ANSYS结构静力分析.pdf

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ANSYS静力分析王晓军王晓军航空科学与工程学院固体力学研究所航空科学与工程学院固体力学研究所第二章ANSYS静力分析主要内容结构静力分析简介结构线性静力分析基本步骤建模、施加载荷并求解、计算结果的后处理与分析、结构线性静力分析实例结构非线性静力分析实例静力非线性计算的高级应用屈曲分析的概念、结构线性屈曲分析一般步骤、线性屈曲分析实例、接触分析实例思考题2.1结构静力分析简介静力分析计算在固定载荷作用下结构的响应，它不静力分析计算在固定载荷作用下结构的响应，它不考虑惯性和阻尼影响考虑惯性和阻尼影响，如结构受随时间变化载荷作，如结构受随时间变化载荷作用的情况用的情况静力分析可以计算那些静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷固定不变的惯性载荷对结构对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用等价静力作用的随时间变化载荷（如通常在许多建的随时间变化载荷（如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载）的作用筑规范中所定义的等价静力风载）的作用静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。

和力。

固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构相应随时间的变化非常缓慢。

结构相应随时间的变化非常缓慢。

2.1结构静力分析简介静力分析所施加的载荷类型有外部施加的作用力和压力外部施加的作用力和压力稳态的惯性力稳态的惯性力强迫位移强迫位移温度载荷温度载荷能流能流静力分析既可以是线性的也可以是非线性的非线性静力分析包括：

大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触和超弹性等。

本节主要讨论线性静力分析，对非线性静力分析只作简单介绍2.2结构线性静力分析基本步骤在线性静力分析中，主要有以下几个关键步骤建模施加载荷和边界条件并求解结果的后处理与分析2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.1建模为了建模，用户首先应指定作业名（Jobname）、分析标题（Title）和单位（Unit），然后应用PREP7前处理程序定义单元类型、实常数、材料特性、模型的几何参数。

在线性静力分析中，单元类型同样可以使用线性或者是非线性的单元类型GUI:

MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/DeleteCommand:

ET2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.1建模选择的材料特性可以是线性或者是非线性，可以是各向同性或者各向异性材料，并且可以随温度变化或者与温度无关。

GUI:

MainMenuPreprocessorMaterialProps-Constant-Isotropic/OrthotropicCommand:

MP2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.1建模另外在选择材料特性时，还需要注意以下几点：

材料的基本弹性性能参数必须定义：

如杨氏模量EX、泊松比PRXY如果施加惯性载荷（如重力），必须定义材料的密度DENS创建几何实体模型并划分网格得到有限元模型如果施加温度载荷时，必须定义材料的热膨胀系数ALPX对应力敏感区域应划分较细的有限元网格2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.2施加载荷并求解进入ANSYS求解器（MainMenuSolution）定义分析类型并对求解进行控制分析类型选NewAnalysis（GUI:

SolutionNewAnalysis），进入求解控制对话框（GUI:

SolutionSolnContros）BasicAnalysisOptions:

选择SmallDisplacementStaticSolnOption选项指定采用的求解器实际上，求解控制对话框的绝大多数默认选项对于静力线性分析是合适的，用户只需要作很少的设置。

2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.2施加载荷并求解施加载荷，设定载荷步静力线性分析的载荷可以是DOF约束、集中载荷、分布力、温度、重力和旋转惯性力载荷步可以在求解控制对话框中设置，不设置载荷子步保存数据文件开始求解计算退出求解器Command:

FinishGUI:

MainMenuFinish2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.3计算结果的后处理与分析在结构的静力分析中，其计算结果将被写入结果文件Jobname.RST中，一般结果文件包含了一下数据：

基本数据：

主要是关于节点的位移信息（UX,UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ）导出数据：

包括节点和单元应力、节点和单元应变、单元集中力和节点支反力等2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.3计算结果的后处理与分析后处理包括两个模块：

通用后处理其POST1检查整个模型在指定时间步（或子步）下的计算结果时间历程后处理器POST26用于非线性分析中特定加载历史下的结果跟踪。

无论使用哪个后处理器，程序的数据库都必须包含求解时相同的计算模型，且计算结果文件Jobname.RST必须可用。

2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.3计算结果的后处理与分析在结构线性静力分析中，后处理常用命令如下a.查看结果从数据文件中读取数据GUI:

UtilityMenuFileResumefromCommand:

Resume读取选定的结果数据GUI:

MainMenuGeneralPostprocReadResultsByLoadStepCommand:

