ANSYS结构分析指南(动力学、非线性以外内容).pdf

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1、 ANSYS 结构分析指南（不包括动力学、非线性）ANSYS 结构分析指南 目 录-I-目 录 目 录 第一章 结构分析概述.1 第一章 结构分析概述.1 1.1 结构分析定义1.1 结构分析定义.1 1.2 结构分析的类型1.2 结构分析的类型.1 1.3 结构分析所使用的单元1.3 结构分析所使用的单元.1 1.4 材料模式界面1.4 材料模式界面.3 1.5 求解方法1.5 求解方法.3 第二章 结构线性静力分析.4 第二章 结构线性静力分析.4 2.1 静力分析的定义2.1 静力分析的定义.4 2.2 线性静力分析与非线性静力分析2.2 线性静力分析与非线性静力分析.4 2.3 静力分

2、析的求解步骤2.3 静力分析的求解步骤.4 2.3.1 建模2.3.1 建模.4 2.3.2 设置求解控制2.3.2 设置求解控制.5 2.3.3 设置其他求解选项2.3.3 设置其他求解选项.9 2.3.4 施加载荷2.3.4 施加载荷.11 2.3.5 求解2.3.5 求解.14 2.3.6 检查分析结果2.3.6 检查分析结果.14 2.4 静力分析示例(GUI 方法)2.4 静力分析示例(GUI 方法).17 2.4.1 问题描述2.4.1 问题描述.17 2.4.2 几何和材料特性2.4.2 几何和材料特性.17 2.4.3 求解2.4.3 求解.17 2.5 静力分析示例(命令流方

3、法)2.5 静力分析示例(命令流方法).26 2.6 更多的静力分析示例2.6 更多的静力分析示例.30 第三章 疲劳.32 第三章 疲劳.32 3.1 疲劳的定义3.1 疲劳的定义.32 3.1.1 ANSYS 程序处理疲劳问题的过程3.1.1 ANSYS 程序处理疲劳问题的过程.32 3.1.2 基本术语3.1.2 基本术语.32 3.2 疲劳计算3.2 疲劳计算.32 3.2.1 进入 POST1 和恢复数据库3.2.1 进入 POST1 和恢复数据库.33 3.2.2 建立疲劳计算的规模、材料疲劳性质和疲劳计算的位置3.2.2 建立疲劳计算的规模、材料疲劳性质和疲劳计算的位置.33 3

4、.2.3 储存应力、指定事件循环次数和比例因子3.2.3 储存应力、指定事件循环次数和比例因子.35 3.2.4 激活疲劳计算3.2.4 激活疲劳计算.40 3.2.5 查看计算结果3.2.5 查看计算结果.40 3.2.6 其它记数方法3.2.6 其它记数方法.40 3.2.7 疲劳分析示例(命令流方法)3.2.7 疲劳分析示例(命令流方法).40 第四章 断裂力学.42 第四章 断裂力学.42 4.1 断裂力学的定义4.1 断裂力学的定义.42 ANSYS 结构分析指南 目 录-II-4.2 断裂力学的求解4.2 断裂力学的求解.42 4.2.1 裂纹区域的模拟4.2.1 裂纹区域的模拟.

5、42 4.2.2 计算断裂参数4.2.2 计算断裂参数.44 第五章 复合材料.49 第五章 复合材料.49 5.1 复合材料的相关概念5.1 复合材料的相关概念.49 5.2 建立复合材料模型5.2 建立复合材料模型.49 5.2.1 选择合适的单元类型5.2.1 选择合适的单元类型.49 5.2.2 定义材料的叠层结构5.2.2 定义材料的叠层结构.50 5.2.3 定义失效准则5.2.3 定义失效准则.53 5.2.4 应遵循的建模和后处理规则5.2.4 应遵循的建模和后处理规则.54 5.3 复合材料分析实例(GUI 方法)5.3 复合材料分析实例(GUI 方法).56 5.3.1 问

