3种动载荷加载方法.docx
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3种动载荷加载方法
[本例提示]本例将学习ANSYS中载荷步控制方法以及施加动态载荷的三种加载方法：
多载荷步法、表载荷法和函数载荷法。
之阿布丰王创作
1.问题描述
一个下端固定的圆柱顶面上承受如图3—1所示的动态压力载荷，试确定其顶面位移响应。
已知圆柱长度为0.15m，直径为0.03m，资料的弹性模量为2.06×105MPa，泊松比为0.3，密度为7800kg/m3。
0.5
p/MPa
t/s
22.5
10
1.0
1.5
图3-3动态载荷示意图
2.多载荷步法
多载荷步法求解思路为：
首先，为每一个载荷步施加载荷并设置载荷步参数。
然后，将每个载荷步写入载荷步文件，最后一次性求解所有载荷步。
对于本问题：
定义载荷步1：
–在要求的部位上添加约束；
–在要求的节点上施加载荷0；
–规定施加此力的终止时间（1e-6），指出时间步长0.05和变更方式为Ramp方式；
–规定输出控制，
–将此载荷步写入载荷步文件1中。
定义载荷步2：
–在要求的节点上施加载荷22.5；
–规定施加此力的终止时间（0.5），指出时间步长0.05和变更方式为Ramp方式；
–规定输出控制，
–将此载荷步写入载荷步文件2中。
定义载荷步3：
–改变载荷值为10.0；
–规定终止时间（1.0）。
其他设置同前；
–将此载荷步写入载荷步文件3中。
定义载荷步4：
–删除力或将其值设置为零；
–规定终止时间（1.5），变更方式为Stepped方式；其他设置同前。
–将此载荷步写入载荷步文件4中
•前处理
[步骤1]画模型
（1）绘制立方块：
选择菜单MainMenu:
Preprocessor→Modeling→Create→Volume→Cylinder→SolidCylinder，输入底面圆心坐标（0,0）、半径0.03/2、高度0.15/2，单击OK按钮。
（2）保管几何模型：
选择菜单UtilityMenu：
File→SaveAs，在存储数据库对话框中的SaveDatabaseto中输入数据库名：
Geometry.db。
[步骤2]设属性
（1）定义单元类型：
选择菜单MainMenu:
Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete，在单元类型对话框中单击Add按钮，在弹出的单元库对话框中选择Solid和Brike8node185（即选Solide185单元），单击OK按钮，再单击Close按钮。
（2）定义资料属性：
选择菜单MainMenu:
Preprocessor→MaterialProps→MaterialModel→在弹出的资料属性窗口中依次双击Structural,Linear,Elastic和Isotropic，在弹出的对话框中设置EX（弹性模量）为2.06e+11；PRXY（泊松比）为0.3，单击OK按钮。
在MaterialModelsAvailable列表框中单击路径：
Structural→Density，在密度DENS一栏中输入7800，单击OK按钮。
退出资料定义窗口。
[步骤3]分网格
（1）定义单元尺寸：
选择菜单MainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool，单击MeshTool对话框Global项中的Set按钮，在单元尺寸对话框中，设置Size=5（单元长度为5），单击OK按钮。
（2）分格：
选择菜单MainMenu:
Preprocessor→Meshing→MeshTool，选中Mesh栏中的Sweep单选钮，单击MeshTool对话框中的Mesh按钮，在绘图区单击选中圆柱，单击左侧的拾取对话框中的OK按钮。
[步骤4]保管网格模型：
选择菜单UtilityMenu：
File→SaveAs，在存储数据库对话框中的SaveDatabaseto中输入数据库名：
Mesh.db。
2．求解
[步骤1]指定分析类型：
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→NewAnalysis，选Transient单选钮，选中Full（完全法）单选钮，单击OK按钮。
[步骤2]对第一个载荷步施加载荷
a）添加约束：
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Displacement→OnArea，在图形区中单击圆柱底面，单击左侧的拾取对话框中的Apply按钮，在施加约束对话框中选择All，单击OK按钮。
b）添加载荷：
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设VALUE=0，单击OK按钮。
c）设置载荷步：
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl，如图2-16所示，在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置：
Timeatendofloadstep（结束时间）为1e-6，Numberofsubstep（子载荷步数）为5，Frequency为writeEverysubstep（存储所有计算结果），在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Rampedloading单选钮，单击OK按钮。
d）写载荷步文件1：
选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。
在Loadstepfilenumbern处输入1，单击OK按钮。
图3-3求解控制对话框
[步骤3]对第二个载荷步施加载荷
a）添加载荷：
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设VALUE=22.5，单击OK按钮。
b）设置载荷步：
