ansys载荷施加

2.1 载荷概述

有限元分析的主要目的是检查结构或构件对一定载荷条件的响应。因此，在分析中指定合适的载荷条件是关键的一步。在ANSYS程序中，可以用各种方式对模型加载，而且借助于载荷步选项，可以控制在求解中载荷如何使用。

2.2 什么是载荷

在ANSYS术语中，载荷（loads）包括边界条件和外部或内部作用力函数，如图2-1所示。不同学科中的载荷实例为：

结构分析：位移，力，压力，温度（热应变），重力

热分析：温度，热流速率，对流，内部热生成，无限表面

磁场分析：磁势，磁通量，磁场段，源流密度，无限表面

电场分析：电势（电压），电流，电荷，电荷密度，无限表面

流体分析：速度，压力

图2-1 “载荷”包括边界条件以及其它类型的载荷

载荷分为六类：DOF约束，力（集中载荷），表面载荷，体积载荷、惯性力及耦合场载荷。

·DOF constraint（DOF约束）将用一已知值给定某个自由度。例如，在结构分析中约束被指定为位移和对称边界条件；在热力分析中指定为温度和热通量平行的边界条件。

·Force（力）为施加于模型节点的集中载荷。例如，在结构分析中被指定为力和力矩；在热力分析中为热流速率；在磁场分析中为电流段。

·Surface load（表面载荷）为施加于某个表面上的分布载荷。例如，在结构分析中为压力；在热力分析中为对流和热通量。

·Body load（体积载荷）为体积的或场载荷。例如，在结构分析中为温度和fluences；在热力分析中为热生成速率；在磁场分析中为流密度。

·Inertia loads（惯性载荷）由物体惯性引起的载荷，如重力加速度，角速度和角加速度。主要在结构分析中使用。

·Coupled-field loads（耦合场载荷）为以上载荷的一种特殊情况，从一种分析得到的结果用作为另一分析的载荷。例如，可施加磁场分析中计算出的磁力作为结构分析中的力载荷。

其它与载荷有关的术语的定义在下文中出现。

2.3载荷步、子步和平衡迭代

载荷步仅仅是为了获得解答的载荷配置。在线性静态或稳态分析中，可以使用不同的载荷步施加不同的载荷组合－在第一个载荷步中施加风载荷，在第二个载荷步中施加重力载荷，在第三个载荷步中施加风和重力载荷以及一个不同的支承条件，等等。在瞬态分析中，多个载荷步加到载荷历程曲线的不同区段。

ANSYS程序将把在第一个载荷步选择的单元组用于随后的所有载荷步，而不论你为随后的载荷步指定哪个单元组。要选择一个单元组，可使用下列两种方法之一。

Command(s)（命令）：

ESEL

GUI:

Utility Menu>Select>Entities

图2-2显示了一个需要三个载荷步的载荷历程曲线－第一个载荷步用于（ramped load）线性载荷，第二个载荷步用于载荷的不变部分，第三个载荷步用于卸载。

图2-2 使用多个载荷步表示瞬态载荷历程。

子步为执行求解的载荷步中的点。使用子步，有如下原因。

·在非线性静态或稳态分析中，使用子步逐渐施加载荷以便能获得精确解。

·在线性或非线性瞬态分析中，使用子步满足瞬态时间累积法则（为获得精确解通常规定一个最小累积时间步长）。

·在谐波响应分析中，使用子步获得谐波频率范围内多个频率处的解。

，平衡迭代是在给定子步下为了收敛而计算的附加解。仅用于收敛起着很重要的作用的非线性分析（静态或瞬态）中的迭代修正。

例如，对二维非线性静态磁场分析,为获得精确解,通常使用两个载荷步。（如图2-3所示）

·第一个载荷步，将载荷逐渐加到5至10个子步以上，每个子步仅用一次平衡迭代。

·第二个载荷步，得到最终收敛解，且仅有一个使用15-25次平衡迭代的子步。

图2-3 载荷步，子步和平衡迭代

2.4跟踪中时间的作用

在所有静态和瞬态分析中，ANSYS使用时间作为跟踪参数，而不论分析是否依赖于时间。其好处是：在所有情况下可以使用一个不变的“计数器”或“跟踪器”，不需要依赖于分析的术语。此外，时间总是单调增加的，且自然界中大多数事情的发生都经历一段时间，而不论该时间多么短暂。

显然，在瞬态分析或与速率有关的静态分析（蠕变或粘塑性）中，时间代表实际的、按年月顺序的时间，用秒、分钟或小时表示。在指定载荷历程曲线的同时（使用TIME命令），在每个载荷步结束点赋时间值。使用下列方法之一赋时间值：

Command(s)（命令）：

TIME

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Time/Frequenc>Time and Substps or Time - Time Step

Main Menu>Solution>Sol"n Control:Basic Tab

Main Menu>Solution>Time/Frequenc>Time and Substps or Time - Time Step

Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Time/Frequenc>Time and Substps or Time - Time Step

然而，在不依赖于速率的分析中，时间仅仅成为一个识别载荷步和子步的计数器。缺省情况下，程序自动地对time赋值，在载荷步1结束时，赋time=1；在载荷步2结束时，赋time=2；依次类推。载荷步中的任何子步将被赋给合适的、用线性插值得到的时间值。在这样的分析中，通过赋给自定义的时间值，就可建立自己的跟踪参数。例如，若要将100个单位的载荷增加到一载荷步上，可以在该载荷步的结束时将时间指定为100，以使载荷和时间值完全同步。

那么，在后处理器中，如果得到一个变形-时间关系图，其含义与变形-载荷关系相同。这种技术非常有用，例如，在大变形屈曲分析中，其任务是跟踪结构载荷增加时结构的变形。

当求解中使用弧长方法时，时间还表示另一含义。在这种情况下，时间等于载荷步开始时的时间值加上弧长载荷系数（当前所施加载荷的放大系数）的数值。ALLF不必单调增加（即：它可以增加、减少或甚至为负），且在每个载荷步的开始时被重新设置为0。因此，在弧长求解中，时间不作为“计数器”。

弧长方法是一先进的求解技术，关于使用该方法的细节，参见ANSYS Structural Analysis Guide（ANSYS结构分析指南）的Nonlinear Structural Analysis。

载荷步为作用在给定时间间隔内的一系列载荷。子步为载荷步中的时间点，在这些时间点，求得中间解。两个连续的子步之间的时间差称为时间步长或时间增量。平衡迭代纯粹是为了收敛而在给定时间点进行计算的迭代求解方法。

