ANSYS分析经验讨论篇之结构分析

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一、

求解分析（结构分析）

（一）

求解设置

（二）

边界条件

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对称与反对称边界条件——实体和单元

1）针对对称边界条件下实体结构的分析，可利用ANSYS对称边界条件设置，求解半个或者1/4实体结构，将所得结果对称/循环，得到整体结果分析；

2）针对反对称边界条件下实体结构的分析，可利用ANSYS反对称边界条件设置，求解半个实体结构，将所得结果按180度CYCLIC循环对称定义，注意反对称要求如下因素亦满足反对称条件：材料、约束方程、载荷、外形。

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位移边界条件——实体和单元

1. 位移约束与强制位移

位移约束（displacement constraint）是在节点、或关键点（自由点）上施加某种条件以限制其沿某一自由度方向的运动

强制位移（enforced displacement）是在约束点（节点或关键点）上施加某种条件以促使其沿某一自由度方向运动。

2. 限制刚体位移

问题一：分析中有时会遇到这样一种情况：即外加载荷是整体平衡的，从理论上来说不会引起刚体位移，只会引起结构变形。但在进行静力分析时，如果不施加任何约束却会由于刚度矩阵的奇异无法计算，这是怎么回事？这种情况下约束应该如何施加？

答1：这种情况叫做Pure Neumann boundary value problem。这种情况下所得到的位移都是相对位移加上一个常数，常数即为刚体位移。一个很简单的例子就是一根一维杆两端加大小相等方向相反的力，杆内任意两点之间有相对位移，但每一点的绝对位移却是整个杆的刚体位移加上相对位移。但是固定杆上的一个点，就会使这个常数即刚体位移为零。

对于Pure Neumann boundary value problem，讨论位移或者温度没有意义，有意义的量是位移和温度的导数的函数。 梁，杆，壳单元可以通过固定任意一个节点，如固定刚体，刚体转动。对于体单元或者二维平面单元，固定一个点，会导致应力奇异。应该固定一个面或一条线，这样就不会发生应力奇异了。

答2：这种情况下仍然必须施加约束，但要求这种约束只约束刚体位移，而不能约束任何的结构变形。要想达到这样的目的，我们可以找出模型中的任意三个点（不共线）来约束其刚体位移。如下图所示，这样的约束在载荷自身平衡的情况下只约束结构的刚体位移，而不会约束变形，即不会产生支反力。

这种约束也可以这么描述，找出不共线的三点1、2、3，三点组成一个平面，点1约束三个平动自由度，点2约束垂直于点1/2连线的两个线外平动自由度，点3约束垂直于点1/2/3连线平面的一个面外平动自由度。

问题二：按照问题一解法所做，发现在约束点处出现应力奇异的现象，怎么解决？

检查一下支反力，如果有较大的约束反力，则说明约束点取得不合适，或者看其和是否为零，特别是所有支反力是否会构成非零弯矩。平衡力系中也应该包括弯矩平衡，而这一点往往容

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易出问题。

或者，也可以这样验算一下：六个约束刚体运动的自由度，施加位移约束：依次取其中一个为非零值 (可以取大一点)，其余为零，计算后看是否有应力和约束反力存在，如果有应力和约束反力，则说明该约束自由度取的不合适。如果都没有问题，则毛病肯定出在模型本身或载荷不平衡上。 l 载荷边界条件——实体和单元

面压力命令的比较：SF和SFA

命令1：SF, Nlist, Lab, VALUE, VALUE2，节点

命令2：SFA, AREA, LKEY, Lab, VALUE, VALUE2，几何实体面

这两个命令SF和SFA中，VALUE都等于力F除以面积A；SF命令中，要求节点组必须能形成一个面。

二、

后处理与结果分析

（一）

后处理操作

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路径操作

常见错误1：

***** PATH DATA STATUS *****

USE UNIFORM LINE DIVISIONS

DIRECTION

MAX

MIN

X

0.40400

0.40400

Y

0.88500E-01

0.88500E-01

Z

7.9150

0.75100

TOTAL PATH LENGTH

21.445

上面数据中，路径线两端Z坐标的差值为（7.915-0.715），相应的路径线实际长度也应该是（7.915-0.715）；而数据显示总的路径长度为21.445？这是由于节点选取的时候，没有按顺序从一端依次选到另一端，造成节点路径线往返多次。

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*.out文件

Batch方式下，自动放置到求解文件夹里

GUI方式下，采用命令：/OUTPUT, filename, out，打印到屏幕

（二）

结果分析

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应力奇异（结构奇异和单元/数值奇异）与应力集中（结构和人为）

很经典的问题，也讨论过多次，一直没有得到合理的解释，有兴趣的话，可以开个专栏。 三、

专项讨论与分析

（一）

子结构

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主自由度和载荷向量 (1)与非超单元部分接触的节点，需要处理为主自由度/节点；

(2)超单元部分本身的（非零）约束条件和载荷边界条件，需要处理为载荷向量，或者可以把所有约束条件和载荷条件在GEN部分处理为主自由度，在USE部分添加为边界条件。 注1：在做载荷向量时，在一个/SOLU ~ FINISH里好像只能做一个载荷向量计算；如果有多个载荷向量，就只能用多个/SOLU ~ FINISH，待继续验证。注2：作用在超单元上的载荷，必须重新做自由度缩减，因为形成超单元时不仅要缩减刚度阵和质量阵，还有载荷向量。 Error and Warning：

<1>第一个单元的第九个节点一定是内节点——先导入超单元/子结构模型，在导入非超单元模型

<2>超单元上节点不可以改变节点坐标系

<3>

Super-element does not have a complete degree of freedom set as required by large deflection analysis——子结构/超单元部分只能用于线性小变形分析

<4>

There are no degree of freedom active.

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fds

（二）

实体装配

连接装配：刚性连接——焊接、螺接

柔性连接——铰接

1.

焊接

焊缝类型——点焊、面焊

线/角焊（单/双面），焊缝为等边直角三角形，直边长度等于板厚

考虑焊缝的建模方法有多种，各有一定的优缺点。常用方法是：

1) 采用三维实体单元模拟焊缝几何；

2) 采用变厚度板壳单元模拟焊缝处厚度的变化；缺点：对竖板靠近焊缝部位采用了变厚度，可以反映焊缝材料对竖板的作用；但是，将焊缝材料加到竖板后，横板仍为基本厚度，不能反映焊缝材料对横板的加强作用；如果在横板上也采用变厚度来模拟焊缝材料，则焊缝材料将被重复考虑；

3) 采用梁单元模拟焊缝对壳的加强。

注：粗略简化，即忽略焊缝效应，很容易引发应力奇异，因为引入了结构奇异：直角边、直角尖点；即使考虑细节，适当圆角过渡，也难避免应力/数值奇异；若引入装配连接，也会引入应力集中，人为因素、网格的敏感性。

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螺接——这个专题很大，有兴趣的话，也可开个专题

3.

铰接——MPC184单元的应用，即multibody analysis部分

（三）

非线性分析

1. 几何非线性

2. 材料非线性

橡胶/超弹材料

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Error and Warning：

1) u-p element do not satisfy the volumetric compatibility——

3. 状态非线性——接触/单元

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接触分析 …… 此处隐藏：2729字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……