的載荷稱模型中

7、的載荷是是3-D結構均布結構均布面力載荷的總量。面力載荷的總量。3-D 結構結構2-D 有限元模型有限元模型Axis of symmetry加載約束載荷加載約束載荷n在關鍵點加載位移約束在關鍵點加載位移約束:Expansion option 可使相同的載荷加可使相同的載荷加在位于兩關鍵點連線的所有節點上在位于兩關鍵點連線的所有節點上例例要固定一邊，要固定一邊，只要拾取關鍵只要拾取關鍵點點6、7,并設并設置置 all DOFs = 0 和和 KEXPND = yes.K6K7拾取拾取keypointsMain Menu: Solution -Loads- Apply-Structural- Di

8、splacement On Keypoints +加載約束載荷（續）加載約束載荷（續）n在線和面上加載位移約束在線和面上加載位移約束:Main Menu: Solution -Loads- Apply -Structural- Displacement On Lines + OR On Areas+拾取拾取 lines 拾取拾取areas校驗載荷n通過通過 plotting畫出載荷畫出載荷:Utility Menu: PlotCtrls Symbols . 實體模型載荷顯示在幾何模型實體模型載荷顯示在幾何模型上上 (體體、面、線或關鍵點、面、線或關鍵點) 有限元模型載荷在畫節點或單有限元模型載

9、荷在畫節點或單元時顯示元時顯示或通過或通過 listing列表載荷列表載荷:Utility Menu: List Loads將載荷轉化到有限元模型上n下面將載荷轉化到節點和單元上，不進行求解下面將載荷轉化到節點和單元上，不進行求解:Main Menu: Solution -Loads-Operate這些選項出現的信息大致相同這些選項出現的信息大致相同刪除載荷Main Menu: Solution -Loads- Delete All Load Data 選項可同時刪除選項可同時刪除模型中的任一類載荷模型中的任一類載荷。individual entities by picking 選項只刪除模型

10、選定的載荷。選項只刪除模型選定的載荷。而而.刪除載荷（續）n當刪除實體模型時當刪除實體模型時, ANSYS 將自動刪除其上所將自動刪除其上所有的載荷有的載荷實體模型實體模型FEA 模型模型l刪除線上的均刪除線上的均布壓力布壓力 自動刪除以線為邊自動刪除以線為邊界各單元均布壓力界各單元均布壓力刪除載荷（續）n兩關鍵點的擴展位移約束載荷例外：兩關鍵點的擴展位移約束載荷例外：刪除兩點的約束刪除兩點的約束 只刪除了兩角點（只刪除了兩角點（ CORNER ）約束）約束， 而加載時擴展而加載時擴展的的 （ inside ） 節節點約束必須手工刪點約束必須手工刪除除實體實體 模型模型FEA 模型模型l 第二

11、部分第二部分: : 求求 解解求解過程n求解結果保存在數據庫中并輸出到結果文求解結果保存在數據庫中并輸出到結果文件件 (Jobname.RST, , Jobname.RTH, , Jobname.RMG, , or Jobname.RFL)結果文件結果文件結果數據結果數據數據庫數據庫求解器求解器結果結果輸入數據輸入數據求解前檢查內容n統一的單位統一的單位n單元類型和選項單元類型和選項n材料性質參數材料性質參數n考慮慣性時應輸入材料密度考慮慣性時應輸入材料密度n熱應力分析時應輸入材料的熱膨脹系數熱應力分析時應輸入材料的熱膨脹系數n實常數實常數 (單元特性單元特性)n單元實常數和材料類型的設置單元

12、實常數和材料類型的設置n實體模型的質量特性實體模型的質量特性 (Preprocessor Operate Calc Geom Items)求解前檢查內容(續)n模型中不應存在的縫隙模型中不應存在的縫隙n殼單元的法向殼單元的法向n節點坐標系節點坐標系n集中、體積載荷集中、體積載荷n面力方向面力方向n溫度場的分布和范圍溫度場的分布和范圍n熱膨脹分析的參考溫度熱膨脹分析的參考溫度 (與與 ALPX 材料特性協材料特性協調調?)進行求解n求解過程求解過程:n求解前保存數據庫求解前保存數據庫n將將Output 窗口提到最前面觀看窗口提到最前面觀看求解信息求解信息nMain Menu: Solution