2.5阶跃载荷和坡道载荷

当在一个载荷步中指定一个以上的子步时，就出现了载荷应为阶跃载荷或是线性载荷的问题。

·如果载荷是阶跃的，那么，全部载荷施加于第一个载荷子步，且在载荷步的其余部分，载荷保持不变。如图2-4(a)所示。

·如果载荷是逐渐递增的，那么，在每个载荷子步，载荷值逐渐增加，且全部载荷出现在载荷步结束时。如图2-4(b)所示。

图2-4阶跃载荷与坡道载荷

KBC命令(Main Menu>Solution>Sol"n Control:Transient Tab, Main Menu>Solution>Time/Frequenc>Freq & Substeps / Time and Substps / Time & Time Step, or Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Time/Frequenc>载荷Freq & Substeps / Time and Substps / Time & Time Step)用于表示载荷为坡道载荷还是阶跃载荷。KBC,0 表示载荷为坡道载荷；KBC,1 表示载荷为阶跃载荷。缺省值取决于学科和分析类型[以及SOLCONTROL处于 ON 或OFF状态。

Load step options（载荷步选项）是用于表示控制载荷应用的各选项（如时间，子步数，时间步，载荷为阶跃或逐渐递增）的总称。其它类型的载荷步选项包括收敛公差（用于非线性分析），结构分析中的阻尼规范，以及输出控制。

2.6如何加载

可将大多数载荷施加于实体模型（关键点，线和面）上或有限元模型（节点和单元）上。例如，可在关键点或节点施加指定集中力。同样地，可以在线和面或在节点和单元面上指定对流（和其它表面载荷）。无论怎样指定载荷，求解器期望所有载荷应依据有限元模型。因此，如果将载荷施加于实体模型，在开始求解时，程序自动将这些载荷转换到节点和单元上。

2.6.1 实体模型载荷：优点和缺点

优点

·实体模型载荷独立于有限元网格。即：你可以改变单元网格而不影响施加的载荷。这就允许你更改网格并进行网格敏感性研究而不必每次重新施加载荷。

·与有限元模型相比，实体模型通常包括较少的实体。因此，选择实体模型的实体并在这些实体上施加载荷要容易得多，尤其是通过图形拾取时。

缺点

·ANSYS网格划分命令生成的单元处于当前激活的单元坐标系中。网格划分命令生成的节点使用整体笛卡尔坐标系。因此，实体模型和有限元模型可能具有不同的坐标系和加载方向。

·在简化分析中，实体模型不很方便。此时，载荷施加于主自由度。（你仅能在节点而不能在关键点定义主自由度。）

·施加关键点约束很棘手，尤其是当约束扩展选项被使用时。（扩展选项允许你将一约束特性扩展到通过一条直线连接的两关键点之间的所有节点上。）

·不能显示所有实体模型载荷。

关于实体模型载荷的说明

如前所述，在开始求解时，将实体模型载荷自动转换到有限元模型。如果你将实体模型载荷与有限元模型载荷、藕合或约束方程混合起来，应该预防以下冲突:

·转换过的实体模型载荷将取代现有的节点或单元载荷,而不管这些载荷的输入顺序。例如,转换的时候,在一条线上的DL,,,UX命令将改写任何这条线上节点的D,,,UX"s命令。

·删除实体模型载荷将删除所有对应的有限元载荷。例如,在一个面上的SFADELE,,,PRES命令将立即删除任何在这个面上单元用SFE,,,PRES"s命令定义的载荷。

·线或面的对称或反对称条件(DL,,,SYMM, DL,,,ASYM, DA,,,SYMM, 或DA,,,ASYM) 经常引入节点旋转,而属于被约束的线或面的节点,它的节点约束,节点力,联结,或约束平衡将受到影响。

2.6.2 有限单元载荷：优点和缺点

优点

·在简化分析中不会产生问题，因为可将载荷直接施加在主节点。

·不必担心约束扩展，可简单地选择所有所需节点，并指定适当的约束。

缺点

·任何有限元网格的修改都使载荷无效，需要删除先前的载荷并在新网格上重新施加载荷。

·不便使用图形拾取施加载荷。除非仅包含几个节点或单元。

以下几节讨论如何施加各类载荷-约束，集中力，表面载荷，体积载荷，惯性载荷和耦合场载荷，并解释如何指定载荷步选项。

2.6.3 DOF约束

表2-1显示了每个学科中可被约束的自由度和相应的ANSYS标识符。标识符（如UX，ROTZ，AY等）标识符所指的方向基于节点坐标系。对不同坐标系的描述，参见ANSYS Modeling and Meshing Guide（ANSYS建模和网格划分指南）。

表2-2显示了施加、列表显示和删除DOF约束的命令。注意：可将约束施加于节点，关键点，线和面上。

表2-1每个学科中可用的DOF约束

表2-2 DOF约束的命令

下面是一些可用于施加DOF约束的GUI路径的例子：

GUI:

Main Menu>Preprocessor>-Loads->Apply>load type>On Nodes

Utility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On Keypoints

Main Menu>Solution>Apply>load type>On Lines

其它GUI路径信息和表2-2所列的命令说明参见ANSYS Commands Reference （ANSYS命令参考手册）。

2.6.4施加对称或反对称边界条件

使用DSYM命令在节点平面上施加对称或反对称边界条件。该命令产生合适的DOF约束。生成的约束列表参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。

例如，在结构分析中，对称边界条件指平面外移动和平面内旋转被设置为0，而反对称边界条件指平面内移动和平面外旋转被设置为0。（参见图2-5。）在对称面上的所有节点根据DSYM命令的KCN字段被旋转到指定的坐标系中。对称和反对称边界条件的使用示于图2-6。当在线和面上施加对称或反对称边界条件时，DL和DA命令的作用方式与DSYM命令相同。

对于FLOTRAN分析，可使用DL和DA命令在线和面上施加速度，压力，温度和紊流量。在线的端点和面的边上，你可以根据判断自由施加边界条件。

注：

在使用通用后处理器（POST1）时如果数据库中的节点旋转角度与正在处理的解中所用的节点旋转角度不同，POST1可能会显示不正确的结果。如果在第二个或其后的载荷步中通过施加对称或反对称边界条件引入节点旋转，通常会导致这种状况。当执行SET命令(Utility Menu> List>Results>Load Step Summary)时，在POST1中错误情况显示下列信息：

***警告***使用与当前存储内容不同的模型或边界条件数据的累积迭代1可能已求解。POST1结果可能是错误的，除非你从一个与该结果相配的.db文件中恢复。

图2-5 在结构分析中的对称和反对称边界条件

图2-6使用对称和反对称边界条件实例

2.6.5传递约束

要将已施加在实体模型上的约束传递到对应的有限元模型，使用下列方法之一：

Command(s)（命令）：

DRAN

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->Constraints

Main Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->Constraints

要传递所有实体模型的边界条件，使用下列方法之一：

Command(s)（命令）：

SBCTRAN

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->All Solid Lds

Main Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->All Solid Lds

2.6.5.1 重新设置约束

缺省情况下，如在同一自由度处重复设置一个DOF约束，则新约束替代原先的约束。用DCUM命令 (Main Menu> Preprocessor>Loads>Settings>-Replace vs. Add->Constraints)可将该缺省值改变为增加（对累积）或忽略重复设置。例如：

NSEL,...! 选择一组节点

D,ALL,VX,40! 在所有节点设置 VX = 40

D,ALL,VX,50! 将 VX 值改变为 50 (替换)

DCUM,ADD! 接着待加的自由度

D,ALL,VX,25! 在所有节点VX = 50+25 = 75

DCUM,IGNORE! 接着待忽略的自由度

D,ALL,VX,1325! 这些 VX 值被忽略!

