浅谈模具载荷分类

June 3,1996September 30,1998,B-,1,模具载荷考虑,与其它单个分析因素相比，选择适宜的载荷对你的分析结果影响更大。,将载荷添加到模型上一般比确定是什么载荷要简单的多。,June 3,1996September 30,1998,B-,2,载荷分类,载荷,包括边界条件和内外环境对物体的作用。可以分成以下几类：,定义,自由度约束,集中载荷,面载荷,体载荷,惯性载荷,June 3,1996September 30,1998,B-,3,自由度约束,自由度约束,就是给某个自由度,(DOF),指定一已知数值,(,值不一定是零,),。,定义,June 3,1996September 30,1998,B-,4,自由度约束,(,续,),结构分析中的固定位移,(,零或者非零值,),。大多数自由度约束用作：,对称性边界条件或者称作“,built-in”,边界条件,指定刚体位移。,热分析中的指定温度。,举例,June 3,1996September 30,1998,B-,5,自由度约束,(,续,),对称性或反对称边界条件可以添加到线、面或平面的节点上。,(,它们中的每一个最后成为各个节点上的一组约束。,),在大多数情况下，,ANSYS,将自动确定约束的方向。,固定位移约束举例,:,对称边界条件的添加,June 3,1996September 30,1998,B-,6,自由度约束,(,续,),固定位移约束举例,:,刚体位移约束,1st point pinned-3 translational constraints,2nd point constrained in both directions normal,to line between 1st&2nd constrained points,3rd point constrained normal to plane,passing through all 3 constrained points,该方块上下面受压。它需要仔细选择,6,个平移自由度，并约束它们的刚体运动，但不能引起附加扭曲应力。,June 3,1996September 30,1998,B-,7,集中载荷,集中载荷,就是作用在模型的一个点上的载荷。,定义,June 3,1996September 30,1998,B-,8,集中载荷,(,续,),结构分析中的力和弯矩。,热分析中热流率。,集中载荷可以添加到节点和关键点上。,(,添加到关键点上的力将自动转化到相连的应节点上。,),举例,June 3,1996September 30,1998,B-,9,集中载荷,(,续,),集中载荷通常是向由梁,(beam),、杆,(spars),和弹簧,(springs),构成的非连续性的模型添加载荷的一种途径。,对于由壳单元,(shells),、平面单元,(XY plane elements),或者三维实体单元,(3-D solids),等组成连续性模型，集中载荷意味存在应力奇异点。,你可以用等效集中载荷代替静力分布载荷，并添加到模型上。,如果你不关心,(,集中载荷作用,),节点处的应力，这样做是可以接受的。,对于结构分析而言,June 3,1996September 30,1998,B-,10,面载荷,面载荷,就是作用在单元外表上的分布载荷。,定义,June 3,1996September 30,1998,B-,11,面载荷,(,续,),结构分析中的压力。,热分析中的对流和热流密度。,面载荷可以添加到线或面上,(,实体模型上的实体,),、以及节点或单元上。,作用在线或面上的面载荷最终会传到面内各个单元上。,举例,June 3,1996September 30,1998,B-,12,面载荷,(,续,),在块顶面上施加均布压力,June 3,1996September 30,1998,B-,13,面载荷,(,续,),变化面载荷情形,梯度,在面载荷中可能会使用到。你可以给一按线性变化的面载荷指定一个梯度，例如水工结构在深度方向上受到静水压,。,June 3,1996September 30,1998,B-,14,面载荷,(,续,),面载荷不是垂直于外表的情形,某些类型的载荷只能作用在,面效应单元,上，这些单元的作用是将载荷传递到模型的其它单元：,结构实体单元的切向,(,或其它方向,),压力。,实体热单元的辐射描述。,June 3,1996September 30,1998,B-,15,体载荷,体载荷,是分布于整个体内或场内的载荷。,定义,June 3,1996September 30,1998,B-,16,体载荷,(,续,),结构分析中的温度载荷。,热分析中生热率。,电磁场分析中电流密度。,体载荷可以、添加到关键点或节点上。,(,关键点上的体载荷最终将转化成各个节点上的一组组体载荷。,),举例,June 3,1996September 30,1998,B-,17,体载荷,(,续,),体载荷分布复杂情形,体载荷分布一般都很复杂，必须通过其它分析才能得到，例如通过热应力分析获得温度分布。在某些情况下，体载荷是由当前分析结果断定，这就需要进行耦合场分析。,结构分析模型上温度分布,June 3,1996September 30,1998,B-,18,惯性载荷,惯性载荷,是由物体的惯性（质量矩阵）引起的载荷，例如重力加速度，加速度，以及角加速度。,定义,June 3,1996September 30,1998,B-,19,惯性载荷,(,续,),特点,惯性载荷只有结构分析中有。,惯性载荷是对整个结构定义的，是独立于实体模型和有限元模型的。,考虑惯性载荷就必须定义材料密度,(,材料特性,DENS),。,绕,Y,轴的角速度,June 3,1996September 30,1998,B-,20,添加载荷应遵循的原则,简化假定越少越好。