ANSYS可靠性设计PDS

ansys分析可靠度2007-11-11 10:29:41| 分类：Ansys特辑|举报|字号订阅关于ansys分析可靠度的问题,他有两种方法：monte-carlo和响应面法。

在现在的可靠度分析中monte-carlo法有中心点抽样法、直接重要抽样法、更新重要抽样法、渐进重要抽样法、方向抽样法，这里的中心点抽样法是最古老、效率最低的一种，但ansys里只有这一种方法，只是在抽样选点时有不同的两种选择；并且，monte-carlo在工程计算中只用于校合，不能用于工程实践；中心点抽样法在计算中一般要进行计算次数的讨论：当可靠指标为1.0时，失效概率1.5866E-01；当可靠指标为2.0时，失效概率2.275E-02；当可靠指标为3.0时，失效概率1.3499E-03；当可靠指标为4.0时，失效概率3.1671E-05；一般结构的可靠指标为2-4，假设计算结构的可靠指标为3.0，此时的最少有限元计算次数为1/1.3499E-03（由于在计算过程中的多维变量随机选点不理想等原因，实际的计算次数远大于此），这对于写论文还可以，对于实际复杂的体系可靠度而言，是没法完成的；下面我们来讨论一下ansys响应面法以及构件可靠度和体系可靠度：响应面法计算可靠度不需要monte-carlo那么多次的有限元计算，对于构件可靠度他是现在一个很热门的研究方法，但是，对于体系可靠度，他没有考虑体系可靠度的失效模式；现在对于体系可靠度有两种认识：一种认为体系可靠度是由构件可靠度构成的，只有先知道构件可靠度，才能知道体系可靠度，要知道体系失效，先知道构件失效及其失效路径，在这方面大连理工大学的许林博士和张小庆博士开发了一套程序（程序思想是以上面的体系可靠度的认识为理论基础），程序的流程如下：利用经过二次开发生成的新的ANSYS，进行可靠度计算的具体运算过程为：1) 利用APDL建立结构分析文件和优化文件；2) 运行ANSYS的批处理方式，利用分析文件建立模型、进行结构分析与敏度分析；3) 进入用户优化模块完成可靠度分析的一次迭代过程；4) 重新利用分析文件建立模型、进行结构分析与敏度分析；5) 根据结构分析函数值和敏度值，以及前一点的结构分析函数值，用前面介绍的近似曲面构造法寻求拟合误差最小的近似极限状态函数；6) 对上一步得到的近似函数进行可靠度分析；7) 比较两次计算结果收敛与否，是则结束迭代，否则转到第4步，进行下一轮迭代。

基于ANSYS的压力容器可靠性研究摘要：随着科技的不断发展，ANSYS应用比较广泛，这是一种大型的通用软件，可以在众多领域当中应用，而且实际使用效果较好。

使用大型的通用有限元分析软件，也就是使用ANSYS软件分析压力容器可靠性，具有非常的应用效果，为提高压力容器可靠性，具有重要的意义和作用。

关键词：ANSYS；压力容器；可靠性；研究随着经济的快速发展，人们对于产品质量的要求越来越高了，其中产品的可靠性，是衡量产品品质的重要标准，也是重要的产品指标。

随着机械结构的快速发展，进行可靠性研究，是衡量机械结构的重要标准，也决定了机械结构和性能。

在进行机械结构设计过程中，应当充分地考虑可靠性，严格地按照相关标准进行设计，这样才能提高产品性能，所设计出来的产品，更加符合参数要求。

随着ANSYS软件的应用，促进了压力容器的可靠性分析发展，而且提高了压力容器的安全性，全面地提高了压力容器质量，因此在众多领域当中被广泛地应用，为相关行业发展起到了积极的推动作用。

1可靠性理论分析通常情况下进行可靠性研究，主要的对象有电子和电气可靠性，以及机械和零件的可靠性，还有系统和软件、硬件的可靠性等。

但是从广义上来讲，可靠性指的是某一对象的有效性和维修性，可靠性在很大程度上和产品设计有关，目前可靠性已经在众多领域当中应用了。

ANSYS是大型的通用有限元分析软件，可以和计算机和信息技术相融合，从而实现数据交换和共享，所以可以在多个领域中应用。

ANSYS是国际上最流行分析软件，被广泛地应用到可靠性分析中。

2使用 ANSYS进行压力容器可靠性设计特点2.1可以更加真实地反映出压力容易状态在实际使用过程中，基于ANSYS进行压力容器可靠性设计，不仅提高了安全系数，而且在取值时也有一定优势，这些和可靠性设计当中的应力、强度、均值都有一定关系，同时还和曲线，以及离散程度有关。