6、题描述5.3.1 问题描述.56 5.3.2 GUI 方式5.3.2 GUI 方式.56 5.3.2 批处理方式5.3.2 批处理方式.59 第六章 p-方法结构静力分析.63 第六章 p-方法结构静力分析.63 6.1 p-方法分析的定义6.1 p-方法分析的定义.63 6.2 应用 p-方法的优点6.2 应用 p-方法的优点.63 6.3 应用 p-方法6.3 应用 p-方法.63 6.3.1 选择 p-方法6.3.1 选择 p-方法.63 6.3.2 建模6.3.2 建模.64 6.3.3 建模的其他信息6.3.3 建模的其他信息.67 6.3.4 施加载荷和求解6.3.4 施加载荷和求

7、解.69 6.3.5 常见问题解答6.3.5 常见问题解答.72 6.3.6 检查结果6.3.6 检查结果.72 6.3.7 查询子网结果6.3.7 查询子网结果.73 6.3.8 打印和显示节点和单元结果6.3.8 打印和显示节点和单元结果.73 6.4 p-方法分析示例(GUI 方法)6.4 p-方法分析示例(GUI 方法).74 6.4.1 问题描述6.4.1 问题描述.74 6.4.2 几何与材料特性6.4.2 几何与材料特性.74 6.4.3 求解6.4.3 求解.75 6.5 p-方法分析示例(命令流方法)6.5 p-方法分析示例(命令流方法).78 第七章 梁分析和横截面形状.7

8、9 第七章 梁分析和横截面形状.79 7.1 梁分析概况7.1 梁分析概况.79 7.2 何为横截面7.2 何为横截面.79 7.3 如何生成横截面7.3 如何生成横截面.79 7.3.1 定义截面并与截面号关联7.3.1 定义截面并与截面号关联.80 7.3.2 定义横截面几何特性和设置截面属性点7.3.2 定义横截面几何特性和设置截面属性点.81 7.3.3 用 BEAM44,BEAM188,BEAM189 单元模拟线模型7.3.3 用 BEAM44,BEAM188,BEAM189 单元模拟线模型.81 7.4 建立截面7.4 建立截面.82 7.4.1 使用梁工具生成通用横截面7.4.1

9、 使用梁工具生成通用横截面.82 ANSYS 结构分析指南 目 录-III-7.4.2 通过用户定义网格建立自定义截面7.4.2 通过用户定义网格建立自定义截面.83 7.4.3 用网格加密和多种材料建立自定义截面7.4.3 用网格加密和多种材料建立自定义截面.83 7.4.4 定义复合截面7.4.4 定义复合截面.84 7.5 管理横截面和用户网格库7.5 管理横截面和用户网格库.84 7.6 横向扭转屈曲分析实例(GUI 方式)7.6 横向扭转屈曲分析实例(GUI 方式).84 7.6.1 问题描述7.6.1 问题描述.85 7.6.2 问题特性参数7.6.2 问题特性参数.85 7.6.

10、3 草图7.6.3 草图.85 7.6.4 特征值屈曲和非线性破坏分析7.6.4 特征值屈曲和非线性破坏分析.86 7.6.5 设置分析名称和定义模型的几何实体7.6.5 设置分析名称和定义模型的几何实体.86 7.6.6 定义单元类型和横截面信息7.6.6 定义单元类型和横截面信息.86 7.6.7 定义材料特性和定位节点7.6.7 定义材料特性和定位节点.87 7.6.8 对线划分网格并确认梁的定位7.6.8 对线划分网格并确认梁的定位.87 7.6.9 定义边界条件7.6.9 定义边界条件.87 7.6.10 进行特征值屈曲分析7.6.10 进行特征值屈曲分析.88 7.6.11 作非线

11、性屈曲分析求解7.6.11 作非线性屈曲分析求解.89 7.6.12 显示和检查结果7.6.12 显示和检查结果.89 7.7 悬臂梁求解实例(命令流方法)7.7 悬臂梁求解实例(命令流方法).90 7.8 其他示例7.8 其他示例.91 ANSYS 结构分析指南 第一章 结构分析概述-1-第一章 结构分析概述 第一章 结构分析概述 1.1 结构分析定义 1.1 结构分析定义 结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构如桥梁和建筑物，汽车结构如车身骨架，海洋结构如船舶结构，航空结构如飞机机身，还包括机械零部件如活塞、传动轴等。1.2 结构

