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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,2003,年5月,INTRODUCTION TO ANSYS 5.7-Part 1,讲义,加载&求解,第 9 讲,加载&求解,概述,迄今为止,我们已经知道了如何施加以下类型的荷载,:,位移(,DOF,约束),压力和对流荷载(表面荷载),重力(惯性荷载),“,结构”温度(体荷载),这些荷载占了五种荷载类型中的4种。在这一章中，我们将讲述剩下的一种荷载,集中荷载,比如应力分析中的结点荷载。,加载&求解,概述,在这一章中我们将就以下问题进行讨论:,A.,集中荷载,B.,结点坐标,C.,求解器,D.,多重荷载步,E.,练习,加载&求解,A.,力荷载,一个力就是可以在一个节点或关键点处施加的集中荷载,(,也可以叫,“,点荷载,”),和力一样，点荷载适合于线状模型，如梁，桁架，弹簧等。,在实体单元或壳单元中,点荷载往往引起应力异常，但当您忽略了附近的应力时，它仍然是可接受的。记住，您可以通过选择来忽略附近施加了点荷载的单元。,加载&求解,.力荷载,在左下角展示的二维实体单元中，我们注意到在加力位置出现最大应力,SMAX(23,854)。,当在力附近的结点和单元不被选中时，,SMAX(12,755),就会移到底部角点处，这是由于在该角点处约束引起的另一处应力异常。,加载&求解,.力荷载,通过不选底部角点附近的结点和单元，您就可以在上孔附近得到预期的应力,SMAX(8,098)。,加载&求解,.力荷载,注意，对于轴对称模型,:,在全部,360,范围内输入力的值。,同样在全部,360,范围内输出力的值,(,反力)。,例如,设想一个半径为,r,的圆柱形壳体边缘施加有,P lb/in,的荷载。把这个荷载施加在二维轴对称壳体模形上,(,比如,SHELL51,单元,),您就要施加一,2,p,rP,的力。,r,P,lb/in,2,p,rP,lb,加载&求解,.力荷载,施加一个力需要有以下信息,:,结点号,(,您可以通过选取确定,),力的大小(单位应与您正在使用的单位系统保持一致,),力的方向,FX,FY,或,FZ,使用:,Solution -Loads-Apply Force/Moment,或命令,FK,或,F,问题:在哪一个坐标系中,FX,FY,和,FZ,有说明？,加载&求解,B.,结点坐标系,所有的力，位移，和其它与方向有关的结点量都可以在结点坐标中说明。,输入量:,力和力矩,FX,FY,FZ,MX,MY,MZ,位移约束,UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,耦合和约束方程,其它,输出量:,计算出的位移,UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ,反力,FX,FY,FZ,MX,MY,MZ,其它,加载&求解,.结点坐标系,结点坐标系和模型中的每个结点有关。,缺省时,结点坐标系与总体笛卡尔坐标系一致，例如，所有施加的力和位移约束缺省时都是在笛卡尔坐标中。,X,Y,X,n,Y,n,X,n,Y,n,X,n,Y,n,X,n,Y,n,加载&求解,.结点坐标系,必要时，您可以转换结点坐标的方向。,例如:,模拟一个斜的滚动支座。,施加径向力.,施加径向约束(比如模拟一个承受压力的刚性销,)。,加载&求解,.结点坐标系,旋转结点坐标分为四步,:,1.,选择需要旋转的结点。,2.,激活您要旋转的结点所在的坐标系,(,或者生成一个局部坐标系,),例如：,CSYS,1。,3.,选择,Preprocessor Move/Modify -Rotate Node CS-To Active CS,然后在拾取器中按,Pick All,或者使用,NROTAT,ALL,命令。,4.,激活所有结点。,注意:当您在非对称边界条件下施加对称约束时，,ANSYS,自动旋转边界上的所有结点。,加载&求解,.结点坐标系,演示:,恢复,rib.db,文件。,把工作平面移至底圆圆心处,(,使用关键点的中间位置,)。,在工作平面上激活柱坐标系（或建立一个局部坐标系）。,选择半径在,r=0.35,上的点并画出它们。,在当前激活的坐标系中旋转所有被选择结点的坐标系。,在所有选择的结点上施加一个,UX,位移约束,(,或者施加一个,FX,的力,)。,注意极径方向。,激活笛卡尔坐标,系,(,CSYS,0).,在当前激活的坐标系中旋转所有选择结点的坐标系。,重新画出结点，注意新荷载的方向。,加载&求解,C.,求解器,求解器的功能是求解代表结构自由度个数的线性联立方程。,求解的速度主要取决于模型的大小和您的计算机的速度，所用时间可以是几秒，也可以是几小时。,只有一个荷载步的线性静态分析只需一次求解，而非线性或瞬态分析可能需要几十个，几百个甚至几千次求解。,因此，选择求解器的类型是很重要的。,加载&求解,.,求解器,ANSYS,中可用的求解器可以分为三类,:,直接消元,求解器,波前求解器,稀疏求解器(缺省,),迭代,求解器,PCG(,预制条件共轭梯度求解器,),ICCG(,不完全,Cholesky,共轭梯度求解器,),JCG(Jacobi,共轭梯度求解器,),并行,求解器,(,special license required),AMG(,代数多极运算求解器,),DDS(,分布域求解器,),加载&求解,.,求解器,直接消元,求解器求解以下内容,:,1.计算,单元刚度矩阵。,2.,读取第一个单元的自由度。