ANSYS讲义荷载及其施加

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,4章 加载求解及后处理技术,4.1,荷载及其施加,4.2,荷载步选项及设置,4.3,分析类型与求解控制选项,4.4,求解代价估计,4.5,重启动分析,4.6,时变结构的多荷载步求解,4.7,通用后处理,4.8,时间历程后处理,名 称,说 明,结构分析中示例,自由度约束,（,DOF constraint,）,定义模型的自由度值,固定约束、支座沉,降等,集中荷载,（,Force,）,施加在模型上的集中荷载,力、力矩等,表面荷载,（,Surface load,）,施加在模型面上的分布力,压力、线荷载,体荷载,（,Body load,）,施加体积荷载或场荷载,温度,惯性荷载,（,Inertia loads,）,施加物理惯性引起的荷载,重力加速度、角速,度角加速度等,耦合场荷载,Coupled-field loads,从一种分析得到的结果，作,为另一种分析的荷载,热分析的温度等,4.1 荷载及其施加,-荷载,在,ANSYS中,荷载包括边界条件和作用力，对结构分析如下：,位移、力、压力、温度、重力,一般可将荷载分为六类，如表,4-1,所示。,4.1 荷载及其施加,-荷载,荷载即可施加在几何模型（关键点、硬点、线、面、,体）上，也可施加在有限元模型（节点、单元）上，,或者二者混合使用。,施加在几何模型上的荷载独立于有限元网格，不必,为修改网格而重新加载；,施加在有限元模型上且要修改网格，则必须先删除,荷载再修改网格，然后重新施加荷载。,不管施加到何种模型上，在求解时荷载全部转换,（自动或人工）到有限元模型上。,位置,命 令,功 能,备 注,节点,D,对节点施加自由度约束,在当前节点坐标系施加,DLIST,节点自由度约束列表,查看节点自由度约束的详细信,DDELE,删除节点自由度约束,息,DSYM,对节点施加对称自由度约束,施加对称和反对称约束,DSCALE,比例缩放节点自由度约束的,仅适用于有限元模型施加的约,DCUM,累值加节点自由度约束,可束替代、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,4.1 荷载及其施加,-施加自由度约束,在结构分析中自由度共有,7个，自由度的方向均依从,节点坐,标系。约束可施加在节点、关键点、线和面上。,4.1 荷载及其施加,-施加自由度约束,1.,节点自由度约束及相关命令, 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,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,Normal,参 数,对称边界条件,反对称边界条件,2D,3D,2D,3D,X,UX,ROTZ,UX,ROTZ,ROTY,UY,UY,UZ,ROTX,Y,UX,ROTZ,UY,ROTZ,ROTX,UX,UX,UZ,ROTY,Z,-,UZ,ROTX,ROTY,4.1 荷载及其施加,-施加自由度约束, 在节点上施加对称和反对称约束,命令：,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，非直角坐标系为方向；,=Z,：表面垂直于,Z,方向，球和环坐标系为方向；,KCN-用于定义表面方向的整体或局部坐,标系的参考号。,4.1 荷载及其施加,-施加自由度约束,2.,关键点自由度约束及相关命令,命令：,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。,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,例如：,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,4.1 荷载及其施加,-施加自由度约束,3.,对线施加自由度约束,命令：,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。