《结构静力分析》PPT课件.ppt
第二讲第二讲 结构静力分析结构静力分析中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月 ANSYS TRAINING内容简介ANSYS结构分析功能介绍结构静力分析实例操作演示结构分析的背景简介中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月结构分析的应用领域l机械结构，例如：活塞、连杆l土木工程结构，例如：桥梁、建筑l军事，例如：船体l航空，例如：机身l合力叉车，例如：车架、前桥等。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月结构分析的类型l静力分析求解静态载荷下的求解静态载荷下的应力应力和和变形变形。线性和非线性。非线性包括塑性、。线性和非线性。非线性包括塑性、应力刚化、大变形、大应变、超弹性、接触和蠕变分析等。应力刚化、大变形、大应变、超弹性、接触和蠕变分析等。l模态分析(频率域)计算计算自然频率自然频率和和固有振型固有振型。多种求解方法。多种求解方法。l谐响应分析计算对计算对正弦输入正弦输入的响应。的响应。l瞬态动力分析计算对计算对任意时变任意时变信号的响应。信号的响应。l谱分析(频率域)模态分析的延伸。分析模态分析的延伸。分析随机随机振动。振动。l屈曲分析线性和非线性。线性和非线性。l显式动力分析LS-DYNA中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月单元类型 杆杆 梁梁 管管二维实体二维实体三维实体三维实体 壳壳 接触接触 耦合场耦合场 特殊特殊显示动力显示动力中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月求解方法lH方法任何类型的结构分析任何类型的结构分析lP方法线性结构静力分析线性结构静力分析l比较：H方法需要较细的网格划分，特别是对敏感区方法需要较细的网格划分，特别是对敏感区域；然而，对于较为粗糙的网格，域；然而，对于较为粗糙的网格，P方法往往方法往往能获得更能获得更高高的求解精度。的求解精度。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月结构静力分析的定义l分析由于稳态外载荷所引起的系统或零部件的位移、应力、应变和作用力，很适合求解惯性及阻尼的时间相关作用对结构响应的影响并不显著的问题。l稳态载荷：外部施加的力和压力外部施加的力和压力稳态的惯性力稳态的惯性力强迫位移强迫位移温度（热应力计算）温度（热应力计算）中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月分析流程建立模型（Preprocessor）施加边界条件施加载荷解算（Solution）查看结果（General Postproc）（Apply Loads）中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月建立模型l定义工作文件名（Change Jobname）Utility Menu File Change Jobnamel指定分析标题（Change Title）Utility Menu File Change Titlel前处理器/PREP7，Main Menu Preprocessor选择单元类型选择单元类型设置单元实常数设置单元实常数定义材料属性定义材料属性创建几何模型创建几何模型中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Change Jobname lEnter new jobname：输入文件名lNew log and error files？复选框打上钩中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Change Title l在工作区左下角显示标题l不能输入中文lUtility Menu Plot Replot中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月建模的注意事项l单元类型必须指定为线性单元。l材料属性可以为线性、各向同性、常量。l必须定义杨氏模量和泊松比。l惯性载荷必须定义密度。l温度载荷必须定义热膨胀系数。l对应力、应变感兴趣的区域，采用更细的网格划分。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月设置单元类型123中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月设置单元选项注意：不是所有的单元都能设置单元选项！中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月定义单元的实常数中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月定义实常数中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月定义材料属性中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月几何建模中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月几何模型示例Line Model中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月网格划分中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月网格划分示例3-D Mesh中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月施加载荷l几何模型（点、线、面、体）l有限元模型（节点、单元）l注意：求解时，几何模型上的载荷会被自动转换到有限元模型上。l载荷类型：约束条件（约束条件（Constraints）力（力（Forces）面载荷（面载荷（Surface Loads）体载荷（体载荷（Body Loads）惯性载荷（惯性载荷（Inertia Loads）中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月TABLE类载荷l用户可以定义随时间变化的一维表。lTIME为主变量，其他主变量无效。lTIME必须按照升序定义。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月位移（Displacement）lUX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZlDOF约束主要用来定义模型的支承条件，包括对称边界条件和特定形式的运动。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月力（Forces）和力矩（Moments）lFX,FY,FZ,MX,MY,MZl施加在模型外部的集中载荷中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月压力（Pressure）l正值的压力作用于单元表面的法线方向。