SET使用使用SETSET命令可以用载荷步、子步或通过时间来选择数据读命令可以用载荷步、子步或通过时间来选择数据读取，如果数据文件中没有制定时间点上的数据结果，程序会取，如果数据文件中没有制定时间点上的数据结果，程序会通过线性插值计算出该时间点上的结果通过线性插值计算出该时间点上的结果2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.3计算结果的后处理与分析在结构线性静力分析中，后处理常用命令如下b.显示变形结果GUI:

MainMenuGeneralPostprocPlotResultsDeformedShapeCommand:

PLDISPc.列表出力和力矩的信息列出节点的支反力和反力矩GUI:

MainMenuGeneralPostprocListResultsReactionSoluCommand:

PRRSOL2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.3计算结果的后处理与分析在结构线性静力分析中，后处理常用命令如下列出节点单元的支反力和反力矩Command:

PRESOL,F（orM）列出节点力和反力矩的和GUI:

MainMenuGeneralPostprocListResultsEelementSolutionGUI:

MainMenuGeneralPostprocNodalCalcsTotalForceSumCommand:

FSUM2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.3计算结果的后处理与分析在结构线性静力分析中，后处理常用命令如下d.单元的结果处理GUI:

MainMenuGeneralPostprocElementTableDefineTableCommand:

ETABLE对于线性单元体，例如梁单元、杆单元、管单元等可以通过此对于线性单元体，例如梁单元、杆单元、管单元等可以通过此选项获得结果数据，如应力和应变等。

选项获得结果数据，如应力和应变等。

2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.4结构线性静力分析实例1问题描述具有圆孔的矩形板在拉伸状态下的应力分布。

1.0m2.0m的矩形板，厚度为0.03m，中心圆孔直径为0.25m，弹性模量为207GPa，泊松比0.3，端部受拉伸载荷600N。

2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.4结构线性静力分析实例1GUI分析步骤a.建立几何模型1）定义任务标题：

UtilityMenuFileChangeTitle，输入“TensileLoadingofaRectangularPlatewithaHole”，单击OK。

Command:

/TITLE,TensileLoadingofaRectangularPlatewithaHole2）定义单元类型：

MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delet，出现ElementTypes列表框。

单击Add出现单元类型库对话框，左侧列表中选择StructuralShell，右侧列表中选择Elastic4node63，单击OK确定。

Command:

ET,1,SOLID452.2结构线性静力分析基本步骤2.2.4结构线性静力分析实例1GUI分析步骤a.建立几何模型3）定义材料特性：

MainMenuPreprocessorMaterialPropsMaterialModes。

在DefineMaterialModelBehavior窗口中，双击StructuralLinearElasticIsotropic。

在出现的对话框中，EX输入207E9，PRXY输入0.3，单击OK，MaterialModelNumber1出现在MaterialModelsDefined窗口左侧列表中，选择菜单MaterialExit退出Command:

MPDATA,EX,1,207e9MPDATA,PRXY,1,0.32.2结构线性静力分析基本步骤2.2.4结构线性静力分析实例1GUI分析步骤a.建立几何模型4）建立几何模型：

MainMenuPreprocessorModelingCreateVolumesBlockByDimensions，出现CreateBlockbyDimensions对话框，X1，X2X-coordinates分别填入-1,1，Y1，Y2Y-coordinates分别填入-0.5,0.5，Z1，Z2Z-coordinates分别填入-0.015,0.015，单击OK确定。

然后MainMenuPreprocessorModelingCreateVolumesCylinderByDimensions，弹出CreateCylinderbyDimensions对话框，RAD1输入0.1，Z1,Z2,输入-0.1,0.1，THETA1输入0，THETA2输入360，单击OK退出。

2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.4结构线性静力分析实例1GUI分析步骤a.建立几何模型4）建立几何模型：

矩形板中心出现一个圆柱体。

MainMenuPreprocessorModelingOperateBooleansSubtractVolume，出现SubtractVolumes选择框，先选择矩形板单击OK，点击subtractvolume中的apply，然后选择圆柱体选择next，选择的模型颜色会发生变化，被切除部分为红色，单击OK，单击SubtractVolumes中的OK。

最后得到的模型就是中心带有孔的矩形板，如图2.1所示。

Command:

BLOCK,-1,1,-0.5,0.5,-0.015,0.015CYLIND,0.1,-0.1,0.1,0,360,VSBV,1,22.2结构线性静力分析基本步骤2.2.4结构线性静力分析实例1GUI分析步骤a.建立几何模型图图2.12.1中心带孔的矩形板模型中心带孔的矩形板模型2.2结构线性静力分析基本步骤2.2.4结构线性静力分析实例1GUI分析步骤b.模型剖分5）模型剖分：

为了对应力集中区域进行较准确的捕捉，划分有限元网格之前，通