,而列表和删除线上自由度约束的命令分别为：,列表：,DLLIST,LINE,删除：,DLDELE,LINE,Lab,4.1 荷载及其施加,-施加自由度约束,!EX4.2,对线施加约束并转换,finish$/clear$/prep7,et,1,95$blc4,10,10,10 !,定义单元类型、创建长方体,dl,7,ux,0.1 !,线,7,施加,UX,自由度约束，位移值为,dl,5,all !,线,5,施加全部自由度约束,dl,11,6,symm !,线,11,施加对称约束，面号为,6,dl,10,6,asym !,线,10,施加反对称约束，面号为,6,dl,6,symm !,线,6,施加对称约束，面号缺省,DLLIST !,列表显式线约束信息,esize,2$vmesh,all !,划分单元,dtran$DLIST !转换约束到,有限元模型，并列表显示,4.1 荷载及其施加,-施加自由度约束,4.,对面施加自由度约束,命令：,DA,AREA,Lab,Value1,Value2,其中,AREA,为拟施加约束的面号，也可为,ALL,或元件名，其余,同,DL,命令中的参数。,该命令对面上的所有节点施加自由度约束。,列表和删除面上自由度约束的命令分别为：,列表：,DALIST,AREA,删除：,DADELE,AREA,Lab,5.,约束转换命令,仅转换约束自由度命令：,DTRAN,边界条件和荷载转换命令：,SBCTRAN,这两命令将几何模型施加的约束和荷载转换到有限元,模型上。也可不执行这两个命令而在求解时由系统自动转换。,6.,自由度约束的冲突,对于,DK,、,DL,和,DA,命令施加的自由度约束参数可能会发生,冲突，例如：,DL,指定会与相邻线（有公共关键点）上的,DL,指定冲突；,DL,指定会与任一关键点上的,DK,指定冲突；,DA,指定会与相邻面（有公共关键,点和公共线）上的,DA,指定冲突；,DA,指定会与任一线上的,DL,指定冲突；,DA,指定会与任一关键点,上的,DK,指定冲突。,按下列顺序将施加到几何模型上的自由度约束转换到有限元模型上：,按面号增加的顺序，将,DA,的自由度约束转换到面上的所有节点；,按面号增加的顺序，将,DA,约束的,SYMM,和,ASYM,转换到面上的所有节点；,按线号增加的顺序，将,DL,自由度约束转换到线上的所有节点；,按线号增加,的顺序，将,DL,的,SYMM,和,ASYM,约束转换到线上的所有节点；,将,DK,自由度约束转换到关键点上的所有节点。,所以，对冲突的约束，,DK,命令改写,DL,命令，,DL,命令改写,DA,命令，施加在较大编号图素上的约束改写较低编号上的约束。,这种冲突的处理与命令执行的前后顺序没有关系，但当发生冲,突时，系统会发出警告信息。,位置,命 令,功 能,备 注,节点,F,对节点施加集中荷载,在当前节点坐标系施加,FLIST,节点集中荷载列表,查看节点集中荷载的详细信,FDELE,删除节点集中荷载,FSCALE,比例缩放节点集中荷载,仅适用于有限元模型,FCUM,累加节点集中荷载,可替代、累加和忽略,3,种方式,关键点,FK,对关键点施加集中荷载,FKLIST,关键点集中荷载列表,FKDELE,删除关键点集中荷载,转换,FTRAN,将几何模型上的集中荷,载传到有限元模型上,仅仅转换集中荷载,SBCTRAN,将几何模型上的所有边,转换自由度约束和荷载,4.1 荷载及其施加,-施加集中荷载,结构分析中的集中荷载及其标识符为力,FX,FY,FZ,及力矩,MX,MY,MZ,。,界条件传到有限元模型,4.1 荷载及其施加,-施加集中荷载,1.,施加节点集中荷载,命令：,F,NODE,Lab,VALUE,VALUE2,NEND,NINC,NODE-,节点编号，也可为,ALL,或元件名。,Lab-,集中荷载标识符，如,FX,FY,FZ,MX,MY,MZ,其中任一。,VALUE-集中荷载值或表,式边界条件的表格名称。,VALUE2,-集中荷载值的第二个数，,如为复数输入时，VALUE为实部，而VALUE2为虚部。,NEND,NINC-,节点编号范,围和编号增量。,节点集中荷载列表：,FLIST,删除节点集中荷载：,FDELE,4.1 荷载及其施加,-施加集中荷载,2.,施加关键点集中荷载,命令：,FK,KPOI,Lab,VALUE,VALUE2,其中,KPOI,为关键点号，也可取,ALL,或元件名。其余参数同,F,命令。,FKLIST,命令和,FKDELE,命令。,转换命令,FTRAN,仅将集中荷载转换到有限元模型的节点上。,不管在何种模型上施加集中荷载，都与节点坐标系相关。,如果尚没有生成有限元模型，因无节点存在，对节点坐标系操,作无效，所施加的荷载仅与总体坐标系相关。