12、分析的类型 1.2 结构分析的类型 在 ANSYS 产品家族中有七种结构分析的类型。结构分析中计算得出的基本未知量(节点自由度)是位移位移。其他的一些未知量，如应变、应力和反力可通过节点位移导出。包含结构分析功能的 ANSYS 产品有：ANSYS/Multiphysics,ANSYS/Mechanical,ANSYS/Structural 和 ANSYS/Professional。下面简单列出了这七种类型的结构分析：静力分析静力分析-用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。包括线性和非线性分析。非线性分析涉及塑性、应力刚化、大变形、大应变、超弹性、接触面和蠕变等。模态分析模态分析-用于计算结

13、构的固有频率和模态。提供了不同的模态提取方法。谐波分析谐波分析-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，并且可计及上述静力分析中提到的所有的非线性特性。谱分析谱分析-是模态分析的扩展，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。屈曲分析屈曲分析-用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。ANSYS 可进行线性(特征值)屈曲和非线性曲屈分析。显式动力分析显式动力分析-ANSYS/LS-DYNA 可用于计算高度非线性动力学问题和复杂的接触问题。此外，除前面提到的七种分析类型外，还可以进行如下的特殊分析：断裂

14、力学断裂力学 复合材料复合材料 疲劳分析疲劳分析 p-Method p-Method 梁分析 梁分析 1.3 结构分析所使用的单元 1.3 结构分析所使用的单元 从简单的杆单元和梁单元，一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元，绝大多数的 ANSYS 单元类型都可用于结构分析。注意注意-显式动力分析只能采用显式动力单元(LINK160、BEAM161、PLANE162、SHELL163、SOLID164、COMBI165、MASS166、LINK167)。ANSYS 结构分析指南 第一章 结构分析概述-2-表 1-1 结构单元类型 分类 单元名 说明 LINK1,LINK8,LINK180

15、杆 LINK10 BEAM3,BEAM4 BEAM54,BEAM44 BEAM23,BEAM24 梁 BEAM188,BEAM189 PIPE16,PIPE17,PIPE18 PIPE59 管 PIPE20,PIPE60 PLANE42,PLANE82,PLANE182,PLANE183 PLANE2 HYPER84,HYPER56,HYPER74 VISCO88 VISCO106,VISCO108 PLANE83,PLANE25 2-D实体 PLANE145,PLANE146 p-单元,6 SOLID45,SOLID95,SOLID185,SOLID186 SOLID92,SOLID187

16、SOLID46,SOLID191 SOLID64,SOLID65 HYPER86,HYPER58,HYPER158 VISCO89 VISCO107 3-D实体 SOLID147,SOLID148 p-单元,6 SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181 SHELL51,SHELL61 SHELL91,SHELL99 SHELL28 壳 SHELL150 p-单元,6 CONTAC48,CONTAC49,CONTA171,CONTA172,CONTA173,CONTA174 CONTAC12,CONTAC52 CONTAC26 接触 TARGE169,TA

17、RGE170 FLUID29,FLUID30,FLUID129,FLUID130,INFIN110,INFIN111 耦合场 PLANE13,SOLID5,SOLID98 ANSYS 结构分析指南 第一章 结构分析概述-3-PLANE13,SOLID5,SOLID98 PLANE13,SOLID5,SOLID62,SOLID98 FLUID38,FLUID79,FLUID80,FLUID81 FLUID116 COMBIN14,COMBIN40,COMBIN39 MASS21 COMBIN37 SURF153,SURF154 COMBIN7 LINK11 特殊 MATRIX27,MATRIX5

18、0 LINK160 BEAM161 PLANE162 SHELL163 SOLID164 COMBI165 MASS166 显式动力分析 LINK167 1.4 材料模式界面 1.4 材料模式界面 对于本书论述的分析，如果采用 GUI 交互式操作，用户可以通过直观的“材料模式交互界面”来定义材料特性。这种方法采用树状结构的材料分类，使用户在分析中选择合适的材料模式变得更加简单。具体方法见ANSYS Basic Analysis Guide1.2.4.4。对于显式动力分析(ANSYS/LS-DYNA)，材料定义见ANSYS/LS-DYNA Users Guide7.1。1.5 求解方法 1.5

