第二讲结构静力分析PPT讲稿.ppt

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1、第二讲结构静力分析第二讲结构静力分析第1页，共52页，编辑于2022年，星期二内容简介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第2页，共52页，编辑于2022年，星期二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。第3页，共52页，编辑于2022年，星期二结构分析的类型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、应力刚。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。化、大变形、大应变

2、、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第4页，共52页，编辑于2022年，星期二单元类型 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第5页，共52页，编辑于2022年，星期二求解方法lH方

3、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。第6页，共52页，编辑于2022年，星期二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

4、算）第7页，共52页，编辑于2022年，星期二分析流程建立模型（Preprocessor）施加边界条件施加载荷解算（Solution）查看结果（General Postproc）（Apply Loads）第8页，共52页，编辑于2022年，星期二建立模型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

5、定义材料属性创建几何模型创建几何模型第9页，共52页，编辑于2022年，星期二Change Jobname lEnter new jobname：输入文件名lNew log and error files？复选框打上钩第10页，共52页，编辑于2022年，星期二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第11页，共52页，编辑于2022年，星期二建模的注意事项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

6、兴趣的区域，采用更细的网格划分。第12页，共52页，编辑于2022年，星期二设置单元类型123第13页，共52页，编辑于2022年，星期二设置单元选项注意：不是所有的单元都能设置单元选项！第14页，共52页，编辑于2022年，星期二定义单元的实常数第15页，共52页，编辑于2022年，星期二定义实常数第16页，共52页，编辑于2022年，星期二定义材料属性第17页，共52页，编辑于2022年，星期二几何建模第18页，共52页，编辑于2022年，星期二几何模型示例Line Model第19页，共52页，编辑于2022年，星期二网格划分第20页，共52页，编辑于2022年，星期二网格划分示例3-D

7、 Mesh第21页，共52页，编辑于2022年，星期二施加载荷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）第22页，共52页，编辑于2022年，星期二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。第23页，共52页，编辑于2022年，星期二位移（Disp

8、lacement）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。第24页，共52页，编辑于2022年，星期二力（Forces）和力矩（Moments）lFX,FY,FZ,MX,MY,MZl施加在模型外部的集中载荷第25页，共52页，编辑于2022年，星期二压力（Pressure）l正值的压力作用于单元表面的法线方向。第26页，共52页，编辑于2022年，星期二惯性力（Inertia Force）l输入惯性加速度第27页，共52页，编辑于2022年，星期二求解控制lNew AnalysislAnalysis Type:S

9、taticlLarge Deformation EffectslStress Stiffening EffectslNewton-Raphson Option（非线性选项）lEquation Solver（线性选项）第28页，共52页，编辑于2022年，星期二Basic标签第29页，共52页，编辑于2022年，星期二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，时，可

10、以设置子步。对于静力分析，时间没有物理意义。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。第30页，共52页，编辑于2022年，星期二Sols Options标签第31页，共52页，编辑于2022年，星期二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

11、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第32页，共52页，编辑于2022年，星期二Nonlinear 标签第33页，共52页，编辑于2022年，星期二Advanced NL 标签第34页，共52页，编辑于2022年，星期二应力刚化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。第35页，共52页，编辑于2022年，星期二Newton-Raphson 选项lProgram Chos

12、en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矩阵一次。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。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。修正的牛顿拉普森方法，正切刚度矩阵在每个子步被修正。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。第36页，共52页，编辑于2022年，星期二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第37页，共52页，

13、编辑于2022年，星期二输出控制l输出文件：Jobname.out第38页，共52页，编辑于2022年，星期二求解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第39页，共52页，编辑于2022年，星期二检查信息列表第40页，共52页，编辑于2022年，星期二检查计算结果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）第41

14、页，共52页，编辑于2022年，星期二用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第42页，共52页，编辑于2022年，星期二结果选项l变形情况Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shapesl等值线Main Menu General Postproc Co

15、ntour Plot Nodal Solu 或或 Element Solul列表Main Menu General Postproc List Results Nodal Solu,Element Solu,Reaction Solul其他性能第43页，共52页，编辑于2022年，星期二变形情况第44页，共52页，编辑于2022年，星期二变形示例第45页，共52页，编辑于2022年，星期二Von Mises应力云图第46页，共52页，编辑于2022年，星期二应力示例第47页，共52页，编辑于2022年，星期二误差评估（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

16、（SPEC）计算和列出误差百分比。第48页，共52页，编辑于2022年，星期二用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第49页，共52页，编辑于2022年，星期二第50页，共52页，编辑于2022年，星期二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范围承范围承受受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。第51页，共52页，编辑于2022年，星期二分析思路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。第52页，共52页，编辑于2022年，星期二