,如果几何模型和有限元模型同时存在，则节点坐标系的设置就,有效。不管是在何时何模型上施加的荷载，如果节点坐标系重新,设置了，则荷载也跟着一并改变。所以在改变节点坐标系时应慎,重，以避免出现错误。,finish$/clear$/prep7,et,1,beam4,k,1$k,2,5$k,3,10,l,1,2$l,2,3,local,12,0,90,nrotat,all,dk,1,all,fk,2,fy,-1000,esize,1$lmesh,all,nrotat,all,LPLOT,fk,3,fy,1000,f,6,fx,-1000,sbctran,EPLOT,!,定义单元类型,!,创建,3,个关键点,!,创建,2,条线,!,设置,12,号局部坐标系，其,X12,轴与总体直角坐标系的,Y,轴相同，,!,而其,Y12,轴与总体坐标系的,X,轴平行，但方向相反。,!,此时对节点坐标系的操作无效,!,关键点,1,自由度全部约束,!,在当前节点坐标系（与总体坐标系相同）于关键点,2,施加,FY=-1000,!,其力的作用方向与总体直角坐标系的,Y,轴平行。,!,划分网格，生成有限元模型,!,设置所有节点的节点坐标系与当前激活坐标,系相同（,12,号坐标系）,!,关键点,2,上的,FY=-1000,方向与,Y12,轴平行，而与总体坐,!,标系的,X,轴平行了（节点坐标系改变了，荷载跟着改变）,!,在关键点,3,施加,FY=1000,，方向与,Y12,轴平行,!,在节点,6,施加,FX=-1000,，其方向与,X12,轴平行,!,转换所有边界条件到有限元模型,!,显示单元与边界条件,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载,结构分析中的面荷载为压力，其标识符为,PRES,。,虽然线分布荷载和面分布荷载都称为压力，但对不同的单元类,型，其荷载单位不尽不同。,对于,2D,面单,元，无论面荷载施加在单元边或边界线（,LINE,），,其荷载单位都是,“,力,/,面积,”,。,对于,SHELL,单元,，施加中面法向的面荷载单位为,“,力,/,面积,”,，,而单元边或单元边界线上的面荷载单位为,“,力,/,长度,”,。,对于梁单元，其分布荷载单位为,“,力,/,长度,”,，单元端部荷载单,位为,“,力,”,。,对于,3D,实体,单元，其面荷载的单位为,“,力,/,面积,”,。,位置,命 令,功 能,备 注,节点,SF,对节点群施加面荷载,由节点群确定面,SFSCALE,比例缩放节点群面荷载,仅适用于有限元模型,SFCUM,累加节点群面荷载,可替代、累加和忽略,3,种方式,SFFUN,定义节点号与面荷载的函数关,也可用于单元加载命令,SFGRAD,系,定义面荷载的梯度,也用于单元、线、面加载命令,SFLIST,节点群面荷载列表,SFDELE,删除节点群面荷载,单元,SFE,在单元上施加面荷载,单元的任一面，各节点可不等,SFBEAM,在梁单元施加面荷载,分布荷载、跨间集中荷载等,SFELIST,单元面荷载列表,SFEDELE,删除单元面荷载,线,SFL,在线上施加面荷载,2D,面单元、壳单元,SFLLIST,线上面荷载列表,SFLDELE,删除线上面荷载,面,SFA,在面上施加面法向的面荷载,3D,体单元、壳单元,SFALIST,面上面荷载列表,SFADELE,删除面上面荷载,转换,SFTRAN,将面荷载传到有限元模型上,仅仅转换面荷载,SBCTRAN,将所有边界条件传到有限元模型,1.,施加节点面荷载, 对节点群施加面荷载,命令：,SF,Nlist,Lab,VALUE,VALUE2,Nlist-,节点群，可取,ALL,或元件名。,Lab-,面荷载标识符，结构分析为,PRES,。,VALUE-,面荷载值或表格型面荷载的表格名称。,VALUE2-,复数输入时面荷载值的第二个值。,对于单个节点不能使用该命令。,对于,3D,体单元面，由,Nlist,节点群能够确定多少个单元面就施加多少单元,面（与几何面无关），与单元是否被单独选择无关。利用该命令可以解决,大面上局部加载的问题。,对于,2D面单元，当在单元外部边界（不是,单元边）上加载时，可仅选择,外部边界上的节点群即可加载；当节点群不在单元外部边界时，尚须单独,选择包含这些节点的单元，否则不予施加。面荷载的方向与单元面平行，,且指向单元面边界。