19、求解方法 在 ANSYS 产品中，求解结构问题有两种方法：h-方法和 p-方法。h-方法可用于任何类型的结构分析，而 p-方法只能用于线性结构静力分析。根据所求的问题，h-方法通常需要比 p-方法更密的网格。p-方法在应用较粗糙的网格时，提供了求得适当精度的一种很好的途径。本书主要讨论 h-方法，而6 则专门研究 p-方法。ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-4-第二章 结构线性静力分析 第二章 结构线性静力分析 2.1 静力分析的定义 2.1 静力分析的定义 静力分析计算在固定不变载荷作用下结构的响应，它不考虑惯性和阻尼影响-如结构受随时间变化载荷作用的情况。可是，静力分析可

20、以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力)，以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷(如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)的作用。静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括：外部施加的作用力和压力 稳态的惯性力(如重力和离心力)强迫位移 温度载荷(对于温度应变)能流(对于核能膨胀)关于载荷，还可参见2.3.4。2.2 线性静力分析与非线性静力分析 2.2 线性静力分析与非线性静力分析 静力分析既可以是线性的

21、也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有类型的非线性：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触(间隙)单元、超弹性单元等。本章主要讨论线性静力分析线性静力分析。对非线性静力分析非线性静力分析只作简单介绍，其详细论述见ANSYS Structural Analysis Guide8。2.3 静力分析的求解步骤 2.3 静力分析的求解步骤 2.3.1 建模 2.3.1 建模 首先用户应指定作业名和分析标题，然后通过 PREP7 前处理程序定义单元类型、实常数、材料特性、模型的几何元素。这些步骤是大多数分析类型共同的，并已在 ANSYS Basic Analysis Guide1.2 论述。有关建模的进一

22、步论述，见ANSYS Modeling and Meshing Guide。2.3.1.1 注意事项 2.3.1.1 注意事项 在进行静力分析时，要注意如下内容：1、可以采用线性或非线性结构单元。2、材料特性可以是线性或非线性，各向同性或正交各向异性，常数或与温度相关的：必须按某种形式定义刚度(如弹性模量 EX，超弹性系数等)。对于惯性载荷(如重力等)，必须定义质量计算所需的数据，如密度 DENS。对于温度载荷，必须定义热膨胀系数 ALPX。ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-5-3、对于网格密度，要注意：应力或应变急剧变化的区域(通常是用户感兴趣的区域)，需要比应力或应变近乎

23、常数的区域较密的网格：在考虑非线性的影响时，要用足够的网格来得到非线性效应。如塑性分析需要相当的积分点密度，因而在高塑性变形梯度区需要较密的网格。2.3.2 设置求解控制 2.3.2 设置求解控制 设置求解控制包括定义分析类型、设置一般分析选项、指定载荷步选项等。当进行结构静力分析时，可以通过“求解控制对话框求解控制对话框”来设置这些选项。该对话框对于大多数结构静力分析都已设置有合适的缺省值，用户只需作很少的设置就可以了。我们推荐采用该对话框进行设置。如用户不喜欢采用求解控制对话框，则可应用 ANSYS 的标准求解命令集和相应的菜单(Main MenuSolutionUnabridged Me

24、nuoption)来设置求解控制选项。关于求解控制对话框的总体情况，见ANSYS Basic Analysis Guide3.11。2.3.2.1 进入求解控制对话框 2.3.2.1 进入求解控制对话框 用户可通过选择(Main MenuSolution-Analysis Type-Soln Control)进入求解控制对话框。下面诸小节简要论述该对话框中各标签的选项。关于如何设置这些选项，可在按该标签的 Help 按钮进入帮助系统，得到详细介绍。2.3.2.2 Basic 标签 2.3.2.2 Basic 标签 在求解控制对话框中共有五个标签，这些标签按从基本到高级的顺序排列。根据这种排列方