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月惯性力（Inertia Force）l输入惯性加速度中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月求解控制lNew AnalysislAnalysis Type:StaticlLarge Deformation EffectslStress Stiffening EffectslNewton-Raphson Option（非线性选项）lEquation Solver（线性选项）中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Basic标签中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Basic标签l设置ANTYPE和NLGEOMSmall Displacement StaticLarge Displacement StaticRestart Current Analysisl设置TIME载荷步的时间缺省为载荷步的时间缺省为1，可以设置子步。对于静力分析，可以设置子步。对于静力分析，时间没有物理意义。时间没有物理意义。l设置OUTRES缺省最多缺省最多1000个结果集记录到个结果集记录到Jobname.rst中。中。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Sols Options标签中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Sols Options标签l设置EQSLV程序选择求解器（程序选择求解器（ANSYS自动挑选）自动挑选）稀疏矩阵求解器（线性和非线性的缺省项）稀疏矩阵求解器（线性和非线性的缺省项）PCG求解器（适用于较大的模型）求解器（适用于较大的模型）AMG求解器（适用于多处理器环境）求解器（适用于多处理器环境）DDS求解器（通过网络提供并行算法）求解器（通过网络提供并行算法）迭代求解器迭代求解器波前直接求解器波前直接求解器单独购买中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Nonlinear 标签中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Advanced NL 标签中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月应力刚化lMain Menu Solution Unabridged Menu Analysis Optionsl应力刚化仅于非线性相关。l分析前，用户明确结构不会因屈曲而破坏。l通常，考虑应力刚化加速收敛过程。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Newton-Raphson 选项lProgram Chosen默认选择，自动激活默认选择，自动激活“自适应下降自适应下降”。lFull完全牛顿拉普森处理方法，每进行一次迭代修改刚度完全牛顿拉普森处理方法，每进行一次迭代修改刚度矩阵一次。矩阵一次。lModified修正的牛顿拉普森方法，正切刚度矩阵在每个子步被修正的牛顿拉普森方法，正切刚度矩阵在每个子步被修正。修正。lInitial Stiffness每次平衡迭代使用初始刚度矩阵。迭代次数较多。每次平衡迭代使用初始刚度矩阵。迭代次数较多。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Newton-Raphson 选项选项应力刚化设置应力刚化设置求解器设置求解器设置大变形设置大变形设置中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月输出控制l输出文件：Jobname.out中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月求解l保存基本数据到文件Utility Menu File Save Asl开始求解计算Main Menu Solution Solve Current LS中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月检查信息列表中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月检查计算结果l结果文件：Jobname.rstl基本数据：节点位移（UX,UY,UZ,ROTX，ROTY，ROTZ）l导出数据：节点和单元应力、应变和约束反力l通用后处理器POST1l时间历程后处理器POST26（非线性分析）中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月用POST1检查结果l检查输出文件是否在所有的子步分析中收敛l恢复模型Utility Menu File Resume from l进入POST1Main Menu General Postprocl读取需要的载荷步和子步结果Main Menu General Postproc Read Results Load step中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月结果选项l变形情况Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shapesl等值线Main Menu General Postproc Contour Plot Nodal Solu 或或 Element Solul列表Main Menu General Postproc List Results Nodal Solu,Element Solu,Reaction Solul其他性能中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月变形情况中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月变形示例中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月Von Mises应力云图中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月应力示例中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月误差评估（PRERR）l对壳单元或实体单元，列出网格离散误差的平均值。l按照结构能量模（SPEC）计算和列出误差百分比。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月用POST26检查结果l根据输出文件检查是否所有载荷步内都收敛l进入POST26Main MenuTime Hist Postprocl定义后处理期间使用的变量Main Menu Time Hist Postproc Define Variablesl图形或者列表显示变量Main Menu Time Hist Postproc Graph Varibles 或或 List Varibles中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月实例演示连杆的受力分析l问题描述连杆厚度连杆厚度0.5in，图中标注尺寸的单位均为英寸。在小孔头的内侧，图中标注尺寸的单位均为英寸。在小孔头的内侧90范范围承受围承受P=1000psi的面载荷作用，分析该连杆的受力状态。的面载荷作用，分析该连杆的受力状态。连杆的材料属性：杨氏模量连杆的材料属性：杨氏模量E=30E6，泊松比为，泊松比为0.3。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月分析思路l由于连杆结构和载荷均对称，分析时采用一半进行分析。采用由底向上的建模方式，用20节点的SOLID95单元划分网格并用PCG求解器求解。中国科学技术大学中国科学技术大学CAD/CAM实验室实验室 2005年年7月月