DCUM! 将 DCUM 重新设置为缺省 (替换)

关于NSEL,D, and DCUM命令的讨论参见ANSYS Commands Reference（ANSYS 命令参考手册）。

使用DCUM设置的任何 DOF 约束保持设置不变直到发出另一个DCUM命令.。要重新设置缺省设置（替换），仅需发一个不带变元的DCUM命令。

2.6.5.2比例缩放约束值

可以缩放已存在的 DOF 约束值，方法如下：

Command(s)（命令）：

DSCALE

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Scale FE Loads->Constraints

Main Menu>Solution>Operate>-Scale FE Loads->Constraints

DSCALE和DCUM命令对所有被选择的节点和所有被选择的DOF标识都起作用。缺省情况下，激活的DOF标识为与模型中单元类型相联系的那些。

Command(s)（命令）：

DOFSEL

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Scale FE Loads->Constraints (or Forces)

Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>-Replace vs.

Add->Constraints (or Forces)

Main Menu>Solution>Operate>-Scale FE Loads->Constraints (or Forces)

Main Menu>Solution>Settings>-Replace vs. Add->Constraints (or Forces)

例如，如果仅要缩放VX 的值而不要缩放任何其他DOF 标识，使用下列命令：

DOFSEL,S,VX! 选择 VX 标识

DSCALE,0.5! 将所有被选择节点的VX缩小0.5

DOFSEL,ALL! 重新激活所有DOF标识

在热分析中缩放温度约束时，可以使用DSCALE命令的TBASE字段缩放对基准温度的温度偏差（即：缩放|TEMP-TBASE|）而不是缩放实际温度值。如下图所示。

图2-7使用DSCALE缩放温度约束

2.6.5.3消除冲突的约束指定

必须注意DK, DL, 和DA约束参数冲突的可能性和ANSYS程序是如何处理这些冲突的。下列冲突可能会出现：

·DL指定会与相邻线（共享的关键点）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（共享的线/关键点）上的DA指定冲突

·DA指定会与其任何线上的DL指定冲突

·DA指定会与其任何关键点上的DK指定冲突

ANSYS程序按下列顺序将有施加到实体模型上的约束转换到相应的有限元模型：

1. 按面号增加的顺序，将DOF DA约束转换到面（和边界线以及关键点）上的节点

2. 按面号增加的顺序，将SYMM and ASYM DA约束转换到面（和边界线以及关键点）上的节点

3. 按线号增加的顺序，将DOF DL约束转换到线（和边界关键点）上的节点

4. 按线号增加的顺序，将SYMM and ASYM DL约束转换到线（和边界线以及关键点）上的节点

5. 将DK约束转换到关键点（和相连线，面以及体，如果满足扩展边界条件）上的节点

因此，对冲突的约束，DK命令改写DL命令，DL命令改写DA命令。对冲突的约束, 指定给较大线号或面号的约束分别改写指定给较低线号或面号的约束。与约束指定发出顺序无关。

注：在实体模型约束的转换中检测到的任何冲突都会产生与下列相似的警告信息

***WARNING***

线号为8的DOF 约束 ROTZ (第一个 value=22) 正在替换以前从另一个DA, DL或DK"s 组转换到节点18 上的D(第一个 value=0) 。

在求解过程中改变DK, DL, 或DA约束的值，在下一次或其后的边界条件转换过程中可能会产生许多这类警告信息。如果在求解过程中使用DADEL, DLDEL, 和/或DDELE.命令删除节点的D约束，则可防止这些警告的产生。

注：对流场分析自由度VX, VY, 或 VZ上冲突的约束，给定0值(管壁条件)总是优先于非0值入口/出口条件)。在这种情况下的冲突将不会产生警告。

2.6.6力（集中载荷）

表2-3显示了每个学科中可用的集中载荷和相应的ANSYS标识符。标识符（如FX，MZ，CSGY等）所指的任何方向都在节点坐标系中。对不同坐标系的说明，参见ANSYS Modeling and Meshing Guide（ANSYS建模和网格划分指南）的第三章。表2-4显示了施加、列表显示和删除集中载荷的命令。注意：可将集中载荷施加于节点和关键点上。

表2-3每个学科中可用的“力”

表2-4 用于施加力载荷的命令

下面是一些用于施加集中力载荷的GUI路径的例子：

GUI:

Main Menu>Preprocessor>-Loads-Apply>load type>On Nodes

Utility Menu>List>Loads>Forces>On Keypoints

Main Menu>Solution>-Loads-Apply>load type>On Lines

表2-4所列命令的说明参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。

2.6.6.1 重复设置集中载荷

缺省情况下，如果在同一自由度处重复设置一个集中载荷，则新指定替代原先的指定。使用下列方法之一可将该缺省设置改变为增加（对累积）或忽略：

Command(s)（命令）：

FCUM

GUI:

Main Menu>Preprocessor>-Loads-Settings>Forces

Main Menu>Solution>-Loads-Settings>-Replace vs. Add->Forces

例如：

F,447,FY,3000! 在节点447施加集中载荷FY = 3000

F,447,FY,2500! 将FY值该为2500 (替换)

FCUM,ADD! 接下来待加的集中力

F,447,FY,-1000! 在节点447FY = 2500-1000 = 1500

FCUM,IGNORE! 接下来将忽略的集中力

F,25,FZ,350! 该载荷被忽略!