一般情况下机械性产品，只对可靠性设计当中的应力值、强度数值、曲线分布特点进行分析。

ANSYS的可靠性分析实例-PDS例题1 如图所示，两边固定方板承受集中力载荷模型。

其尺寸和材料属性均是不确定的输入参数。

随机条件如下:, 方板边长100mm，板厚1mm，板材加工精度误差等于,服从均匀分布; ,0.21mm, 材料弹性模量2.1e5Mpa，服从高斯分布。

标准方差是均值的0.05倍; , 密度均值8000kg/mm^3，集中载荷只能是正值，服从LOG1分布，标准方差为均值的10%;图1在上述条件下，板的最大变形和固定边界的最大等效应力的输出为随机行为，具体研究内容如下:, 检查统计结果，确定PDS是否执行了足够多的仿真循环计算数目; , 确定最大变形低于指定值的概率;, 计算随机响应结果相对于随机输入参数的灵敏度值;, 生成输出参数相对于最重要输入参数的离散图;GUI操作方式:第一步: 设置工作目录:Utility Menu>File>Change Directory 第二步:创建PDS分析文件，即仿真循环文件PDS-PLATE-LOOP.mac 1. 分析文件是为了在概率分析过程中使用而创建的。

利用文本编辑器或根据LOG文件整理，在ANSYS当前工作目录中创建PDS-PLATE-LOOP.mac，其内容如下:L=100 !定义设计变量TH=1YOUNG=21.E5DENSITY=8E-6FORCE=100/PREP7 !定义材料MP,EX,1,YOUNGMP,NUXY,1,0.3MP,DENS,1,DENSITYET,1,SHELL63 !定义单元类型和实常数R,1,TH,TH,TH,THRECTNG,,L,,L, !画板LSEL,ALL !划分网格LESIZE,ALL,,,16AMESH,ALLFINISH/SOLUNSEL,S,LOC,X,0,0 !选择X=0处节点约束D,ALL,ALL,0NSEL,S,LOC,X,L,L !选择X=L处节点约束D,ALL,ALL,0NSEL,S,LOC,X,0.5*L,0.5*L !选择X=0.5L，Y=0.5L处节点加载NSEL,R,LOC,Y,0.5*L,0.5*LF,ALL,FZ,FORCEALLSEL !选择所有节点SOLVE !求解FINISH/POST1NSEL,ALL !选择所有节点NSORT,U,Z,1,1 !将节点位移排序*GET,UMAX,SORT,0,MAX !将节点最大位移存在UMAX中NSEL,S,LOC,X,0 !选择X=0处节点约束NSEL,A,LOC,X,L,L !再选择X=L处节点约束NSORT,S,EQV,1,1 !按照应力绝对值的升序排序*GET,SMAX,SORT,0,MAX !将节点最大应力存到SMAX中2. 清除内存。

第３３卷第３５期２００７年１２月山西建筑ＳＨＡＮＸＩＡＲＣＨｌｌＥＣＴＩ７ｌｉＥＶｄ．３３Ｎｏ．３５Ｄｅｃ．２００７·８５·文章编号：１００９．６８２５｛２００７｝３５—００８５—０２基于ＡＮＳＹＳ的可靠性分析晁成新摘要：介绍了结构可靠性的基本原理和基本分析方法，利用ＡＮＳＹＳ中的可靠性分析工具——ＰｍｂａｂｉｌｉｓｔｉｃＤｅｓｉｇｎ，对框架结构的可靠性进行了分析，实例证明：该方法可得到比较精确的可靠度指标和失效概率，但是其效率不高，需要对其抽样方法进行改进。