该特点对于单元周边施加相同面荷载时比较简单，当,然也可施加单元任一边的面荷载，但稍稍麻烦些。,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载,!EX4.4A 3D,单元,SF,加载示例,finish$/clear$/prep7,et,1,95$blc4,10,10,20 !,定义单元类型，创建长方体,esize,4$vmesh,all !定义单元网格数目，划分单元,网格,asel,s,loc,y,10 !,选择,Y=10,的几何面,nsla,s,!,选择与面相关的节点，但不包含面边界节点,sf,all,pres,1000,!,施加节点群压力荷载（力,/,面积），仅,4,个单元面,asel,s,loc,z,20 !,选择,Z=20,的面,nsla,s,1 !,选择与面相关的所有节点,sf,all,pres,1000,!,施加节点群压力荷载（力,/,面积），所有单元面,! EX4.4B 2D,单元,SF,加载示例,FINISH$/CLEAR$/PREP7,!,定义单元，创建带孔面,ET,1,82$BLC4,100,200,blc4,30,60,40,80$asba,1,2,wprota,-90$wpoff,60$asbw,all,!,切分面，以便划分网格,wpoff,80$asbw,all$wprota,90,wpoff,30$asbw,all$wpoff,40,asbw,all,wpcsys,-1$ESIZE,5$AMESH,ALL,/psf,PRES,NORM,2,SF,ALL,PRES,100,sfdele,all,pres,!,对所有单元施加面荷载，即外部边界加载,!,删除上述面荷载,nsel,s,loc,x,0,sf,all,pres,100,nsel,s,loc,x,15,20,esln,s,1,nsel,r,loc,x,15,sf,all,pres,110,!,选择,X=0的节点,群,!对上述节点,群施加面荷载,!,选择,X=1520,的节点,!选择上述节点能够确定,的全部单元,!,从中选择,X=15,的节点群,!对上述节点群施加面荷载（内部单,元的一边上）,!,选择,X=4060,的节点,!,从中选择,Y=1030,的节点,!选择上述,节点能够确定的全部单元,!对上述节点群施加面荷载（内部单元,的周边上）,!,选择,X=100,的线,!,选择与线相关的全部节点，再选择与节点相关的,全部单元,!,重新选择节点群（在上述单元范围内）,!对上述节点群施加面荷载（内部单元的一,边上）,nsel,s,loc,x,40,60,nsel,r,loc,y,10,30,esln,s,1,sf,all,pres,100,lsel,s,loc,x,100,nsll,s,1$esln,s,nsel,s,loc,x,95,sf,all,pres,-100,allsel$eplot, 定义节点号与面荷载的函数关系,命令：,SFFUN,Lab,Par,Par2,Lab-,面荷载标识符，结构分析为,PRES,。,Par-,储存面荷载值的参数名（数组参数）。,Par2-,用于复数输入时的第二个值。,该命令定义节点号与面荷载的函数关系，数组中值的位置,（数组下标）表示节点号，数组值表示面荷载的大小。该命令,对于施加由其它软件计算出的节点面荷载时比较有用，但对于,ANSYS,自动生成的有限元模型，其节点编号由系统自动确定，,显然要直接应用这种函数关系并不容易。该命令所定义的函数,关系，可用于,SF,和,SFE,命令。,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载,!EX4.5,节点号及其荷载函数,finish$/clear$/prep7,et,1,45$blc4,10,10,20 !,定义单元类型，创建长方体,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,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载, 定义面荷载梯度,命令：,SFGRAD,Lab,SLKCN,Sldir,SLZER,SLOPE,Lab-,面荷载标识符，结构分析为,PRES,。