FCUM! 重新设置FCUM为缺省值(替换)

关于F与DCUM命令的讨论参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。

使用DCUM设置的任何集中载荷保持设置不变直到发出另一个DCUM命令.。要重新设置缺省设置（替换），仅需发一个不带变元的DCUM命令。

2.6.6.2 比例缩放集中载荷值

FSCALE命令允许你缩放已存在的集中载荷值：

Command(s)（命令）：

FSCALE

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Scale FE Loads->Forces

Main Menu>Solution>Operate>-Scale FE Loads->Forces

FSCALE和FCUM命令对所有被选择的节点和所有被选择的集中载荷标识都起作用。缺省情况下，激活的集中载荷标识为与模型中单元类型相关联的标识。可以使用DOFSEL命令选择这些标识中的子组。例如，要缩放FX值而不需缩放任何其他标识，可以使用下列命令：

DOFSEL,S,FX! 选择FX标识

FSCALE,0.5! 将所有被选择节点的FX缩小0.5

DOFSEL,ALL! 重新激活所有DOF标识

2.6.6.3 转换集中载荷

要将已施加在实体模型上的集中载荷转换到对应的有限元模型，使用下列方法之一：

Command(s)（命令）：

FTRAN

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->Forces

Main Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->Forces

要转换实体模型的所有边界条件，使用SBCTRAN命令：

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->All Solid Lds

Main Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->All Solid Lds

2.6.7表面载荷

表2-5显示了每个学科中可用的表面载荷和相应的ANSYS标识符。表2-6显示了施加，列表显示和删除表面载荷的命令。注意：不仅可将表面载荷施加于线和面上，还可加于节点和单元上。

表2-5每个学科中可用的表面载荷

1. 不要将它与PRES自由度混淆。

表2-6 用于施加表面载荷的命令

下面是一些用于施加表面载荷的GUI路径的例子：

GUI:

Main Menu>Preprocessor>-Loads->Apply>load type>On Nodes Utility Menu>List>Loads>Surface Loads>On Elements

Main Menu>Solution>-Loads->Apply>load type>On Lines

表2-6所列命令的详细说明参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。

注：ANSYS程序根据单元和单元面存储在节点上指定的面载荷。因此，如果对同一表面使用节点面载荷命令和单元面载荷命令，则使用后者的规定。

ANSYS 按适当方式将压力施加于轴对称壳单元或梁单元的内外表面。对于分层壳(SHELL91和SHELL99) ，面内压力载荷矢量施加在节点平面上。KEYOPT(11)决定壳内节点平面的位置。当用平面单元代表二重曲面时，应为实际子午半径的函数的值是不精确的。

2.6.7.1 将压力载荷施加于梁上

要将压力载荷施加于梁单元的侧面和两端，使用下列方法之一：

Command(s)（命令）：

SFBEAM

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Apply>-Structural->Pressure>On Beams

Main Menu>Solution>Apply>-Structural->Pressure>On Beams

可以施加侧向压力，其大小为每单位长度的力，分别沿法向和切向。压力可以沿单元长度线性变化，可指定在单元的部分区域，如下图所示。通过将JOFFST 设置为-1，还可以将压力减少为梁单元上任何位置处的力（点载荷）。端部压力的单位为力。

图2-8梁表面载荷的示例

2.6.7.2 给定节点号与表面载荷的函数关系

当将表面载荷施加于节点或单元上时，SFFUN命令 (Main

Menu>Preprocessor >Loads>Settings>-For Surface Ld->Node Function, 或Main Menu>Solution>Settings>-For Surface Ld->Node Function) 用于指定节点号与待施加的表面载荷的函数关系。当你要施加其他地方（例如，由其他软件包）计算出的节点表面载荷时，该命令是有用的。首先你应以一个包含载荷值

的数组形式定义该函数。在数组参数中值的位置代表节点号。例如，下面所示的数组参数分别指定节点1，2，3和4处的四个表面载荷。

假设这些是热流量值，将按下列方法施加：

*DIM,ABC,ARRAY,4! 声明数组ABC的大小

ABC(1)=400,587.2,965.6,740! 定义ABC的值

SFFUN,HFLUX,ABC(1)! ABC 用于热流量函数

SF,ALL,HFLUX,100! 在所有选择的节点，热流量为100,

!在节点i 热流量为100 + ABC(i).

关于*DIM,SFFUN, 和SF命令的讨论，参见ANSYS Commands Reference（ANSYS 命令参考手册）

在上例中，SF命令指定所有被选择节点的热流量为100。如果节点1-4为所选节点组中的部分节点，这些节点被指定的热流量为100+ABC(i): 在节点1为100+400=500, 在节点2为100+587.2=687.2，依此类推。

注：使用SFFUN命令的设定对其后的所有SF和SFE命令都起作用，要消除该设定参数，仅需发一个不带变元的SFFUN命令。

2.6.7.3指定斜率

可以使用下列两个方法之一指定倾斜率（斜度），用于随后施加的表面载荷。

Command(s)（命令）：

SFGRAD

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>-For Surface Ld->Gradient

Main Menu>Solution>Settings>-For Surface Ld->Gradient

还可以使用该命令施加线性变化的表面载荷，例如，浸入水中结构上的静液压力。

要创建梯度规定，指定待控制的载荷类型(Lab变元)、坐标系和坐标方向，在（分别为SLKCN和SLIDIR）中定义斜率，载荷（如其后的表面载荷命令所指定的载荷）值作用的位置（SLZER）及斜率（SLOPE）将起作用。

例如：要施加图2-9所示的静液压力（Lab=PRES）可在整体笛卡尔坐标系(SLKCN=0)的Y方向(Sldir=Y)指定其斜率。在Y=0 (SLZER=0)处，压力（在其后的SF命令中将被指定为500）的值为已知的被指定值（500），且沿Y的正方向（SLOPE=-25）每个单位长度下降25。

图2-9表面载荷斜率[SFGRAD]的示例

使用的命令如下：

SFGRAD,PRES,0,Y,0,-25 ! 全局笛卡尔坐标系中Y斜率为-25

NSEL,...! 选择压力施加的节点

SF,ALL,PRES,500! 所有被选择节点的压力:

!在Y=0处为500, 在Y=10处为250, 在Y=20处为0

在圆柱坐标系(例如SLKCN=1)中给定梯度时，还应记住以下几点。第一，SLZER 以度表示，SLOPE以载荷大小/度表示。第二，应遵循下列两个规则：

规则1:设置CSCIR（为了控制坐标系奇异点位置) 使待加载的表面不通过坐标系奇异点。

规则2:选择SLZER，使之与CSCIR设置一致。即：如果奇异点在180°处[CSCIR,KCN,0]，SLZER应在±180°之间；如果奇点在0°处[CSCIR,KCN,1]，SLZER应在0° -360° 之间。

下例说明为什么要给出这些规则。对图2-10所示位于局部柱坐标系11的半圆壳，将对半圆壳施加一个作用外部的楔形压力，压力从-90°位置的400逐渐变化到90°位置的580。缺省情况下，奇异点位于柱坐标系中的180°，因此，壳的坐标范围从-90° to +90°。下列命令将用于施加所需的压力载荷。

SFGRAD,PRES,11,Y,-90,1 ! 使压力沿C.S. 11的θ方向线性变化

! 指定压力作用于-90度，斜率为1个单位/度

SF,ALL,PRES,400! 在所有被选择的节点压力:

!在-90度为400., 在0度为490., 在+90度为580.

在-90°，压力值为400 (指定), 以1个单位/度的斜率增加，在0度位置增加到490，在+90度位置增加到580。

对于SLZER，可能会诱导用户使用270°而不是-90°。

SFGRAD,PRES,11,Y,270,1 ! 使压力沿C.S. 11的θ方向线性变化

! 指定压力作用于270度，斜率为1个单位/度

SF,ALL,PRES,400! 在所有被选择的节点压力:

!在-90度为400., 在0度为490., 在+90度为580.