25、式，可使求解设置较为平顺。在进入求解控制对话框时，缺省激活的是 Basic 标签。Basic 标签中的设置，提供了分析中所需的最少数据。一旦在 Basic 标签中的设置满足以后，就不需要设置其他标签中的选项，除非因为要进行高级控制而修改其他缺省设置。按 OK 按钮以后，设置存储到 ANSYS 数据库，并关闭对话框。用户可以在 Basic 标签中设置的选项如 表 2-1 表 2-1 所示。有关详细说明见该标签的 Help帮助系统。表 2-1 选项 详细信息 指定分析类型ANTYPEANTYPE,NLGEOMNLGEOM ANSYSBasicAnalysisGuide 1.2.6.1 ANSYSS

26、tructuralAnalysisGuide 8ANSYSBasicAnalysisGuide3.16 控制时间设置，包括载荷步结束的时间TIMETIME,自动时间步AUTOTSAUTOTS,在一个载荷步中的子步数NSUBSTNSUBST 或DELTIMDELTIM ANSYSBasicAnalysisGuide2.4ANSYSBasicAnalysisGuide2.7.1 设置写到数据库中的结果数据OUTRESOUTRES ANSYSBasicAnalysisGuide2.7.4 ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-6-在静力分析中需要特别注意的选项主要有：在设置 ANTYP

27、E 和 NLGEOM 时，如进行一个新的分析并忽略大变形效应(如大挠度、大转角、大应变)时，请选择“Small Displacement Static”项。如预期有大挠度(如弯曲的长细杆)或大应变(如金属成形问题)，则选择“Large Displacement Static”。如想重启动一个失败的非线性分析，或者用户已进行了完整的静力分析，而想指定其他载荷，则选择“Restart Current Analysis”项。在设置 TIME 时，记住这个载荷步选项指定该载荷步结束的时间，缺省值为 1。对于后续的载荷步，缺省为 1 加上前一个载荷步指定的时间。虽然在静力分析(除蠕变、粘塑性或其他率相关

28、材料行为外)中，时间没有物理意义，但可以用于追踪时间步和子步，见 ANSYS Basic Analysis Guide2。在设置 OUTRES 时，请记住：缺省时只有 1,000 个结果集记录到结果文件(Jobname.RST)中，如果超过这一数目(基于用户的 OUTRES 设置)，程序将出错停机。可以通过/CONFIG,NRES 命令来增大这一限值，见 ANSYS Basic Analysis Guide20。2.3.2.3 Transient 标签 2.3.2.3 Transient 标签 Transient 标签设置瞬态分析控制，只有在 Basic 标签中选择了瞬态分析时才能激活这一标签

29、，如果在 Basic 标签中选择了静态分析，则这一标签不能设置。所以在这里暂不讨论。2.3.2.4 Soln Options 标签 2.3.2.4 Soln Options 标签 Soln Options 标签用于设置 表 2-2 表 2-2 所列的选项。详细说明可从 Help 按钮进入帮助系统而得到。ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-7-表 2-2 选项 参见ANSYSBasicAnalysisGuide 指定方程求解器EQSLVEQSLV 3.23.10 对 于 多 重 启 动 指 定 参 数RESCONTROLRESCONTROL 3.16.2 在静力分析中设置 EQS

30、LV EQSLV 时，选择下列求解器之一：程序选择求解器(ANSYS 将根据问题的领域自动选择一个求解器)；稀疏矩阵求解器(对线性和非线性、静力和完全瞬态分析，为缺省项)；PCG 求解器(对于大模型/高波前，巨形结构推荐使用)；AMG 的求解器(其应用与 PCG 求解器相同，但提供并行算法；在用于多处理器环境时，转向更快)；DDS 求解器，通过网络在多处理器系统中提供并行算法；迭代求解器(自动选择；只适用于线性静力/完全瞬态结构分析，或稳态温度分析；推荐)；波前直接求解器。注意-注意-AMG 和 DDS 求解器，是 ANSYS 并行算法的一部分，需要单独购买。见ANSYS Advanced A

31、nalysis Techniques Guide9。2.3.2.5 Nonlinear 标签 2.3.2.5 Nonlinear 标签 Nonlinear 标签用于设置 表 2-3 表 2-3 所列的选项。详细内容可通过 Help 按钮进入帮助系统。ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-8-表 2-3 选项 参见ANSYSStructuralAnalysisGuide 激活线性搜索LNSRCHLNSRCH 8.5.2.8.58.10.2.3 激活 DOF 解的预测PREDPRED 8.5.2.8.4 指定每个子步的最大迭代次数NEQITNEQIT 8.5.2.8.3 指明是否包括

