ANSYS結構分析指南結構線性靜力分析

2021-05-13 13:36:26 字數 3388 閱讀 1173

靜力分析計算在固定不變載荷作用下結構的響應,它不考慮慣性和阻尼影響--如結構受隨時間變化載荷作用的情況。可是,靜力分析可以計算那些固定不變的慣性載荷對結構的影響(如重力和離心力),以及那些可以近似為等價靜力作用的隨時間變化載荷(如通常在許多建築規範中所定義的等價靜力風載和**載荷)的作用。

靜力分析用於計算由那些不包括慣性和阻尼效應的載荷作用於結構或部件上引起的位移、應力、應變和力。固定不變的載荷和響應是一種假定,即假定載荷和結構響應隨時間的變化非常緩慢。靜力分析所施加的載荷包括:

外部施加的作用力和壓力

穩態的慣性力(如重力和離心力)

強迫位移

溫度載荷(對於溫度應變)

能流(對於核能膨脹)

關於載荷,還可參見§2.3.4。

靜力分析既可以是線性的也可以是非線性的。非線性靜力分析包括所有型別的非線性:大變形、塑性、蠕變、應力剛化、接觸(間隙)單元、超彈性單元等。

本章主要討論線性靜力分析。對非線性靜力分析只作簡單介紹,其詳細論述見《ansys structural analysis guide》§8。

首先使用者應指定作業名和分析標題,然後通過 prep7 前處理程式定義單元型別、實常數、材料特性、模型的幾何元素。這些步驟是大多數分析型別共同的,並已在《ansys basic analysis guide》§1.2 論述。

有關建模的進一步論述,見《ansys modeling and meshing guide》。

在進行靜力分析時,要注意如下內容:

1、可以採用線性或非線性結構單元。

2、材料特性可以是線性或非線性,各向同性或正交各向異性,常數或與溫度相關的:

必須按某種形式定義剛度(如彈性模量 ex,超彈性係數等)。

對於慣性載荷(如重力等),必須定義質量計算所需的資料,如密度dens。

對於溫度載荷,必須定義熱膨脹係數 alpx。

3、對於網格密度,要注意:

應力或應變急劇變化的區域(通常是使用者感興趣的區域),需要比應力或應變近乎常數的區域較密的網格:

在考慮非線性的影響時,要用足夠的網格來得到非線性效應。如塑性分析需要相當的積分點密度,因而在高塑性變形梯度區需要較密的網格。

設定求解控制包括定義分析型別、設定一般分析選項、指定載荷步選項等。當進行結構靜力分析時,可以通過「求解控制對話方塊」來設定這些選項。該對話方塊對於大多數結構靜力分析都已設定有合適的預設值,使用者只需作很少的設定就可以了。

我們推薦採用該對話方塊進行設定。

如使用者不喜歡採用求解控制對話方塊,則可應用 ansys 的標準求解命令集和相應的選單(main menu>solution>unabridged menu>option)來設定求解控制選項。關於求解控制對話方塊的總體情況,見《ansys basic analysis guide》§3.11。

使用者可通過選擇(main menu>solution> -analysis type- sol『n control)進入求解控制對話方塊。下面諸小節簡要論述該對話方塊中各標籤的選項。關於如何設定這些選項,可在按該標籤的 help 按鈕進入幫助系統,得到詳細介紹。

在求解控制對話方塊中共有五個標籤,這些標籤按從基本到高階的順序排列。根據這種排列方式,可使求解設定較為平順。在進入求解控制對話方塊時,預設啟用的是basic標籤。

basic標籤中的設定,提供了分析中所需的最少資料。一旦在basic標籤中的設定滿足以後,就不需要設定其他標籤中的選項,除非因為要進行高階控制而修改其他預設設定。按 ok 按鈕以後,設定儲存到ansys資料庫,並關閉對話方塊。

使用者可以在basic標籤中設定的選項如表2-1 所示。有關詳細說明見該標籤的help幫助系統。

表2-1

在靜力分析中需要特別注意的選項主要有:

在設定 antype 和 nlgeom 時,如進行乙個新的分析並忽略大變形效應(如大撓度、大轉角、大應變)時,請選擇「**all displacement static」項。如預期有大撓度(如彎曲的長細桿)或大應變(如金屬成形問題),則選擇「large displacement static」。如想重啟動乙個失敗的非線性分析,或者使用者已進行了完整的靜力分析,而想指定其他載荷,則選擇「restart current analysis」項。

在設定 time 時,記住這個載荷步選項指定該載荷步結束的時間,預設值為1。對於後續的載荷步,預設為1加上前乙個載荷步指定的時間。雖然在靜力分析(除蠕變、粘塑性或其他率相關材料行為外)中,時間沒有物理意義,但可以用於追蹤時間步和子步,見《ansys basic analysis guide》§2。

在設定outres時,請記住:預設時只有1,000個結果集記錄到結果檔案(jobname.rst)中,如果超過這一數目(基於使用者的 outres 設定),程式將出錯停機。

可以通過 /config,nres 命令來增大這一限值,見《ansys basic analysis guide》§20。

transient 標籤設定瞬態分析控制,只有在 basic 標籤中選擇了瞬態分析時才能啟用這一標籤,如果在 basic 標籤中選擇了靜態分析,則這一標籤不能設定。所以在這裡暫不討論。

sol『n options 標籤用於設定表2-2 所列的選項。詳細說明可從help按鈕進入幫助系統而得到。

表2-2

在靜力分析中設定 eqslv 時,選擇下列求解器之一:

程式選擇求解器(ansys 將根據問題的領域自動選擇乙個求解器);

稀疏矩陣求解器(對線性和非線性、靜力和完全瞬態分析,為預設項);

pcg求解器(對於大模型/高波前,巨形結構推薦使用);

amg的求解器(其應用與pcg求解器相同,但提供並行演算法;在用於多處理器環境時,轉向更快);

dds求解器,通過網路在多處理器系統中提供並行演算法;

迭代求解器(自動選擇;只適用於線性靜力/完全瞬態結構分析,或穩態溫度分析;推薦);

波前直接求解器。

注意--amg 和 dds 求解器,是ansys並行演算法的一部分,需要單獨購買。見《ansys advanced analysis techniques guide》§9。

nonlinear 標籤用於設定表2-3 所列的選項。詳細內容可通過help按鈕進入幫助系統。

表2-3

advanced nl 標籤用於設定表2-4 所列的選項。詳細內容見該標籤中的help幫助系統。

表2-4

本節討論求解的其他選項的設定。由於很少用到這些選項,並且一般都採用其預設設定,因此這些選項沒有出現在求解控制對話方塊中。

本節中許多選項是非線性選項,將在《ansys structural analysis guide》§8進一步討論。

一些單元,如 18x 族單元,不論 sstif 如何,都包括了應力剛度效應。為了確定乙個單元是否包括應力剛度,請見《ansys element reference manual》說明。

在預設時,如果 nlgeom 為 on 的話,應力剛度效應為 on。在下面的這些特殊情況下,使用者可能會關閉應力剛度效應:

應力剛度僅與非線性分析相關。如果進行線性分析[nlgeom,off],則可以關閉應力剛度。

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