图2-10圆柱壳上线性增加的载荷

然而，如图2-11左边所示，这可能导致所施加的逐渐变化载荷与要求的载荷值不同。这是因为奇点仍位于180°（坐标范围从-90° 到+90°，而SLZER 不在-180°到+180°范围内）。结果，程序将使用270°位置处的载荷400，和1个单位/度的斜率计算得到：施加于+90°位置处的载荷为220，施加于90°位置处的载荷为130，施加于-90°位置处的载荷为40。依照第二个规则，则可避免这种情况的发生。即当奇点在180°位置时，选择SLZER在±180°之间；当奇点在0°位置时，选择SLZER在0°到360°之间；

Ansys中轴孔处正弦、随位置变化载荷的施加方法

Ansys中轴孔处正弦、随位置变化载荷的施加方法边界条件：力为在下半圆弧施加大小为50sinθ，随圆弧变化压力载荷。 这里主要谈一下上图圆孔下半园面上随位置变化的正弦或余弦载荷的添加方法。

1：Parameters----functions----define/edit 2：弹出界面如下： 我们这里是一段函数，所以function type选择默认single equation，这里我们的载荷是随角

度变化的，所以CSYS：0那里该选择1，（全局柱坐标系）。柱坐标系的y为角度，所以在TIME 那里选择Y输入公式。最后结果如下图所示。注意，ansys里的角度是度，而进行计算的时候要转换成弧度。因为全局柱坐标系正好在孔中心，故这里不用新建局部坐标系，如果不在孔中心，就必须先在孔中心建立一个局部坐标系。另外0度从x那里开始的，所以要减去一个PI。 上面只是定义了一个函数，然后保存为sin.func。 3，定义table

选择刚才定义的sin.func。 Table parameter name那里随便输入aaa作为名字，确保下面的坐标系为1。4在下半面施加压力。如下图选择existing table。其他的不用管。

然后在这里选择刚才定义的AAA就行了。 5，计算结束后，想查看的话采用如下命令。Plotctrls---symbols-- Symbols对话框surface load symbols选择pressures就行了。如果想改变显示效果，show pres and convect as选择arrows，就是箭头形式了。

ANSYS软件介绍与实例讲解

一简述ANSYS软件的发展史。 1970年，Doctor John Swanson博士洞察到计算机模拟工程应该商品化，于是创立了ANSYS公司，总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡。30年来，ANSYS 公司致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和技术，领导着世界有限元技术的发展，并为全球工业广泛接受，其50000多用户遍及世界。 ANSYS软件的第一个版本仅提供了热分析及线性结构分析功能，像当时的大多数程序一样，它只是一个批处理程序，且只能在大型计算机上运行。 20世纪70年代初。ANSYS软件中融入了新的技术以及用户的要求，从而使程序发生了很大的变化，非线性、子结构以及更多的单元类型被加入到子程序。70年代末交互方式的加入是该软件最为显著的变化，它大大的简化了模型生成和结果评价。在进行分析之前，可用交互式图形来验证模型的几何形状、材料及边界条件；在分析完成以后，计算结果的图形显示，立即可用于分析检验。 今天软件的功能更加强大，使用更加便利。ANSYS提供的虚拟样机设计法，使用户减少了昂贵费时的物理样机，在一个连续的、相互协作的工程设计中，分析用于整个产品的开发过程。ANSYS分析模拟工具易于使用、支持多种工作平台、并在异种异构平台上数据百分百兼容、提供了多种耦合的分析功能。 ANSYS公司对软件的质量非常重视，新版的必须通过7000道标准考题。业界典范的质保体系，自动化规范化的质量测试使ANSYS公司于1995年5月在设计分析软件中第一个通过了ISO9001的质量体系认证。 ANSYS公司于1996年2月在北京开设了第一个驻华办事机构，短短几年的时间里发展到北京、上海、成都等多个办事处。ANSYS软件与中国压力容器标准化技术委员会合作，在1996年开发了符合中国JB4732-95国家标准的中国压力容器版。作为ANSYS集团用户的铁路机车车辆总公司，在其机车提速的研制中，ANSYS软件已经开始发挥作用。 二节点﹑单元﹑单元类型的基本概念。 节点：几何模型通过划分网格，转化为有限元模型，节点构成了网格的分布和形状，是构成有限元模型的基本元素。 单元：有限元模型的组成元素，主要有点、线、面、体。 单元类型：根据实体模型划分网格时所要确定的单元的形状，是单元属性的一部分，单元类型决定了单元的自由度，包括线单元（梁、杆、弹簧单元）、壳单元（用于薄板或曲面模型）、二维实体单元、三维实体单元、线性单元、二次单元和P–单元。 三用ANSYS软件进行分析的一般过程。 1建立有限元模型 （1）指定工作文件名和工作标题。 该项工作并不是必须要求做的，但是做对多个工程问题进行分析时推荐使用工作文件名和工作标题。

ansys施加正弦载荷的例子

ansys施加正弦载荷的例子 /PREP7 ET,1,SHELL63 R,1,0.1 MP,EX,1,2e11 MP,NUXY,1,0.3 MP,DENS,1,7800 BLC4,,,10,2 AATT,1,1,1,0 AESIZE,ALL,0.8 MSHAPE,0,2D MSHKEY,0 AMESH,ALL FINISH SAVE /SOLU ANTYPE,4 TRNOPT,FULL LSEL,S,LOC,X,0 DL,ALL,,ALL,0 ALLSEL,ALL FZ_KP=KP(10,2,0) DT=0.1 *DO,J,1,40 FK,FZ_KP,FZ,3000*SIN(2*3.14*DT*J) TIME,DT*J NSUBST,1,,,1 KBC,0 OUTRES,ALL,ALL SOLVE *ENDDO TIME,40*DT+2 NSUBST,20,,,1 KBC,0 SOLVE

FINISH /POST26 N_FZ=NODE(10,2,0) NSOL,2,N_FZ,U,Z,UZ PLVAR,2 比如我要定义一个正弦载荷，如下：force=-1000+2000*sin(6.28*10*t),t 是时间，分析的时间是0——5秒，并分成500份瞬态加载 *do,t,1,5,0.01 force=-1000+2000*sin(6.28*10*t) f,node,fx,force time,i solve *enddo /SOLU ANTYPE,4 TRNOPT,FULL ALLSEL,ALL DT=0.001 *DO,J,1,40 F, NTOP,FZ,SIN(2*3.14*DT*J) TIME,DT*J NSUBST,1,,,1 KBC,0 OUTRES,ALL,ALL SOLVE *ENDDO TIME,4000*DT+2