,使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合。,准则,June 3,1996September 30,1998,B-,21,添加载荷应遵循的原则,(,续,),分析一受垂直载荷的托架。,怎样才能使模型左边边界在垂直方向上不存在运动？,举例,:,向结构添加匹配载荷,June 3,1996September 30,1998,B-,22,添加载荷应遵循的原则,你,可能,需要约束,Y,方向上的一个点,-,但这样做会在约束点位置产生应力奇异,.,constrained,point,stress,singularity,举例,:,向结构添加匹配载荷,June 3,1996September 30,1998,B-,23,添加载荷应遵循的原则,如果你将整个左边边界的垂直自由度全部约束，可能会更好些，但人为阻碍“泊松效应”（即，一个方向上的应力引起其它方向上的应变），造成应力场局部失真。,constrained,edge,举例,:,向结构添加匹配载荷,June 3,1996September 30,1998,B-,24,添加载荷应遵循的原则,事实上，并没有很好的方法向该结构上添加垂直约束。如果希望得到精确的应力，在分析中还应当将托架的支撑局部考虑进来。,举例,:,向结构添加匹配载荷,June 3,1996September 30,1998,B-,25,添加载荷应遵循的原则,如果你没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为是正确的，但是你必须忽略“不合理”边界的附近一定区域内的应力。,加载时，你必须十分清楚各个加载对象。,更小的托架模型能更好地确定孔周围的应力。,准则,June 3,1996September 30,1998,B-,26,添加载荷应遵循的原则,除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。,不要忘记泊松效应。,添加刚体运动约束,但不能添加过多的（其它）约束：,一块二维平面应力、平面应变、梁或杆模型至少需要三个约束。,轴对称模型至少需要一个（轴向）约束。,三维实体或壳模型至少需要六个约束。,准则,X constraints,Bracket,该模型边界条件合理,?,June 3,1996September 30,1998,B-,27,添加载荷应遵循的原则,实际上，集中载荷是不存在的。,然而，只要你不关心集中载荷作用区域的应力，完全可以以集中载荷添加将载荷添加到模型上。,这是一个带有切口的受拉板，如果你只关心切口区域的应力，集中载荷加载是完全可以的,。,准则,June 3,1996September 30,1998,B-,28,添加载荷应遵循的原则,轴对称模型具有一些独一无二的边界特性。,在,360,度的基础上输入集中力和输出反力，载荷大小等于整个周向力的总和。,轴对称实体结构，象实体杆件，应当约束对称轴方向上的自由度,UX,，限制理论上可能存在的不真实零变形。,总集中力,=2,p,r=47,124 lb.,准则,三维结构,二维模型,June 3,1996September 30,1998,B-,29,添加载荷应遵循的原则,简化假定越少越好。,使施加的载荷与结构的实际承载状态保持吻合,Statically,如果没法做得更好，只要其它位置结果正确也是可以认为使正确的，但是你必须忽略“不合理”边界的附近一定区域内的应力。,加载时，必须十分清楚各个载荷的施加对象。,除了对称边界外，实际上不存在真正的刚性边界。,不要忘记泊松效应。,添加刚体运动约束,但不能添加过多的（其它）约束。,实际上，集中载荷是不存在的。,轴对称模型具有一些独一无二的边界特性。,总结,.,准则,June 3,1996September 30,1998,B-,30,选择求解器,求解器,的功能是求解关于结构自由度的联立线性方程组,-,这个过程可能需要花费几分钟,(1,000,个自由度,),到几个小时或者几天,(100,000-1,000,000,自由度,),，基本上取决于你所用计算机的速度。对于简单分析，可能需要一、两次求解。对于复杂的瞬态或非线性分析，可能需要进行几十次、几百次、或者甚至几千次求解。,ANSYS,提供了三个求解器用于一般求解：,波前求解器,（,Frontal solver,）和,PCG,求解器（,PCG solver,）,（,预条件,共扼梯度,或者“,Power,求解器”）。稀疏矩阵求解器（,Sparse solver,）,也可以使用，主要用于非线性问题。,June 3,1996September 30,1998,B-,31,波前求解器,/PCG,求解器,下面是二者的差异比照表：,准则,June 3,1996September 30,1998,B-,32,波前,(Wavefront),求解器,波前求解器经常发出“主对角值”或“主元”为小或负的警告或错误信息，指出求解发生奇异。任何一条信息都指出某个特定的自由度从你的约束中忽略掉。,June 3,1996September 30,1998,B-,33,Power,求解器,Power,求解器不检验求解的奇异问题。存在奇异的情况下，它仍可以计算求解，或者结果不收敛，但仍然进行所有的,PCG,迭代计算，并输出错误信息。,June 3,1996September 30,1998,B-,34,练习,-,分析方案,根据附录提供的信息，以,3,或,4,个齿为组，确定齿轮的分析方案。同所在的小组其它成员讨论你的想法和分析方案，并提交你的结果。,练习,谢谢观看,/,欢送下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH,