ANSYS Workbench Mechanical第四章 静力结构分析

Workbench -Mechanical Introduction第四章静力结构分析概要Training Manual •本章，将练习线性静力结构分析，模拟过程中包括：A.几何和单元B.组件和接触类型C.分析设置D.环境，如载荷和约束环境如载荷和约束E.求解模型F.结果和后处理•本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用。

–尽管本章中讨论的一些选项可能需要更高级的许可，但都给了提示。

线性静态结构分析基础Training Manual •对于一个线性静态结构分析（Linear Static Analysis），位移{x}由下面的矩阵方程解出：[]{}{}FK=x假设：–[K] 是一个常量矩阵[K]是个常量矩阵•假设是线弹性材料行为•使用小变形理论可能包含些非线性边界条件•可能包含一些非线性边界条件–{F}是静态加在模型上的•不考虑随时间变化的力•不包含惯性影响（质量、阻尼）•记住关于线性静态结构分析的假设是很重要的。

非线性静态分析和动态分析在后面章节讲解。

A. 几何模型Training Manual •在结构分析中，可能模拟各种类型的实体。

•对于面实体，在Details of surface body中一定要指定厚度值。

•线实体的截面和方向，在DesignModeler里进行定义，并自动导入到Simulation（模拟）中。

… 质量点Training Manual •在模型中添加一个质量点来模拟结构中没有明确建模的重量体：–质量点只能和面一起使用。

–它的位置可以通过下面任一种方法指定：•用户自定义的坐标系中指定（x，y，z）坐标值•通过选择顶点/边/面指定位置–质量点只受包括加速度、重力加速度和角加速度的影响。

–质量是与选择的面联系在一起的，并假设它们之间没有刚度。

–不存在转动惯性… 材料特性Training Manual •在线性静态结构分析中需要给出杨氏模量和泊松比：–在Engineering Data中输入材料参数–存在惯性时，需要给出材料密度存在惯性时需要给出材料密度–当施加了一个均匀的温度载荷时，需要给出热膨胀系数在均匀度载荷条件下不需要指定导热系数–在均匀温度载荷条件下，不需要指定导热系数–想得到应力结果，需要给出应力极限–进行疲劳分析时需要定义疲劳属性•在许可协议中需要添加疲劳分析模块B. 组件–实体接触Training Manual •在导入实体装配体时，在实体之间会自动创建接触对。

–面对面接触允许在两个实体边界划分的单元不匹配–Contact 下的Tolerance controls（容差控制），可以让用户使用滚动条指定自动接触检Contact Tolerance controls（容差控制）可以让用户使用滚动条指定自动接触检查的容差…组件–实体接触Training Manual •在模拟中，每个接触对都要定义接触面和目标面：–接触区域的一个表面视作接触面，另一表面即为目标面–接触面不能穿透目标面•当一面被设计为接触面为另一面被设为目标面，这就是非对称接触•如果两边互为接触面（C）和目标面（T），那就叫对称接触•默认的实体组件间的接触是对称接触•用户可以根据需要将接触类型改为非对称接触（ANSYS Professional或更高版本）对称接触非对称接触Training ManualTraining Manual…组件–实体接触•界面调整选项：TCCTOffset ：接触面在正向或相反方向上偏移一个指定的距离（可以程序设置Adjusted to touch ：不考虑实际的间距，把接触面移向目标面，给出一个初始偏移量）接触…组件–实体接触Training Manual•Advanced 选项（更多细节参见第三章的pinball区域的细节设置）：–Pin Ball Region：Pi B ll R i•Inside pinball = near-field contact•Outside pinball = far-field contact•使求解器更有效的进行接触计算•对ANSYS Professional或更高版本而言，支持壳体和实体的混合组件与更多的接触选项本例中，两部件间的间距比pinball区域大，故不会自动闭合它们键的间隔。

…组件–点焊Training Manual •Spot weld 提供了在分离点上连接壳体组件的方法：–Spotweld在CAD软件中进行定义。

目前，只有DesignModeler和Unigraphics支持点焊定义（Spotweld）。

Training ManualC. 分析设置Training Manual •details of Analysis Settings中提供了一般的求解过程控制：•Step Controls（求解步控制）：Step Controls（求解步控制）–人工时间步控制和自动时间步控制–指定分析中的分析步数目和每个步的终止时间–在静态分析里的时间是一种跟踪机制（后面讨论）在静态分析里的时间是种跟踪机制（后面讨论）•Solver Controls（求解控制）：g–两种求解方式（默认是Program Controlled）：•直接求解（ANSYS中是稀疏矩阵法）•迭代求解（ANSYS中是PGC（预共轭梯度法））.Weak springs：–Weak springs•尝试模拟得到无约束的模型. . . 分析设置-Analysis Data ManagementTraining Manual •Analysis Data Management（分析数据管理器）：–Solver Files Directory：给出了相关分析文件的Solver Files Directory保存路径–Future Analysis：指定求解中是否要进行后续分析（如预应力模型）。