ANSYS动力学分析报告

第5章动力学分析 结构动力学研究的是结构在随时间变化载荷下的响应问题，它与静力分析的主要区别是动力分析需要考虑惯性力以及运动阻力的影响。动力分析主要包括以下5个部分：模态分析：用于计算结构的固有频率和模态。 谐波分析（谐响应分析）：用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 瞬态动力分析：用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可涉及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 谱分析：是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。 显式动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。 本章重点介绍前三种。 【本章重点】 ?区分各种动力学问题； ?各种动力学问题ANSYS分析步骤与特点。 5.1 动力学分析的过程与步骤 模态分析与谐波分析两者密切相关，求解简谐力作用下的响应时要用到结构的模态和振

型。瞬态动力分析可以通过施加载荷步模拟各种何载，进而求解结构响应。三者具体分析过程与步骤有明显区别。 5.1.1 模态分析 1.模态分析应用 用模态分析可以确定一个结构的固有频率利振型，固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。如果要进行模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析，固有频率和振型也是必要的。可以对有预应力的结构进行模态分析，例如旋转的涡轮叶片。另一个有用的分析功能是循环对称结构模态分析，该功能允许通过仅对循环对称结构的一部分进行建模，而分析产生整个结构的振型。 ANSYS产品家族的模态分析是线性分析，任何非线性特性，如塑性和接触(间隙)单元，即使定义也将被忽略。可选的模态提取方法有6种，即Block Lanczos(默认)、Subspace、Power Dynamics、Reduced、Unsymmetric、Damped及QR Damped，后两种方法允许结构中包含阻尼。 2.模态分析的步骤 模态分析过程由4个主要步骤组成，即建模、加载和求解、扩展模态，以及查看结果和后处理。 (1)建模。指定项目名和分析标题，然后用前处理器PREP7定义单元类型、单元实常数、材料性质及几何模型。必须指定杨氏模量EX(或某种形式的刚度)和密度DENS(或某种形式的质量)，材料性质可以是线性或非线性、各向同性或正交各向异性，以及恒定或与温

Ansys模拟具有中心孔的薄壁圆筒受循环拉伸载荷作用的响应

Ansys模拟具有中心孔的薄壁圆筒受循环拉伸 载荷作用的响应 问题描述： 薄壁圆筒:内半径：100mm, 外半径：110mm,, 圆筒长度:500mm，中心孔半径：10mm。使用 Chaboche 非线性随动强化模型模拟中心孔的薄壁圆筒受均匀循环拉伸载荷作用的响应。均匀循环拉伸载荷幅值：10MPa。Chaboche 模型是多分量非线性随动强化模型，允许用户迭加几种随动强化模型。用户可应用Chaboche 选项来模拟单调强化和包辛格效应。这个选项还允许用户模拟材料的棘轮和调整(Shakedown)效应。把 Chaboche选项与各向同性硬化模型选项BISO、MISO、NLISO 组合起来，可以进一步模拟周期强化或软化。屈服函数为： 背应力 { a } 是五个随动模型的重叠: 这种模型有 1+2n 个常数，式中 n 是采用的随动强化模型数， Ci 和γi 是材料常数。已知背应力的演化是非线性的，因此命名为‘非线性’ 随动强化。也有与温度 T 的相关项 (上面公式的最后一项)。注意若 n=1 且γ1=0,CHAB 简化为BKIN(α1 没有极限值)。模型适合于大应变分析。Chaboche 模型：先定义线性材料属性(如 EX,PRXY)，然后是 C1 为屈服应力，C2 为第一个随动模型的 C1 常数，C3 为第一个随动模型的γ1 常数，C4 为第二个随动模型的 C2 常数，C5 为第二个随动模型的γ2 常数，…一直到 C11。 1、设置模拟类型

2 选择单元类型 Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OK→Close

基于ANSYS的支架稳定性分析

基于ANSYS 的支架稳定性分析 摘要： 随着大跨度桥梁在我国西南大山大河地区的高速发展，超高的桥梁支架在工程建设中的应用也日益广泛，这种细长结构的稳定性问题与强度问题同样重要，有时甚至起控制作用，因此对此类支架进行稳定性分析是十分必要的。 本文利用有限元分析软件ANSYS 建立了扣件式钢管支架的计算模型，通过对比不同支撑搭设方式下支架的极限承载力，对扣件式支架结构体系中支撑的作用进行了分析。主要内容有： 1．在ANSYS 有限元软件中建立分析支架结构的合理模型，并验证模型的正确性。 2．利用所建立的有限元模型，分析此类支架结构体系的失稳形式和其中支撑的作用。 关键词：扣件支架，稳定性，有限元分析，力学模型

目录 第1章绪论 1.1 研究目的和意义 1.2 国内外研究现状及分 析 第2章ANSYS中的屈曲分 析2.1 屈曲分析的概念 2.2 特征值屈曲分析 2.3 非线性屈曲分析 第3章支架结构体系在ANSYS 软件中的实现3.1 ANSYS 中的单元模型 3.2 材料的本构关系 第4章扣件式钢管支架体系中支撑作用分析第5章结论和建议参考文献

第 1 章绪论 1.1研究目的和意义 一般地，可以把建筑物的生命周期分为三个阶段施工建造阶段、正常使用阶段和维修加固阶段。研究人员及设计工程师把大量的努力用在如何保障建筑物在正常使用阶段安全可靠的工作上。虽然施工建造阶段存在大量的未知不定性, 但在该方面的研究工作却相对较少。对于一般性建筑物来说, 建造时间一般为一到两年, 其使用寿命大致为五十年左右, 然而, 据统计。事故绝大多数发生在建筑施工阶段, 其中桥梁支架、模板架这些临时辅助施工设施的坍塌是事故发生的主要原因。可见,对施工过程中桥梁支架体系的研究是一项必要、迫切和重要的工作。 钢管支架大致可分为固定式组合支架、移动式支架和吊支架三大类, 其中固定式组合支架又包括钢管支架和框式支架两大类。本文主要介绍的扣件式钢管支架由钢管和扣件组成、具有加工简便、搬运方便、通用性强等特点, 已成为当前我国使用量最大、应用最普遍的一种支架,占支架使用总量的左右, 在今后较长时间内, 这种支架仍占主导地位。但是, 这种支架的安全保证性较差, 施工工效低, 不能满足高层建筑施工的发展需要。 在钢管支架不断完善和发展的同时, 桥梁支架以其施工简便快捷、整体性好等特点而得到广泛的应用于桥梁施工过程中, 但同时也伴随着一个日趋突出的问题一支架倒塌问题,近年来,一些地区多次发生施工过程中钢管支架倒塌的重大工程事故,造成人员和财产的巨大损失, 产生了恶劣的社会影响,因此,有必要对桥梁支架进行进一步的深入研究。 1.2国内外研究现状牛津大学编制了计算脚手架稳定特征值程序且有不少国家已在不同程度上规定了考虑材料进入弹塑性的方法, 同时也考虑了初始缺陷及风荷载的影响。日本曾对门式钢管脚手架结构进行了试验分析，并编制了安全技术规程。他们主要从单跨入手，对单层，2 层，3 层，5 层进行了试验分析，得到了基本的压屈形态及极限承载力，同时还给出了计算单榀门架压屈承载力的方法。 英国的Godley 比较了二维模型和三维模型对计算脚手架刚度的影响程度，指出节点半刚性的考虑对脚手架动力特性研究的重要性。后来，Godley 在计算脚手架系统时进行了二阶几何非线性分析并考虑使用节点非线性模型。美国的Weesner和Jones 对四种不同形式的高度为5 米的承重脚手架进行了极限承载力试验研究并与利用有限元软件ANSYS得到的脚手架特征值屈曲荷载和几何非线性分析结果加以分析对比，认为几何非线性分析得到的极限承载力