,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：,=X,（缺省）：沿,X,方向的斜率，对非直角坐标系为,R,方向；,=Y,：沿,Y,方向的斜率，对非直角坐标系为方向；,=Z,：沿,Z,方向的斜率，对球或环坐标系为方向；,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。,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载,2.,施加单元荷载, 在单元上施加面荷载,命令：,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。,Lab-,面荷载标识符，结构,分析为,PRES,。,KVAL-,当,Lab=PRES,时，,KVAL=0,或,1,表示,VAL1VAL4,为压力的实部,KVAL=2,表示,VAL1VAL4,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。,VAL2VAL4-,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,，其和面为底面和顶面，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（除非使用,SFFUN,定义），而,SFE,可施加各节点不等值和等值两种面荷载；,对于,SHELL,单元，,SFE,较,SF,方便。,一般而言，对于通过几何模,型生成的有限元模型，通过,SFL,和,SFA,命令施加荷载更加便捷，,且不易出错。, 在梁单元施加面荷载,命令：,SFBEAM,ELEM,LKEY,Lab,VALI,VALJ,VAL2I,VAL2J,IOFFST,JOFFST,ELEM-,拟施加面荷载的单元号，也可为,ALL,或元件名。,LKEY-,荷载面号,(,缺省为,1),，在每个梁单元的帮助中有说明。,Lab-,面荷载标识符，结构分析为,PRES,。,VALI,VALJ-,节点,I,和,J,附近的荷载数值。如,VALJ,为空则与,VALI,相同，否则为其输入值。,VAL2I,VAL2J-,当前未启用。,IOFFSET-VALI,荷载值的作用点,离开,I,节点的距离。,JOFFSET-VALJ,荷载值的作用点离开,J,节点的距离。,该命令是对梁单元（,BEAM系列）施加单元荷载的惟一命令，,施,加到梁单元线（,LINE,）上的荷载不能转换到有限元模型。梁,单元荷载有线性分布荷载、局部线性分布荷载、跨间集中力三种。,对于梁单元的垂直和切向分布荷载其单位为,“,力,/,长度,”,，而对于,端部荷载则为,“,力,”,。,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载,线性分布荷载：如节点,I,和节点,J,的横向分布集度分别为,q1,和,q2,，则命令为：,sfbeam,elem,1,pres,q1,q2,局部线性分布荷载，,q1,到节点,I,的距离为,a1,，,q2,到节点,J,的距,离为,a2,则命令为：,sfbeam,elem,1,pres,q1,q2,a1,a2,跨间集中力：设集中力为,p1,到节点,I,的距离为,a1,，则命令为：,sfbeam,elem,1,pres,p1,a1,-1,!,注意,JOFFSET,必须设为,-1,所有荷载均相对于单元而言，对每个单元可施加多个,LKEY,不同,的荷载，但对于同一,LKEY,值，只能施加一种。,如,BEAM3,单元，,LKEY=1,为垂直单元轴线的荷载，,LKEY=2,为平行单元轴线的分,布荷载，而,LKEY=3,或,4,时为单元端部面荷载（力）；同时可利,用,keyopt(10),设置长度或长度比确定,IOFFSET,或,JOFFSET,。,!EX4.7,在梁单元上施加荷载,finish$/clear$/prep7,et,1,beam3 !,定义单元类型,k,1$k,2,10$l,1,2 !,创建关键点和线,esize,10$lmesh,all !,定义单元数目，划分单元,/pnum,elem,1 !,设置单元号显示,sfbeam,3,1,pres,50,100,!,单元,3,施加垂直线性分布荷载，值分别为,50,和,100,sfbeam,5,1,pres,100 !,单元,5,施加垂直均布荷载，值为,100,!,单元,7,施加垂,直局部线性分布荷载，值为,50,和,100,!50,距离,I,节点，,100,距离,J,节点为,sfbeam,9,1,pres,100,0.4,-1 !,单元,9,施加集中荷载,100,，距离,I,节点,sfbeam,3,2,pres,50,100,0.2,0.1 !,单元,3,施加切向局部线性分布荷载,3.,在线上施加面荷载,命令：,SFL,LINE,Lab,VALI,VALJ,VAL2I,VAL2J,LINE-,拟施加荷载的线号，也可为,ALL,或元件名。