关键词：可靠性，失效概率，蒙特卡罗，框架结构中图分类号：ＴＵ３１１．２文献标识码：Ａ１基本概念结构的安全性、适用性、耐久性统称结构的可靠性…１。

工程结构要求具有一定的可靠性，因为结构在设计、施工、使用过程中具有种种影响其安全、适用、耐久的不确定性。

对影响结构行为的这些不确定因素进行分析称之为结构可靠度分析，它是结构计算、设计内容的重要组成部分。

在结构可靠度分析中，采用功能函数表达结构的极限状态，其形式为：Ｇ（Ｘ）＝Ｒ—Ｓ，其中，随机矢量Ｘ＝（ｚ１，ｚ２，…，ｚ。

）表征了工程中存在的不确定信息，如材料参数、几何尺寸、荷载的随机性等；Ｒ为结构抗力；Ｓ为结构的综合效应。

当Ｇ（ｘ）＞０时，结构处于安全状态；当Ｇ（Ｘ）＝０时，结构处于极限状态；当Ｇ（Ｘ）＜０时，结构处于失效状态。

结构的失效概率为：Ｐ，＝ＰＥＧ（ｘ）＜０］＝ｌ，，ｆ（ｘ）ａｘ（１）其中，，（Ｘ）为随机矢量Ｘ的联合概率密度函数。

２基本分析方法２．１蒙特卡罗法蒙特卡罗法又称为随机模拟法，该法是依据统计抽样理论，利用计算机研究随机变量的数值计算方法。

理论上，模拟的方法可以应用于大型复杂系统，通常当得不到解析解或解析解无效时采用蒙特卡罗法。

该法又是唯一的检验或者评价近似解的方法，是目前系统可靠度分析中的相对精确法。

由概率定义可知，某事件的概率可以用大量试验中该事件发生的频率来估算，而蒙特卡罗法的主要任务是根据确定的概率分布产生随机数。

核 动 力 工 程Nuclear Power Engineering第30卷 第1 期 2 0 0 9 年2月V ol. 30. No.1 Feb. 2 0 0 9文章编号：0258-0926(2009)01-0109-03基于ANSYS 的压力容器可靠性分析彭翠玲，艾华宁，刘青松，向文元（中科华核电技术研究院，广东深圳，518124）摘要：运用通用有限元分析软件（ANSYS ）的概率设计功能，以压力容器壁厚、压力载荷及弹性模量为随机输入变量，模拟实际结构设计参数的随机性。

选用蒙特卡罗法进行压力容器应力的可靠性分析，获得了该有限元分析模型的应力概率分布特征，得到了压力载荷、壁厚等设计参数对应力分布的敏感程度。

关键词：压力容器；可靠性分析；ANSYS ；蒙特卡罗法 中图分类号：TG404 文献标识码：A1 前 言常用工程构件的设计方法有两种：传统的结构强度理论设计方法和可靠性设计方法。

结构强度设计方法是假设各设计变量为确定值，并要求结构的工作应力小于材料的许用应力，即[]σσ≤。

这种设计方法中，材料的属性、结构尺寸、载荷等各种参数都是根据假设和理想化得到的，对这些因素的误差引入一个安全系数加以处理。

严格说来，这些参数都不是确定的，具有一定的随机性和模糊性。

可靠性设计方法假定设计变量为随机变量，依据可靠度或失效概率进行设计，也称为概率设计。

相对于确定性的评价方法，可靠性设计方法不但能给出较准确的失效概率值，还可给出结构的设计参数敏感性分析结果。

本文应用ANSYS 概率设计模块PDS 的可靠性分析功能，采用蒙特卡罗法，以压力容器壁厚、压力载荷及材料的弹性模量作为随机输入变量，对压力容器的可靠性进行了分析。

2 ANSYS 的可靠性分析功能ANSYS 的概率分析的参数包括随机输入参数和随机输出参数。

随机输入参数指影响分析结果的结构和载荷数据，如弹性模量、载荷、结构几何尺寸等。

随机输出参数指有限元分析的结果，通常是随机输入参数的函数，如应力、应变等[1]。

在ANSYS 中计算结构的可靠度黄兆兵河海大学工程力学系，南京(210098)E-mail ：huangzhaobing123@摘 要: 本文首先介绍了蒙特卡罗法计算结构可靠度的相关理论,以及大型通用有限元分析软件ANSYS 的概率分析功能模块,提出了利用ANSYS 对结构进行可靠度分析的方法.通过一个简单的实例说明了利用ANSYS 进行结构可靠度分析的可行性. 关键词: 蒙特卡罗法，结构可靠度，ANSYS1． 引言工程结构要求具有一定的可靠性,因为结构在设计、施工和使用过程中具有种种影响其安全、适用和耐久的不确定性。

在用确定性方法（如有限单元法）计算结构模型时，所需的量如荷载、材料特性、构件尺寸和边界条件等，我们通常将它们取为定量。

但这并不符合实际。

事实上，真实设计的任何构件或结构，以上的物理量总是具有不确定性，我们无法准确获得它们的值。

所以，它们都应被视为具有某种分布特性的随机变量。

另外，还存在统计方法以及分析模型的不确定性等。

结构可靠度分析的任务就是考虑各类不确定性因素对结构分析的影响程度，并最终以一个定量（可靠指标）来描述。

在可靠度分析中，结构的极限状态是由功能函数表达的，其形式为()Z g X =，其中随机矢量12(,,,)n X X X X = 表征了工程结构中存在着的不确定信息。