ANSYS 各种类型分析方法与步骤

ANSYS 各种类型分析方法与步骤 静力分析 轴对称问题有限元（设置） 选择单元Element Types-单击Options按钮，在―Element behavior‖选择―Axisymmetric‖-OK. 显示单元受力情况:Utility Menu>Select>Entities…选择―Elements‖点[Apply]弹出―Select elements‖对话框，选择[Box]. 得到三维应力图：Utility Menu>PlotCtrls>Style>Symmetry Expansion>2D Axi-Symmetric. ！轴对称问题有限元可以采用三维空间单元模型求解。–轴对称模型中的载荷是3-D结构均布面力载荷的总量。 轴对称单元：PLANE25,SHELL61,PLANE75,PLANE78,FLUID81,PLANE83 杆梁问题有限元（设置） 主要不同在于：框架为线；选择单元—Beam；设置实常数前三个。 可以选择打开截面功能：Utility Menu>PlotCtrls>Size and Shape 板壳问题的有限元（设置） 主要不同在于：框架为面；选择单元—Shell,设置实常数—输入厚度I.J.K.Lnodes的厚度。 结构振动问题有限元（设置） 对梁杆结构振动：主要不同在于：框架为线；选择单元—Beam；设置实常数前三个。 1.模态分析设置：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,设置模态分析。选择Modal. Main Menu>Solution>Analys is Type> Analysis Options选择Reduced,OK.弹出对话框，输入频率0和10000其他默认，OK。Main Menu>Solution>Master DOFs>Program Selected在主自由度―NTOT‖输入―420‖，即结点数的2倍。OK。 2.谐响应分析设置：Main Menu>Solution>Analys is Type>New Analys is,选择Harmonic,OK。Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Freq and Substps在―HARFRQ‖输入―0‖、―100‖，在―NSUBST‖输入―100‖，在―KBC‖选择―Stepped‖,OK. 3.结果分析：①模态分析结果：Main Menu>General Postproc>Results Summary给出自振频率值。②谐响应分析结果：Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables,单击add选择―Nodal DOF Data‖,OK.弹出对话框，在图形选择分析的结点，OK.弹出对话框，选择方向，OK. Main Menu>TimeHist Postpro>Store Data,弹出对话框，在―Lab‖选择―Merge w/existing‖,OK. OK. Main Menu>TimeHist Postpro>Graph Variables,第二空中填2，OK. 温度场问题有限元（设置） 不同点： 1.分析模块Preference选择―Thermal‖. 2.选择单元：选择单元，对称的要在[Options]在―Element behavior‖选择―Axisymmetric‖。对不同的材料设置不同的材料属性，〉〉设置材料的热导率。 3.定义材料：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Defines>Picked Areas,定义材料。 4.施加约束载荷：Main Menu>Solution>Define

ANSYS瞬态分析施加正弦载荷(完全法)

finish /clear /batch /title,Harmonic Response of the Structure /prep7 width=1!定义分析变量 length=2 high=-1 mass_hig=0.1 et,1,63!定义单元类型 et,2,4 r,1,0.02!定义单元实常数 r,2,2e-4,2e-8,2e-8,0.01,0.02 mp,ex,1,2e11!定义材料特性 mp,nuxy,1,0.3 mp,dens,1,7800 rect,,length,,width!定义有限元模型 k,5,,,high k,6,length,,high k,7,length,width,high k,8,,width,high l,1,5 *repeat,4,1,1 esiz,0.1 amesh,all type,2 real,2 lmesh,5,8 fini /solu anty,trans!选取瞬态分析 nsel,s,loc,z,high!添加边界条件 d,all,all outr,all,all alls alph,5!指定质量阻尼系数 !time,6 !delt,0.1,0.05,0.5 !auto,on !kbc,0 TM_START=1e-8 TM_END=6 TM_INCR=0.1 F1=5000

freq=302 *DO,TM,TM_START,TM_END,TM_INCR TIME,TM sfa,1,,pres,10000-F1*sin(2*3.1415*freq*TM) SOLVE *ENDDO !i=0 !*DO,TM,TM_START,TM_END,TM_INCR !TIME,TM !sfa,1,,pres,10000-F1*sin(2*3.1415*freq*TM) !i=i+1 !lswr,i !*ENDDO !lssolve,1,i fini /post26 nsol,2,146,u,z!定义变量2为节点146在X方向上的位移nsol,3,146,acc,z!定义变量3为节点146在Z方向上的加速度esol,4,48,,s,eqv!定义变量4为单元48的EQV应力 /grid,1 plvar,2!绘制变量2的曲线 plvar,3 plvar,4

ANSYS 基本建模方法及结构稳定性分析

ANSYS 基本建模方法及结构稳定性分析 一 ANSYS与结构分析 ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和热场分析于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于土木、地质、矿业、材料、机械、水利等工程的分析和研究。可在大多数计算机和操作系统（如Windows、UNIX、Linux、HP-UX 等）中运行，可与大多数CAD软件接口。 结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等，它包括以下几种类型： 静力分析——用于静态载荷。可以考虑结构的线性及非线性行为，例如：大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等。 屈曲分析——用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状。同时可以实现非线性屈曲分析。 模态分析——计算线性结构的自振频率及振形。 谐响应分析——确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。 瞬态动力学分析——确定结构对随时间任意变化的载荷的响应. 可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为. 谱分析——是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变(也叫作响应谱或PSD)。 显式动力分析——ANSYS/LS-DYNA（显式动力学分析模块）可用于计算高度非线性动力学问题和复杂的接触问题。 专项分析——断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析。 二 ANSYS分析过程中三个主要的步骤： .1. 创建有限元模型 –创建或读入几何模型. –定义材料属性. –划分单元(节点及单元). 2. 施加载荷进行求解 –施加载荷及载荷选项. –求解. 3. 查看结果 –查看分析结果. –检验结果. (分析是否正确) 三几何建模 ANSYS软件几何建模通常包括两种方式，自底向上建模和自顶向下建模。 所谓自底向上建模，顾名思义就是又建立模型的最低单元的点到最高单元的体来构造实体模型。即首先定义关键点，然后利用这些关键点定义较高级的实体图元，如线，面，体。