,Lab-,面荷载标识符，结构分析为,PRES,。,VALI-,线始端关键点处的面荷载值，也可为表,格型边界条件的表格名。,VALJ-,线末端关键点处的面荷载值，也可为表格型边界条件的,表格,名。如为空（缺省）与,VALI,相等，否则采用输入数据。,VAL2I,VAL2J-,为复数输入时的虚部，而,VALI,和,VALJ,则为实部。,该命令仅对,2D,面单元的边界（线）、轴对称单元本身、壳单,元边界（线）有效，对,3D,实体单元的线无效。,对于,2D,面单元，其输入的面荷载值为,“,力,/,面积,”,；而对壳单元，,其输入的面荷载值为,“,力,/,长度,”,，这点需要特别注意。,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载,4.,在面上施加面荷载,命令：,SFA,AREA,LKEY,Lab,VALUE,VALUE2,AREA-,拟施加面荷载的面号，也可为,ALL,或元件名。,LKEY-,荷载施加的面号,(,缺省为,1),。如果面为体单元的表面，,则,LKEY,将被忽略；对壳单元,LKEY,可取,1,或,2,，而其它,值无效，单元帮助中有详细说明。,Lab-,面荷载标识符，结构分析为,PRES,。,VALUE-面荷载值，也可为,表格名称。,VALUE2-,对结构分析无意义。,该命令,对壳单元和,3D,体单元的面施加法向面荷载，对,2D,面单元无效。,5.,面荷载梯度及其加载,定义面荷载梯度后，可在,SF,、,SFE,、,SFL,和,SFA,命令中使用。,如前所述，,SFE,、,SFL,及,SFBEAM,命令可以直接施加线性分布,荷载，采用,SFGRAD,命令定义荷载梯度后，使用,SF,和,SFA,命令,施加线性分布荷载比较方便，如静水压力、圆柱体分布压力等。,!EX4.9,利用荷载梯度在直角坐标系下的施加方法,FINISH$/CLEAR$/PREP7,et,1,82$blc4,10,60 !,定义单元类型，创建面,esize,2$amesh,all !,定义单元尺寸，划分网格,/PSF,PRES,NORM,2 !,设置荷载显示方式,sfgrad,pres,y,0,-5 !,定义荷载梯度，,SLZER=0,，沿,Y,正方向递减,5,单位,/,长度,nsel,s,loc,x,0 !,选择,X=0,，且,Y=040,的节点群,nsel,r,loc,y,0,40,sf,all,pres,600 !,对节点群施加面荷载，基值（,Y=SLZER=0,处）为,600,!,上述荷载施加结果：,Y=0,处为,600,，,Y=40,处为,600+(40-0),(-5)=400,sfgrad,pres,y,30,-20 !,再重新定义梯度荷载，,SLZER=30,，斜率为,-20,nsel,s,loc,x,10 !,选择,X=10,的节点群,sf,all,pres,0 !,对节点群施,加面荷载，基值（,Y=SLZER=30,处）为,0,allsel$eplot !,如图,4-1,所示,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载,4.1 荷载及其施加,-施加面荷载,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。