如果在project schematic析如预应力模型如果在p j里指定了耦合分析，将自动设置该选项。

–Scratch Solver Files Directory：求解中的临时文件夹–保存ANSYS DB 分析文件–Delete Unneeded Files：在Mechanical APDL中，可以选择保存所有文件以备后用–Solver Units：Active System 或manual.–Solver Unit System：如果以上设置是人工的，那当Mechanical APDL共享数据的时候，就可以选择8个求解单位系统中的一个来保证一致性（在个求解单位系统中的个来保证致性（在用户操作界面中不影响结果和载荷显示）. . . 分析设置-分析步控制Training Manual •Step Controls（分析步控制）：–在静态分析中允许设置多个分析步，并一步一步的求解。

–对于静态分析，终止时间被用作确定载荷步和载荷子步的对于静态分析终止时间被用作确定载荷步和载荷子步的追踪器。

–可以一个分析步一个分析步的查看结果。

–在给出的Tabular Data里可以指定每个分析步的载荷值。

Tabular Data里可以指定每个分析步的载荷值在图形窗口中给出了时间和载荷值的关系图. . . 多个分析步Training Manual •通过选择Analysis Type，然后选择Worksheet表单查看所有不同分析步。

. . . 多个分析步Training Manual •求解完成后，可以选择需要的求解步，然后点击鼠标右键选择Retrieve This Result，查看每个独立步骤的结果。

选择需要的求解步，然后点击鼠标右键选择RetrieveThis ResultThis ResultTraining Manual D. 载荷和约束•载荷和约束是以所选单元的自由度的形式定义的。

UY•实体的自由度是x，y 和z方向上的平移（壳体还得加上旋转自由度，绕x，y 和z轴的转动）UX UZ•约束，不考虑实际的名称，也是以自由度的形式定义的。

例如在块体的面上施加一个光滑约束表示它•例如，在块体的Z面上施加一个光滑约束，表示它Z方向上的自由度不再是自由的（其它自由度是自由的）。

光滑面. . . 载荷和约束Training Manual •载荷类型：–惯性载荷：•这些载荷施加在整个模型上•对于惯性计算时需要知道密度•这些载荷专指施加在定义好的质量点上的力（Point Masses）–结构载荷：•施加在系统部件上的力或力矩–结构约束：•防止在某一特定区域上移动的约束–热载荷：热载荷会产生个温度场，使模型中发生热膨胀或热传导。

•热载荷会产生一个温度场，使模型中发生热膨胀或热传导。

Training Manual… 加速度和重力加速度Training Manual •加速度：–施加在整个模型上，单位是长度比上时间的平方。

–加速度可以定义为分量或矢量的形式。

–物体运动方向为加速度的反方向。

•重力加速度：重力加速度–根据所选的单位制系统确定它的值。

重力加速度的方向定义为整体坐标系或局部坐标系的其中个坐标轴方向–重力加速度的方向定义为整体坐标系或局部坐标系的其中一个坐标轴方向。

–物体运动方向与重力加速度的方向相同。

•角加速度：–整个模型以给定的速率绕轴转动。

–以分量或矢量的形式定义。

–输入单位可以是弧度每秒（默认选项），也可是度每秒。

… 集中力和压力Training Manual •施加压力：–以与面正交的方向施加在面上。

–指向面内为正，反之为负。

指向面内为反之为负–单位是单位面积的力。

•施加集中力：–集中力可以施加在点、边或面上。

–它将均匀的分布在所有实体上，单位是mass*length/time2。

–可以以矢量或分量的形式定义集中力。

可以以矢量或分量的形式定义集中力… 静水压力Training Manual •静水压力：–在面（实体或壳体）上施加一个线性变化的力，模拟结构上的流体载荷。

–流体可能处于结构内部或外部•用户指定：–加速度的大小和方向–流体密度–代表流体自由面的坐标系–对于壳体，提供了一个顶面/底面选项内部外部… 轴承负载Training Manual •轴承负载（集中力）：–使用投影面的方法将力的分量按照投影面积分布在压缩边上。

•不允许存在轴向分量•每个圆柱面上只能使用一个轴承负载。

在施加该载荷时，若圆柱面是分裂的，定要–在施加该载荷时，若圆柱面是分裂的，一定要选中它的两个半圆柱面。

–轴承负载可以矢量或分量的形式定义。

轴承负载集中力… 力矩Training Manual •力矩载荷：–对于实体，力矩只能施加在面上。

–如果选择了多个面，力矩则均匀分布在多个面上。

如果选择了多个面力矩则均匀分布在多个面上–可以根据右手法则以矢量或分量的形式定义力矩。