ansys 载荷施加 - 图文

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。

2DOF 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。

2Force（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。

2Surface 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。

2Body 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。

2Inertia 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。

2Coupled-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。

2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。

2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）。

2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）

2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。

2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\

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。

2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。

2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。