,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,）,位置,命 令,功 能,位置,命 令,功 能,节点,BF,对节点施加体荷载,单元,BFE,在单元上施加体载,BFSCAL,比例缩放节点体荷载,BFESCAL,比例缩放单元体载,BFCUM,累加节点体荷载,BFECUM,累加单元体荷载,BFUNIF,所有节点施加均布体载,BFELIST,单元体荷载列表,BFLIST,节点体荷载列表,BFEDELE,删除单元体荷载,BFDELE,删除节点体荷载,线,BFL,在线上施加体荷载,关,键,点,BFK,在关键点上施加体荷载,BFLLIST,线上体荷载列表,BFKLIST,关键点上体荷载列表,BFLDELE,删除线上体荷载,BFKDEL,删除关键点上体荷载,体,BFV,在体上施加体荷载,面,BFA,在面上施加体荷载,BFVLIST,体上体荷载列表,BFALIST,面上体荷载列表,BFVDELE,删除体上体荷载,BFADEL,删除面上体荷载,转换,体荷载转换,4.1 荷载及其施加,-施加体荷载,在结构分析中，,ANSYS,的体荷载只有温,度，其标识符为,TEMP,。,E,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 元 件 名 ； 第,2,个 参 数,Lab=TEMP,或,FLUE,；,VAL1,VAL4,为体荷载值，其中,VAL2VAL4,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。,命 令,功 能,备 注,ACEL,对物体施加加速度,在总体直角坐标系下,OMEGA,对旋转物体施加角速度,在总体直角坐标系下,DOMEGA,对旋转物体施加角加速度,在总体直角坐标系下,CGLOC,定义参考坐标系原点,相对于总体直角坐标系,CGOMGA,施加参考坐标系下的角速度,在参考坐标系下,DCGOMG,施加参考坐标系下的角加速度,在参考坐标系下,CMOMEGA,在单元元件上施加参考坐标系下的角速度,绕参考坐标系旋转轴,CMDOMGA,在单元元件上施加参考坐标系下的角加速度,绕参考坐标系旋转轴,IRLF,惯性释放计算,见,4.2.1中,的介绍,STAT,INRTIA,列表显式惯性荷载,4.1 荷载及其施加,-施加惯性荷载,惯性荷载有加速度、角速度和角加速度。,惯性荷载没有删除命令，要删除惯性荷载，需将荷载值设为,0,，且为斜坡,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，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：,整个结构绕总体直角坐标系转动（,OMEGA,和,DOMEGA,命令输入）；,单元元件绕参考坐标系轴的转动（,CMOMEGA,和,CMDOMEGA,命令）；, 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。,4.1 荷载及其施加,-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,4.1 荷载及其施加,-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，且,ANSYS,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。,命 令,功 能,备 注,ISTRESS,施加初始常应力荷载,在求解层使用,ISFILE,从文件施加初应力荷载,在求解层使用,USTRESS,用户子程序施加初应力荷,载,可参考用户子程,序,ISWRITE,生成初应力文件,在求解层使用,4.1 荷载及其施加,-初应力荷载及施加,4.1 荷载及其施加,-初应力荷载及施加,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。,4.1 荷载及其施加,-初应力荷载及施加,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。,4.1 荷载及其施加,-初应力荷载及施加,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。,4.1 荷载及其施加,-初应力荷载及施加,!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,）,!INITIAL STRESS RECORD FOR ELEMENT 1,! SX SY,SZ,SXY SYZ,SXZ,eis,1,1,!,!INITIAL STRESS RECORD FOR ELEMENT 2,SZ,SXY SYZ,SXZ,! SX SY,eis,2,1,!,!INITIAL STR