制定分析方案(附录B).ppt

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ANANANANSYS制订分析方案制订分析方案ANANANANSYS通常考虑的分析因素通常考虑的分析因素X分析领域分析领域X分析目标分析目标X线性线性/非线性问题非线性问题X静力静力/动力问题动力问题X分析细节的考虑分析细节的考虑X几何模型对称性几何模型对称性X奇异奇异X单元类型单元类型X网格密度网格密度X单位制单位制X材料特性材料特性X载荷载荷X求解器求解器制订分析方案是很重要的。

一般考虑下列问题：

制订分析方案是很重要的。

一般考虑下列问题：

ANANANANSYS通常考虑的分析因素（续）通常考虑的分析因素（续）制制订订得得分分析析方方案案好好坏坏直直接接影影响响分分析析的的精精度度和和成成本本（人人耗耗工工时时，计计算算机机资资源源等等），但但通通常常情情况况下下精精度度和和成成本本是是相相互互冲冲突突，特特别别是是分分析析较较大大规规模模和和具具有有切切割割边边界界的的模模型型时时更更为为明明显显。

一一个个糟糟糕糕的的分分析析方方案案可可能能导导致致分分析析资资源源紧紧张张和和分分析析方方式受得限制。

式受得限制。

ANANANANSYS确定合适的分析学科领域确定合适的分析学科领域Q实体运动，承受压力，或实体实体运动，承受压力，或实体间存在接触间存在接触结构结构热热磁磁流体流体电电耦合场耦合场准则准则Q施加热、高温或存在温度变化施加热、高温或存在温度变化Q恒定的磁场或磁场恒定的磁场或磁场Q电流（直流或交流）电流（直流或交流）Q气（液）体的运动，或受限制气（液）体的运动，或受限制的气体的气体/液体液体Q以上各种情况的耦合以上各种情况的耦合ANANANANSYS分析目的分析目的分分析析目目的的直直接接决决定定分分析析近近似似模模型型的的确确定定。

分分析析目目的的，就就是是这这样样一一个个问问题题的的答答案案：

“利利用用FEAFEA我我想想研研究究结结构构哪哪些些方方面面的情况？

的情况？

”结构分析结构分析:

要要想想得得到到极极高高精精度度的的应应力力结结果果，必必须须保保证证影影响响精精度度的的任任何何结结构构部部位位有有理理想想的的单单元元网网格格，不不对对几几何何形形状状进进行行细细节节上上的的简简化化。

应应力力收收敛敛应应当当得得到到保保证证，而而任任何位置所作的任何简化都可能引起明显误差。

何位置所作的任何简化都可能引起明显误差。

在在忽忽略略细细节节的的情情况况下下，使使用用相相对对较较粗粗糙糙的的单单元元网网格格计算转角和法向应力。

计算转角和法向应力。

复复杂杂的的模模型型要要求求具具有有较较好好的的均均匀匀单单元元网网格格，并并允允许许忽略细节因素。

忽略细节因素。

准则准则ANANANANSYS分析目的分析目的（续续）模态分析模态分析:

简简单单模模态态振振型型和和频频率率可可以以忽忽略略细细节节因因素素而而使使用用相相对对较较粗糙的单元网格进行分析计算。

粗糙的单元网格进行分析计算。

热分析热分析：

温度分布梯度变化不大时可以忽略细节，划分均匀且温度分布梯度变化不大时可以忽略细节，划分均匀且相对稀疏的单元网格。

相对稀疏的单元网格。

当温度场梯度较大时，在梯度较大的方向划分细密的当温度场梯度较大时，在梯度较大的方向划分细密的单元网格。

梯度越大，单元划分就越细密。

单元网格。

梯度越大，单元划分就越细密。

利用一个能同时模拟两个物理场的模型求解温度和热利用一个能同时模拟两个物理场的模型求解温度和热耗散应力，但热和应力模型都是相对独立的。

耗散应力，但热和应力模型都是相对独立的。

ANANANANSYS线性线性/非线性分析非线性分析“我的物理系统是在线性还是非线性状态下工作？

线性求我的物理系统是在线性还是非线性状态下工作？

线性求解能满足我的需要吗？

如果不能，必须考虑哪种非线性特解能满足我的需要吗？

如果不能，必须考虑哪种非线性特性？

性？

”许多情况和物理现象都要求进行非线性计算。

许多情况和物理现象都要求进行非线性计算。

（a）订书钉t0t0t1t1t2t2t3t3FFuu（b）木制书架b1b1b2b2（c）气动带FFuuFFuANANANANSYS线性线性/非线性分析非线性分析（续续）1.1.几何非线性几何非线性2.2.材料非线性材料非线性33.不断变化的工作状态造成的非线性不断变化的工作状态造成的非线性非线性最大的特性就是非线性最大的特性就是变结构刚度。