32、蠕变计算RATE 8.3.1.58.5.3.2.1 设置收敛准则CNVTOLCNVTOL 8.5.2.8.2 控制二分CUTCONTROLCUTCONTROL 8.5.2.8.6 2.3.2.6 Advanced NL 标签 2.3.2.6 Advanced NL 标签 Advanced NL 标签用于设置 表 2-4 表 2-4 所列的选项。详细内容见该标签中的 Help 帮助系统。表 2-4 选项 参见 ANSYSStructuralAnalysisGuide 指顶分析结束准则NCNVNCNV 8.5.2.8.3 激 活 和 终 止 弧 长 法 控 制ARCLENARCLEN,ARCTRM

33、ARCTRM 8.10.2.4 ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-9-2.3.3 设置其他求解选项 2.3.3 设置其他求解选项 本节讨论求解的其他选项的设置。由于很少用到这些选项，并且一般都采用其缺省设置，因此这些选项没有出现在求解控制对话框中。本节中许多选项是非线性选项，将在ANSYS Structural Analysis Guide8 进一步讨论。2.3.3.1 应力刚度效应 2.3.3.1 应力刚度效应 一些单元，如 18X 族单元，不论 SSTIF SSTIF 如何，都包括了应力刚度效应。为了确定一个单元是否包括应力刚度，请见ANSYS Element Refer

34、ence Manual说明。在缺省时，如果 NLGEOM NLGEOM 为 ON 的话，应力刚度效应为 ON。在下面的这些特殊情况下，用户可能会关闭应力刚度效应：应力刚度仅与非线性分析相关。如果进行线性分析NLGEOM,OFF，则可以关闭应力刚度。在分析之前，用户知道结构不会因屈曲(分叉或跳跃屈曲)而破坏。通常，包括应力刚度效应时，可以加速非线性分析收敛。请记住上面所述的各点，用户可能对一些看起来收敛困难的特殊问题，选择关闭应力刚度效应，如局部破坏。命令：SSTIFSSTIF GUI：Main MenuSolutionUnabridged MenuAnalysis Options 2.3.3.

35、2 Newton-Raphson 选项 2.3.3.2 Newton-Raphson 选项 这一选项只能用于非线性分析中，它说明在求解时如何修正切线刚度矩阵。用户可以选下列选项之一：程序选择；完全；修正；ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-10-初始刚度；完全并且非对称矩阵。命令：NROPTNROPT GUI：Main MenuSolutionUnabridged MenuAnalysis Options 2.3.3.3 预应力效应计算 2.3.3.3 预应力效应计算 通过这一选项在同一模型中执行预应力分析，如预应力模态的分析。缺省值为 OFF。注意注意-应力刚度效应和预应力效

36、应计算都控制应力刚度矩阵的生成，因此在一个分析中不能同时采用。如二者都指定，则最后选项将覆盖前者。命令：PSTRESSPSTRESS GUI：Main MenuSolutionUnabridged MenuAnalysis Options 2.3.3.4 质量矩阵公式 2.3.3.4 质量矩阵公式 通过该选项在结构中施加惯性载荷(如重力或旋转载荷)。可以指定下列选项之一：缺省(与单元类型有关)；集中质量近似。注意注意-对于静力分析，用户所用的质量矩阵并不明显影响求解精度(假设网格密度足够)。然而，如果想在同一模型上作预应力动力分析，选择质量矩阵公式就很重要；参见动力分析的有关章节。命令：LUM

37、PMLUMPM GUI：Main MenuSolutionUnabridged MenuAnalysis Options 2.3.3.5 参考温度 2.3.3.5 参考温度 这个载荷步选项适用于温度应变计算。可用MP,REFTMP,REFT命令来设置材料相关的参考温度。命令：TREFTREF GUI：Main MenuSolution-Load Step Opts-OtherReference Temp 2.3.3.6 模态数 2.3.3.6 模态数 这个载荷步选项用于轴对称简谐单元。命令：MODEMODE GUI：Main MenuSolution-Load Step Opts-OtherF