当0()g X >时，结构处于安全状态；当0()g X =时，结构处于极限状态； 当0()g X <时，结构处于失效状态。

结构的失效概率是[]00()()()f g X P P g X f X dX <=<=∫，其中()f X 为随机矢量的联合概率密度函数[1]。

2． 蒙特卡罗法简介计算结构或构件可靠度的方法有很多，蒙特卡罗法是其中独具风格的数值计算方法。

它是通过对随机变量的大批抽样，通过结构的失效频率来计算结构的失效概率，所以又称随机抽样法或统计实验法，也是被公认为相对精确的一种结构可靠度分析方法[3]。

利用Ansys的概率分析功能实现结构的可靠性分析摘要：有限元分析软件Ansys5.7提供了概率分析功能，使对结构的概率分析非常容易。

在本文中对Ansys的概率分析方法作了简单的介绍，提出了利用Ansys的概率分析功能进行结构的可靠性分析的方法，并通过一个实例，说明了利用Ansys的概率分析功能实现结构的可靠性分析的可行性。

关键词：有限元分析、概率设计、可靠性分析Abstract:The software of FEA (Finite Element Analysis) Ansys 5.7 provides the function of probabilistic design, which makes structural probabilistic analysis very easy. In this paper, the method of probabilistic design is introduced. The technique of the structural reliability analysis through the probabilistic design of Ansys is presented. From an instance, it shows that the method presented is feasible.Keywords：Finite Element Analysis, probabilistic analysis, reliability analysis1. 概率分析概述在工程分析中，我们建立的分析模型都是经过各种假设和理想化而得出的，事实上，真实设计的任何产品，其材料属性、加工公差、边界条件和载荷等总是具有不确定性,并且它们的真实值往往是无法得到的。

所以，在有限元分析中的几乎所有输入参数都是不确定的，都具有一定程度的不确定性。

这种不确定性就给分析带来误差，使分析结果与实际有较大的差别。

基于ANSYS中PDS模块边坡可靠性分析李原;武清玺【摘要】基于ANSYS中PDS模块,在强度折减法确定边坡工程的安全稳定系数后,使用可靠性理论中的蒙特卡洛法,结合有限元软件进行概率设计.通过一个典型的边坡工程实例,在输入多个边坡材料的随机参数情况下,求得边坡最大沉降量以及目标控制值下边坡的失效概率.分析结果形象合理,较传统边坡稳定分析方法更加客观有效.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2015(037)002【总页数】3页(P105-107)【关键词】边坡工程;ANSYS中PDS模块;强度折减法;蒙特卡洛法【作者】李原;武清玺【作者单位】河海大学力学与材料学院,南京210098;河海大学力学与材料学院,南京210098【正文语种】中文【中图分类】TU753.7在边坡稳定性数值分析法中，基于有限元的强度折减法作为一种确定性方法，因其简便有效而被广泛地应用。

然而由于没有考虑实际情况和材料参数的不确定性，使计算结果和实际情况相差较大。

将可靠性理论中的蒙特卡洛法和有限元技术结合起来，考虑强度折减，把输入的边坡材料参数作为具有一定统计特征的随机变量，使用有限元软件进行分析，可以较准确的反应边坡实际情况[1]。

在此方法下进行可靠性分析，有助于通过控制最大沉降量的失效概率来保证边坡稳定性，本文使用大型有限元软件ANSYS中的PDS模块可以很好地解决此类问题。

建立在强度折减有限元分析基础上的边坡稳定性分析的基本原理就是将关于边坡稳定的两个参数内聚力c和摩擦角φ同时除以一个折减系数F，得到新的内聚力c′和摩擦角φ′，即:将折减后的参数输入并使用有限元软件分析计算。

开始时F取小一些，保证近乎于一个弹性问题，若程序收敛则说明边坡稳定。

然后慢慢增加F直至某一值使得程序恰好不收敛，此时的折减系数即为边坡的稳定安全系数，即边坡达到到极限状态[2]。

本文计算采用理想弹塑性模型，在大型有限元分析软件ANSYS中采用D-P准则，这是Drucker和Prager于1952年在Mises准则的基础上进行修正，消除了M-C屈服面的棱线，考虑平均静水压力对屈服的影响，其屈服函数为：I1=σ1+σ2+σ3式中，I1与J2为应力张量的第一不变量和应力偏张量的第二不变量；α与k为材料常数，通过与M-C屈服模型的比较可确定其值。