,3.,删除所有已知自由度或通过其它自由度可以表示的自由度,然后把方程写入,.,tri,文件。保留的自由度组成波阵面。,4.,对所有单元重复2，3步骤直到所有的自由度都被消元。现在的,.,tri,就包含了一个三角化的矩阵。,5.回代求解自由度,然后使用单元矩阵计算单元解。,计算单元矩阵,组集并三角化总体矩阵,回代求解,.,emat,file,.,tri,file,results,file,加载&求解,.,求解器,由于自由度仍不能被排除，所以波阵面是对角化过程中保留在求解器中的自由度数。它随着求解的进行增大或缩小，当最后自由度消元完成后，波阵面变为零。,波阵面直接影响到计算的速度：值越大，速度越慢。,重新排列单元 为求解器选择一个合适的单元编号顺序 可以减小波阵面。ANSYS 在一开始就自动对单元重新编号。,加载&求解,.,求解器,迭代,求解器通过以下步骤求解,:,1.,计算单元刚度矩阵。,2.组,集总体刚度矩阵。,3.,开始时把所有自由度的值设为零，然后一直迭代到收敛,(,基于输入的残余力的容许值,)。,4.,用单元刚度矩阵计算单元解。,在,ANSYS,中迭代求解器和,PCG,JCG,ICCG,的主要区别是所使用的预制控制不同。,计算单元矩阵,组集总体矩阵,迭代求解,.,emat,文件,.,full,文件,结果,文件,加载&求解,.,求解器,加载&求解,.,求解器,并行求解器,(,需特殊许可,),AMG(,代数多极运算求解器,),迭代求解器可以在单处理器或多处理器环境下使用。,DDS(,分布域求解器),把大模型分解为小的域，然后把这些小的域送到多处理器中处理。,加载&求解,.,求解器,选择求解器:,Solution -Analysis Type-Soln Control,然后选择,Soln Options,标号,或者使用,EQSLV,命令,缺省是,“,程序选择”求解器,eqslv,-1,它常常是稀疏矩阵直接求解器。,加载&求解,D.,多荷载步求解,到现在为止,我们已经学会了如何在一组荷载条件下求解，例如，单荷载步求解。,输入或生成模型,网格化,施加荷载,求解(单荷载步,),观察结果,加载&求解,多荷载步求解,如果您是在多组荷载条件下求解，可以选择下面两种方法中的一种,:,把所有荷载放在一起求解,或者分别施加荷载作为多组荷载求解。,加载&求解,多荷载步求解,单荷载步,可以被定义为能够得到一个确定解的一组载荷条件,。,应用多载荷步可以:,独立地求出结构对于任一载荷条件的响应。,在后处理过程中，以任意的方式对这些响应进行组合,(,这被称作荷载工况组合，这种操作仅对现行分析有效,),有两种方式定义和求解多载荷步问题,:,多重载荷求解法,载荷步文件法,加载&求解,多重荷载求解步骤,多重载荷求解法,这是单载荷步求解的一种扩展，不用退出求解处理器即可顺序求解每一个单一载荷步。,最适合于批处理方式,。,当应用界面模式时，该方式仅对可以快速求解的模型是有用的,。,输入或生成模型,划分网格,加载,求解(,load step 1),施加不同的载荷,求解(,load step 2),施加不同的载荷,求解(,load step 3),Etc.,观察结果,加载&求解,多重荷载求解步骤,载荷步文件法,在这种方法中，用将载荷步信息写入文件（载荷步文件）的方法代替求解各个不同的载荷步,:,Solution -Load Step Opts-Write LS File,Or use,LSWRITE,command.,载荷步文件的命名为,jobname.,s01,.s02,.s03,etc.,在写好所有的载荷步文件后，可以应用一个命令,LSSOLVE,or,Solution -Solve-From LS Files,依次读进各个文件并进行求解,。,输入或创建模型,划分网格,施加载荷,写载荷步文件(.,s01),施加其他载荷,写载荷步文件,(.s02),施加其他载荷,写载荷步文件,(.s03),Etc.,应用载荷步文件求解,。,查看结果,加载&求解,多重荷载求解步骤,载荷步法的优点是可以首先施加所有的载荷步，然后当离开计算机时再进行求解。,注意:即使将载荷施加到实体模型，在载荷步中的加载命令也总是将载荷施加到节点或单元。,加载&求解,多重荷载求解步骤,在以上两种方法中,:,施加到载荷步中的载荷在被删除以前将一直存在数据库中，因此要删除当前载荷步所不需要的所有载荷。,每一个载荷步的结果都被追加到结果文件中，并以,load step 1,load step 2,etc,作为区别。,在后处理中，首先要读入所需的载荷步结果，然后进行操作,。,数据库中包含求解的最后一个载荷步的载荷和结果,。,加载&求解,多重荷载求解步骤,演示:,恢复,rib.db,文件,Fix left line in UX and bottom line in UY,Apply pressure=100 on top line,Write LS file 1,then list it and show F.E.load commands,Apply pressure=50 to 100(tapered)on right line,Delete the top pressure load,Write LS file 2,LSSOLVE,1,2,Review results for each load step separately,加载&求解,E.,练习,这个练习分为三部分:,W11A.3-D Bracket,W11B.Connecting Rod,W11C.Wheel,查看您的练习附录获得指导。,
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