38、or Harmonic Ele 2.3.3.7 蠕变准则 2.3.3.7 蠕变准则 这个非线性载荷步选项为自动时间步指定蠕变准则。命令：CRPLIMCRPLIM ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-11-GUI：Main MenuSolutionUnabridged Menu-Load Step Opts-Nonlinear Creep Criterion 2.3.3.8 输出选项 2.3.3.8 输出选项 这个载荷步选项用于指定在输出文件(Jobname.out)中包括任意结果数据。命令：OUTPROUTPR GUI：Main MenuSolutionUnabridged M

39、enu-Load Step Opts-Output CtrlsSolu Printout 警告警告-应用多个 OUTPR OUTPR 命令时，有时可能会有一些冲突，见ANSYS Basic Analysis Guide2.7.4。2.3.3.9 外插 2.3.3.9 外插 应用这个载荷步选项，可以通过把单元积分点结果拷贝到节点上，而不是通过外插(存在材料非线性时，这是缺省设置)。命令：ERESXERESX GUI：Main MenuSolutionUnabridged Menu-Load Step Opts-Output CtrlsIntegration Pt 2.3.4 施加载荷 2.3.4

40、 施加载荷 设置了求解选项以后，就可以对模型施加载荷了。2.3.4.1 载荷类型 2.3.4.1 载荷类型 下面列出的所有载荷类型，都可应用于静力分析中。2.3.4.1.1 位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)2.3.4.1.1 位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)这些自由度约束常施加到模型边界上，用以定义刚性支承点。它们也可以用于指定对称边界条件以及已知运动的点。由标号指定的方向是按照节点座标系定义的。2.3.4.1.2 力(FX,FY,FZ)和力矩(MX,MY,MZ)2.3.4.1.2 力(FX,FY,FZ)和力矩(MX,MY,MZ)这些集中力通常在模型

41、的外边界上指定。其方向是按节点座标系定义的。2.3.4.1.3 压力(PRES)2.3.4.1.3 压力(PRES)这是表面载荷，通常作用于模型的外部。正压力为指向单元面（起到压缩的效果）。2.3.4.1.4 温度(TEMP)2.3.4.1.4 温度(TEMP)温度用于研究热膨胀或热收缩(即温度应力)。如果要计算热应变的话，必须定义热膨胀系数。用户可以从热分析LDREADLDREAD中读入温度，或者直接指定温度(通过 BF BF 族命令)。ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-12-2.3.4.1.5 流(FLUE)2.3.4.1.5 流(FLUE)用于研究膨胀(由于中子流或其他

42、原因而引起的材料膨胀)或蠕变的效应。只在输入膨胀或蠕变方程时才能使用。2.3.4.1.6 重力、旋转等 2.3.4.1.6 重力、旋转等 整个结构的惯性载荷。如果要计算惯性效应，必须定义密度(或某种形式的质量)。2.3.4.2 在模型上施加载荷 2.3.4.2 在模型上施加载荷 除了与模型无关的惯性载荷以外，用户可以在模型的几何实体(关键点、线、面)或在有限元模型(节点和单元)上定义载荷。用户还可以通过 TABLE 类型的数组参数(见2.3.4.2.1)施加边界条件或作为函数的边界条件(见2.6.15)。表 2-5 表 2-5 汇总了静力分析可以使用的载荷。在一个分析中，可以施加、删除、操作或

43、列表载荷。表 2-5 载荷类型 分类 定义这些荷在的命令和菜单 位移(UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)约束ANSYSBasicAnalysisGuide2.6.3 力、力矩(FX,FY,FZ,MX,MY,MZ)力 ANSYSBasicAnalysisGuide2.6.6 压力(PRES)面 载荷 ANSYSBasicAnalysisGuide2.6.7 温度(TEMP)、流(FLUE)体 载荷 ANSYSBasicAnalysisGuide2.6.8 重力、旋转等 惯 性载荷ANSYSBasicAnalysisGuide2.6.9 2.3.4.2.1 应用 TABLE 类数组参