13、-Solve-Current LS.進行求解(續)nANSYS 求解過程中的一系列信息都將顯示在OUTPUT窗口中，主要信息包括:n模型的質量特性- 模型質量是精確的 - 質心和 質量矩的值有一定誤差n單元矩陣系數 - 當單元矩陣系數最大/最小值的比率 1.0E8 時將預示模型中的材料性質、實常數或幾何模型可能存在問題。當比值過高時，求解可能中途退出n模型尺寸和求解統計信息n匯總文件和大小未獲得結果的原因是什么? n往往是求解輸入的模型不完整或存在錯誤，典型原因有: n約束不夠! (通常出現的問題)n當模型中有非線性單元 (如縫隙 gaps、滑塊sliders、鉸hinges、索cables等

14、），整體或部分結構出現崩潰或“松脫”n材料性質參數有負值, 如密度或熱分析時的比熱值n未約束鉸接結構，如兩個水平運動的梁單元在豎直方向沒有約束n屈曲 - 當應力剛化效應為負（壓）時，在載荷作用下整個結構剛度弱化。如果剛度減小到零或更小時，求解存在奇異性，因為整個結構已發生屈曲 第三部分第三部分: : 結果后處理結果后處理結果的繪圖和列表nANSYS 有兩個后處理器:n通用后處理器 (即 “POST1”) 只能觀看整個模型在某一時刻的結果 (如：結果的照相 “snapshot”)n時間歷程后處理器 (即 “POST26”) 可觀看模型在不同時間的結果。 但此后處理器只能用于處理瞬態和/或動力分析

15、結果結果的繪圖和列表(續)n靜力分析結果后處理的步驟主要包括:n繪變形圖n變形動畫n支反力列表n應力等值線圖n網格密度檢查繪變形圖n繪出結構在靜力作用下的變形結果: Main Menu: General Postprocessor Plot Results Deformed Shape.變形動畫n以動畫方式模擬結構在靜力作用下的變形過程: Utility Menu: PlotCtrls Animate Deformed Shape.支反力n在任一方向，支反力總和必等于在此方向的載荷總和。n節點反力列表:Main Menu: General Postprocessor List Results

16、Reaction Solution.支反力(續)應力等值線n應力等值線方法可以清晰描述一種結果在整個模型中的變化，快速確定模型中的 “危險區域”Main Menu: General Postprocessor Plot Results -Contour Plot- Nodal Solution.應力等值線動畫Utility Menu: PlotCtrls Animate Deformed ResultsPowerGraphicsn快速重畫、圖形輪廓分明n模型顯示光滑、具有相片的真實感PowerGraphics 打開打開 (缺省缺省)PowerGraphics 關閉關閉檢查網格精度n由于網格密度

17、影響分析結果的精度，因此有必要驗證網格的精度是否足夠n有三種方法進行網格精度檢查：n觀察（ Visual inspection ）n誤差估計n將網格加密一倍，重新求解并比較兩者結果。注意: 有些情況下這種做法不適用觀察n畫出非平均（ unaveraged ）應力等值線，例如，畫出單元應力而不是節點應力n顯示每個單元的應力n尋找單元應力變化大的區域，這些區域應進行網格加密（在MeshTool中對網格加密非常方便， MeshTool 將在后面的內容介紹。）誤差估計nANSYS 對平均應力和非平均應力采用幾種不同的誤差計算方法，誤差估計只在進入后處理前PowerGraphics 被關閉的情況下進行n

18、關閉 PowerGraphics，應力等值線圖可顯示應力分布和最大最小值范圍，這可表明誤差的大小。n通過畫出結構能誤差的等值線圖，可顯示誤差較大的區域 - 這些區域需要網格加密。n畫出所有單元的應力偏差圖，可給出每個單元的應力誤差值。 (平均應力和非平均應力不同)應力平均nFEA的計算結果包括通過計算直接得到的初始量和導出量n任一節點處的DOF結果 (UX、UY、TEMP等) 是初始量。 它們只是在每個節點計算出來的初始值n其它量，如應力應變，是由DOF 結果通過單元計算導出而得到的n因此，在給定節點處，可能存在不同的應力值。這是由以與此節點相連的不同單元計算而產生的n“節點結果”（nodal solution）畫出的是在節點處導出量的平均值，而“單元結果”（ element solution ）畫出非平均量。 應力平均(續)n在多數情況下，畫出平均應力圖，但有時要畫出n在彈性模量不同的材料交界處，應力分量會不連續。 (PowerGraphics 自動考慮到這一點并對此界面不進行平均處理。)非平均單元應力顯示不連續的應力非平均單元應力顯示不連續的應力