变结构刚度。

它由多种原因引它由多种原因引起的，其中主要有以下三个方面的因素：

起的，其中主要有以下三个方面的因素：

ANANANANSYS线性线性/非线性分析非线性分析（续续）.几何非线性几何非线性大变形大变形/大转角大转角当结构位移相对于结构最小尺当结构位移相对于结构最小尺寸显得较大时，该因素不可忽略。

如，钩鱼杆前稍寸显得较大时，该因素不可忽略。

如，钩鱼杆前稍承受较小的横向载荷时，会产生很大的弯曲变形。

承受较小的横向载荷时，会产生很大的弯曲变形。

随着载荷增加，钩鱼杆的变形增大而使弯矩的力臂随着载荷增加，钩鱼杆的变形增大而使弯矩的力臂减小，结构刚度增加。

减小，结构刚度增加。

FFTIPTIPuuTIPTIPAABBAABB准则准则ANANANANSYS线性线性/非线性分析非线性分析（续续）.几何非线性几何非线性（续续）应力刚化应力刚化（也称作也称作几何或微分刚化几何或微分刚化）如果一个如果一个方向的应力明显引起其他方向的刚度时，这个效方向的应力明显引起其他方向的刚度时，这个效应十分重要。

应十分重要。

受拉缆绳或薄膜，或者旋转结构都受拉缆绳或薄膜，或者旋转结构都是典型的例子。

是典型的例子。

ANSYSANSYS只要作简单设置就能将几只要作简单设置就能将几何非线性考虑进来，并建议完全不考虑几何非线何非线性考虑进来，并建议完全不考虑几何非线性时也最好打开应力刚化开关。

性时也最好打开应力刚化开关。

ANANANANSYS线性线性/非线性分析非线性分析（续续）材料非线性材料非线性线弹性线弹性是基于材料的应力和应是基于材料的应力和应变关系是常数关系的假设变关系是常数关系的假设“弹性模量弹性模量”或或“杨氏模量杨氏模量”为为常数。

常数。

应变应变应力应力弹性模量弹性模量（EX）EX）应变应变应力应力屈服点屈服点.材料极限材料极限塑性应变塑性应变非线性材料应力应变关系是非线性材料应力应变关系是非线性的非线性的。

ANANANANSYS线性线性/非线性分析非线性分析（续续）材料非线性材料非线性（续续）实际当中，没有那种材料的应力实际当中，没有那种材料的应力应变关系是完全应变关系是完全遵循线性关系的，线性假设只不过是一种近似处理。

遵循线性关系的，线性假设只不过是一种近似处理。

对于大多数工程材料而言，在外载荷不足使结构破坏对于大多数工程材料而言，在外载荷不足使结构破坏情况下，这种近似是非常好的，能较好地确定设计中情况下，这种近似是非常好的，能较好地确定设计中的许可应力或应力限值。

的许可应力或应力限值。

ANSYSANSYS规定的非线性材料特性：

规定的非线性材料特性：

塑性塑性永久的，不随时间变化的变形永久的，不随时间变化的变形蠕变蠕变永久的，随时间变化的变形永久的，随时间变化的变形非线性弹性非线性弹性粘弹粘弹类似玻璃的材料类似玻璃的材料超弹超弹类似于橡胶的材料类似于橡胶的材料ANANANANSYS线性线性/非线性分析非线性分析（续续）材料非线性材料非线性（续续）一些结构存在局部屈服，即一些结构存在局部屈服，即在一些小的区域内应力超过在一些小的区域内应力超过了屈服极限（了屈服极限（“弹性极限弹性极限”）。

与结构线性假设相反，）。

与结构线性假设相反，充分考虑材料非线性特性并充分考虑材料非线性特性并不会改变远离屈服区域的应不会改变远离屈服区域的应力场，甚至不改变这些区域力场，甚至不改变这些区域内的总应变（弹性和塑性应内的总应变（弹性和塑性应变之和）。