44、数施加载荷 2.3.4.2.1 应用 TABLE 类数组参数施加载荷 用户可以通过 TABLE 类数组参数施加载荷。对于应用表格边界条件，参见ANSYS Basic Analysis Guide2.6.14。在结构分析中，有效的初变量有时间(TIME)、温度(TEMP)和位置(X,Y,Z)。定义随时间(TIME)变化的一维表时，时间必须为升序排列。用户可以通过命令或交互式定义表格数组参数。具体操作参见ANSYS APDL Programmers Guide。2.3.4.3 计算惯性解除 2.3.4.3 计算惯性解除 用户可以通过静力分析来执行惯性解除计算，即计算与施加载荷反向平衡的加速度。用户

45、可以把惯性解除想象成一个等价自由体分析。要在 SOLVE SOLVE 命令之前应用这一命令作为惯性载荷命令的一部分。模型应当满足下面的要求：ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-13-模型不应当包括轴对称单元、子结构、或非线性。不推荐使用混合 2D 和 3D 单元的模型。对于梁单元(BEAM23、BEAM24、BEAM44 和 BEAM54)以及分层单元(SHELL91、SHELL99、SOLID46 和 SOLID191)，忽略偏置和楔形效应。也忽略层状单元的不对称分层效应。把楔形变截面单元分解成数个单元将得出更精确的结果。必须提供质量计算所需的数据，如密度。提供所需的最少位移

46、约束，即保证不发生刚体运动即可。对于 2D 单元需要三个约束(根据单元类型，可能更少)，对于 3D 单元只需要 6 个约束(根据单元类型，可能更少)。附加的约束，如对称边界条件也是允许的，但必须对所有约束检查 0 反力，以确保在惯性解除分析中不出现过约束。应当指定对于惯性解除计算合适的载荷。命令：IRLE,IRLE,1 GUI：Main MenuSolution-Load Step Opts-OtherInertia Relief 2.3.4.3.1 惯性解除的输出 2.3.4.3.1 惯性解除的输出 通过 IRLIST IRLIST 命令来打印惯性解除计算的输出。该输出包括平衡施加载荷所需要

47、的平移和转动加速度，而且可用于其他程序来进行运动学研究。质量和惯性矩列表汇总是精确解(求解时产生)，而不是近似解。约束反力将为 0，因为所计算的惯性力与外力平衡。惯性解除输出存储于数据库，而不是结果文件(Jobname.RST)，在用户执行 IRLIST IRLIST 命令时，ANSYS 从数据库中提取相关信息，输出数据库中最新保存求解SOLVE SOLVE 或 PSOLVEPSOLVE的惯性解除。命令：IRLISTIRLIST GUI：无 2.3.4.3.2 部分惯性解除计算 2.3.4.3.2 部分惯性解除计算 用户还可以通过部分求解方法PSLOVEPSLOVE作部分惯性解除计算，如下面的

48、例子所示：/PREP7 .MP,DENS,.!Generate model,define density .FINISH /SOLU D,.!Specify only minimum no.of constraints F,.!Other loads SF,.OUTPR,ALL,ALL !Activates printout of all items IRLF,1 !Can also be set to-1 for precise mass and !load summary only,no inertia relief PSOLVE,ELFORM !Calculates element ma

49、trices PSOLVE,ELPREP !Modifies element matrices and calculates !inertia relief terms IRLIST !Lists the mass summary and total load summary tables ANSYS 结构分析指南 第二章 结构线性静力分析-14-FINISH 有关 OUTPR,IRLF,IRLIST,PSOLVE OUTPR,IRLF,IRLIST,PSOLVE 等命令的详细介绍见 ANSYS Commands Reference。2.3.4.3.3 通过宏来执行惯性解除计算 2.3.4.3

50、.3 通过宏来执行惯性解除计算 如用户经常要执行惯性解除计算，可以写一个包含上述命令的宏。参见ANSYS APDL Programmers Guide。2.3.5 求解 2.3.5 求解 现在可以进行求解。1、把数据库保存为一个文件作为备份。在以后需要时，可重新进入 ANSYS 并用 RESUMERESUME 命令恢复模型。命令：SAVESAVE GUI：Utility MenuFileSave as 2、开始计算 命令：SOLVESOLVE GUI：Main MenuSolution-Solve-Current LS 3、如果分析中包括其他载荷条件(即多个载荷步)，则应重新施加载荷，指定载荷