Ansys第15例谐响应分析实例和凸轮从动件运动分析

第15例谐响应分析实例—单自由度系统的受迫振动 本例介绍了利用ANSYS进行谐响应分析的方法、步骤和过程，并使用解析解对有限元分析结果进行了验证。在进行谐响应分析时，要求结构上的载荷随时间呈正弦规律变化。 15.1概述 15.1.1谐响应分析的定义 谐响应分析主要用于确定线性结构承受随时问按正弦规律变化的载荷时的稳态响应。谐响应分析主要采用完全法( Full)、缩减法(Reduced)和模态叠加法( Mode Superposition)。 完全法是软件的默认方法，是三种方法中最容易使用的。它采用完整的系数矩阵计算，谐响应，不涉及质量矩阵的近似，不必关心如何选取主自由度或振型。系数矩阵可以是对称的，也可以是不对称的。其缺点是预应力选项不可用，有时计算量比较大。 缩减法通过采用主自由度和缩减矩阵来压缩问题的规模。当主自由度处的位移计算出来后，解可以被扩展到初始的完整DOF集上。该方法可以考虑预应力效果，但不能施加单i元载荷，所有载荷必须施加在用户定义的主自由度上。 模态叠加法通过对模态分析得到的振型乘以因子并求和来计算结构的响应。对于许多问题，其计算量比前两种方法都少。该方法可以考虑预应力效果，允许考虑阻尼，但不能施；加非零位移。 谐响应分析是线性分析，会忽略所有非线性特性。另外还要求所有载荷必须具有相同的频率。 15.1.2谐响应分析的步骤 谐响应分析包括建模、施加载荷和求解，以及查看结果等几个步骤。 (1)建模 谐响应分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义；，材料特性、建立几何模型和划分网格等。但需注意的是：谐响应分析是线性分析，非线性特性被忽略；必须定义材料的弹性模量和密度。 (2)施加载荷和求解 根据谐响应分析的定义，施加的所有载荷都随时间按正弦规律变化，指定

ANSYS静力分析资料

静力分析 轴对称问题有限元（设置） 选择单元Element Types-单击Options按钮，在“Element behavior”选择“Axisymmetric”-OK. 显示单元受力情况:Utility Menu>Select>Entities…选择“Elements”点[Apply]弹出“Select elements”对话框，选择[Box]. Utility Menu>PlotCtrls>Style>Symmetry Expansion>2D Axi-Symmetric. ！轴对称问题有限元可以采用三维空间单元模型求解。–轴对称模型中的载荷是3-D结构均布面力载荷的总量。 轴对称单元：PLANE25,SHELL61,PLANE75,PLANE78,FLUID81,PLANE83 杆梁问题有限元（设置） 主要不同在于：框架为线；选择单元—Beam；设置实常数前三个。 可以选择打开截面功能：Utility Menu>PlotCtrls>Size and Shape 板壳问题的有限元（设置） 主要不同在于：框架为面；选择单元—Shell,设置实常数—输入厚度I.J.K.Lnodes的厚度。结构振动问题有限元（设置） 对梁杆结构振动：主要不同在于：框架为线；选择单元—Beam；设置实常数前三个。 1.模态分析设置：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,设置模态分析。选 择Modal. Main Menu>Solution>Analysis Type> Analysis Options选择Reduced,OK.弹出对话框，输入频率0和10000其他默认，OK。Main Menu>Solution>Master DOFs>Program Selected在主自由度“NTOT”输入“420”，即结点数的2倍。OK。 2.谐响应分析设置：Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,选择 Harmonic,OK。Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Freq and Substps在“HARFRQ”输入“0”、“100”，在“NSUBST”输入“100”，在“KBC”选择“Stepped”,OK. 3.结果分析：①模态分析结果：Main Menu>General Postproc>Results Summary给出自振 频率值。②谐响应分析结果：Main Menu>TimeHist Postpro>Define V ariables,单击add选择“Nodal DOF Data”,OK.弹出对话框，在图形选择分析的结点，OK.弹出对话框，选择方向，OK. Main Menu>TimeHist Postpro>Store Data,弹出对话框，在“Lab”选择“Merge w/existing”,OK. OK. Main Menu>TimeHist Postpro>Graph Variables,第二空中填2，OK. 温度场问题有限元（设置） 不同点： 1.分析模块Preference选择“Thermal”. 2.选择单元：选择单元，对称的要在[Options]在“Element behavior”选择“Axisymmetric”。对不同的材料设置不同的材料属性，〉〉设置材料的 热导率。 3.定义材料：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Defines>Picked Areas,定义材料。 4.施加约束载荷：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Themal>Convection>On lines对不同的边界，选择对流系数、温度。OK. 非线性问题有限元分析（设置）

ANSYS谐响应分析实例-振动电机轴分析

最小网原创教程——AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析 AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析 最小网站长：kingstudio 最小网Ansys 教程频道为您打造最IN 的教程 https://www.sodocs.net/doc/f314329325.html,/ 1．谐响应分析简介 任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。 谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。 该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。（见图1）。谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。 谐响应分析是一种线性分析。任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题。谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。谐响应分析的定义与应用介绍：https://www.sodocs.net/doc/f314329325.html,/ArticleContent.asp?ID=785 2. 工程背景 在长距离振动输送机、概率振动筛等变载荷振动机械中，由于载荷的变化幅度较大，且多为冲击或交变载荷，使得作为动力源与振动源的振动电机寿命大为缩短，其中振动电机阶梯轴的弹塑性变形又会中速振动电机的失效，故研究振动电机轴的谐响应，进而合理设计其尺寸与结构，是角决振动电机在此类场合过早失效的主要途径之一。 现以某型振动电机阶梯轴为分对象，振动电机属于将动帮源与振动源合为一体的电动施转式激振源，在振动电机轴两端分别装有两个偏心块，工作时电机轴还动两偏心块作顺转无能无力产生周期性激振力t sin F F 1ω=，其中为施加载荷，由些电机轴受到偏心块施加的变载荷冲击，极易产生变形和疲劳损坏，更严重者，当激振力的频率与阶梯轴的固有频率相等时，就会发生共振，造成电机严重破坏，故对电机进行谐应力分析很必要。 1F 3.分析关键 1.谐响应分析的载荷描述方式 概据定义，谐响应分析假定所施加的所有载荷随时间简谐（正弦）规律变化。指定一个完整的简谐载荷需要输入3条信息：amplitude （幅值），phase angle （相位角）和forcing frequency range （强制频率范围）。 Amplitude （幅值）指载荷的最大值。phase angle （相位角）指载荷滞后（或领先）于参考时间的量度。在复平面上，相位角是以实轴为起始的角度，当同是要定义多个相互间存最小网原创教程 w w w .m i n e s t .n e t