低周疲劳破坏计变之和）。

低周疲劳破坏计算完全不受其影响。

算完全不受其影响。

仅仅在孔周围发生屈曲仅仅在孔周围发生屈曲ANANANANSYS线性线性/非线性分析非线性分析（续续）接触和其它状态改变的非线性接触和其它状态改变的非线性这类非线性特性是随状态变化的，例如，只能承这类非线性特性是随状态变化的，例如，只能承受张力的缆索的松驰与张紧；滚轮与支撑的接触受张力的缆索的松驰与张紧；滚轮与支撑的接触与脱开；冻土的冻结与解冻。

随着它们状态的变与脱开；冻土的冻结与解冻。

随着它们状态的变化，它们的刚度在不同值之间显著变化。

化，它们的刚度在不同值之间显著变化。

ANANANANSYS静力静力/动力分析动力分析静静力力求求解解能能否否满满足足你你的的分分析析要要求求？

如如果果不不能能，应应当当进进行行那那种种动动力力分分析析？

动动力力分分析析的的所所有有载载荷荷都都是是随随时时间间变变化化的的，但但在许多情况下动力影响可以忽略不计。

在许多情况下动力影响可以忽略不计。

一一般般情情况况下下，激激励励频频率率低低于于结结构构最最小小固固有有频频率的率的1/31/3时静力求解就足够了。

时静力求解就足够了。

惯性力是动力问题不同于静力问题的关键之惯性力是动力问题不同于静力问题的关键之处。

处。

准则准则ANANANANSYS高效率建模技术高效率建模技术在建立分析模型之前必须制订好建模方案：

在建立分析模型之前必须制订好建模方案：

必须考虑那些细节问题？

必须考虑那些细节问题？

对称对称/反对称反对称/轴对称？

轴对称？

模型中存在应力奇异？

模型中存在应力奇异？

选用那种类型的单元？

选用那种类型的单元？

线单元线单元壳单元壳单元XXYY平面单元平面单元o平面应力或应变单元平面应力或应变单元o轴对称单元轴对称单元o谐单元谐单元实体单元实体单元专用单元专用单元线性单元线性单元/高阶单元高阶单元/PP单元单元四边形单元四边形单元/三角形单元，块单元三角形单元，块单元/四面体单元四面体单元ANANANANSYS高效率建模技术高效率建模技术-细节处理细节处理对对于于分分析析不不重重要要的的细细节节不不应应当当包包含含在在分分析析模模型型中中。

当当从从CADCAD系系统统传传一一个个模模型型到到ANSYSANSYS程程序序中中时时往往往往可可以以作作大量的简化处理。

大量的简化处理。

带倒角带倒角不带倒角不带倒角准则准则然然而而，诸诸如如倒倒角角或或孔孔等等细细节节可可以以是是最最大大应应力力出出现现的的位位置置，这这些些细细节节对对于于你你的的分分析析目目的是十分重要的。

的是十分重要的。

ANANANANSYS高效率建模技术高效率建模技术-对称性模型对称性模型对称对称当物理系统的形状、材料和载荷具有对称当物理系统的形状、材料和载荷具有对称性时，就可以只对实际结构中具有性时，就可以只对实际结构中具有代表性代表性的部分的部分或截面进行建模分析，再将结果映射到整个模型或截面进行建模分析，再将结果映射到整个模型上，就能获得上，就能获得相同精度的结果相同精度的结果。

物理系统对称分析要求具有以下对称性条件：

物理系统对称分析要求具有以下对称性条件：

几何结构对称几何结构对称材料特性对称材料特性对称具有零位移约束具有零位移约束存在非零位移约束存在非零位移约束定义定义ANANANANSYS高效率建模技术高效率建模技术-对称性模型对称性模型（续续）对称类型对称类型轴对称轴对称即绕某一轴线存在对称即绕某一轴线存在对称性，这类结构如：

电灯泡，直性，这类结构如：

电灯泡，直管，圆锥体，圆盘和圆屋顶。

管，圆锥体，圆盘和圆屋顶。

对称面就是旋转形成结构的横对称面就是旋转形成结构的横截面，它可以在任何位置。

大截面，它可以在任何位置。

大多数轴对称分析求解必须假定多数轴对称分析求解必须假定非零约束（边界），集中力、非零约束（边界），集中力、压力和体截荷均具有轴对称。

压力和体截荷均具有轴对称。

然而，如果截荷不存在轴对称然而，如果截荷不存在轴对称性，并且是线性分析，可以将性，并且是线性分析，可以将截荷分成简谐成分，进行独立截荷分成简谐成分，进行独立求解（然后进行叠加）求解（然后进行叠加）。