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl，在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置：
Timeatendofloadstep（结束时间）为0.5，Numberofsubstep（子载荷步数）为5，Frequency为writeEverysubstep（存储所有计算结果），单击OK按钮。
c）写载荷步文件2：
选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。
在Loadstepfilenumbern处输入2，单击OK按钮。
[步骤4]对第三个载荷步施加载荷
a）添加载荷：
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设VALUE=10，单击OK按钮。
b）设置载荷步：
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl，在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置：
Timeatendofloadstep（结束时间）为1.0，Numberofsubstep（子载荷步数）为5，Frequency为writeEverysubstep（存储所有计算结果），单击OK按钮。
c）写载荷步文件3：
选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。
在Loadstepfilenumbern处输入3，单击OK按钮。
[步骤5]对第四个载荷步施加载荷
a）添加载荷：
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设VALUE=0，单击OK按钮。
b）设置载荷步：
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl，在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置：
Timeatendofloadstep（结束时间）为1.5，Numberofsubstep（子载荷步数）为5，Frequency为writeEverysubstep（存储所有计算结果），在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Steppedloading单选钮，单击OK按钮。
c）写载荷步文件4：
选取菜单途径选择菜单Mainmenu→Solution→LoadStepOpts→WriteLSFile，弹出WriteLoadStepFile对话框。
在Loadstepfilenumbern处输入4，单击OK按钮。
[步骤6]求解：
选择菜单MainMenu→Solution→Solve→FromLSFile，弹出SolveLoadStepFiles对话框。
在StartingLSfilenumber处输入1；在EndingLSfilenumber处输入4。
单击OK按钮。
当求解完成时会出现一个Solutionisdone的提示对话框。
单击close。
3.结果处理
POST26观察节点146的位移时间历程结果
[步骤1]定义结果变量：
选择菜单MainMenu:
TimeHistPostpro，单击
按钮，单击NodalSolution→DOFSolution→Z-compnentofdisplacement，设ValuName为Xiangying，单击OK按钮，在图形区单击顶面上的节点，单击拾取对话框中OK按钮。
[步骤2]绘制位移响应曲线：
选择菜单MainMenu:
TimeHistPostpro，选中前面定义的Xiangying变量，单击
按钮，绘制位移响应曲线，见图3-9（a）。
图3-17位移响应曲线
Finish
/Clear
/PREP7
CYL4,,,0.03/2,,,,0.15
ET,1,SOLID185
MP,EX,1,2.06e11
MP,PRXY,1,0.3
MP,DENS,1,7800
ESIZE,0,5,
VSWEEP,All
FINISH
/SOL
ANTYPE,4
TRNOPT,FULL
NSUBST,5,0,0
OUTRES,ERASE
OUTRES,ALL,ALL
KBC,0
TIME,1e-6
DA,1,ALL,
SFA,2,1,PRES,0
LSWRITE,1,
TIME,0.5
SFA,2,1,PRES,22.5
LSWRITE,2,
TIME,1.0
SFA,2,1,PRES,10
LSWRITE,3,
TIME,1.5
KBC,1
SFA,2,1,PRES,0
LSWRITE,4,
LSSOLVE,1,4,1,
FINISH
/POST26
FILE,'file','rst','.'
NSOL,2,96,U,Z,UZ_2
PLVAR,2,
3.表格载荷法
表格载荷法的求解思路为：
首先，将载荷-时间历程用表格暗示。
然后，用数组参数定义载荷随时间变更的表。
最后，施加表载荷，作为一个载荷步一次性求解。
表格载荷法的加载过程：
定义表格参数表→施加已有表载荷→表格载荷步控制。
对于本问题的载荷表为：
表3-1载荷-时间历程表
序号
时间/s
载荷
1
0
0
2
0.5
22.5
3
1.0
10
4
1.000001
0
5
1.5
0
•前处理
重复多载荷步求解中的相应步调或打其保管的网格模型数据库Mesh.db。
•求解
[步骤1]指定分析类型：
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→NewAnalysis，选Transient单选钮，选中Full（完全法）单选钮，单击OK按钮。
[步骤2]添加约束：
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Displacement→OnArea，在图形区中单击圆柱底面，单击左侧的拾取对话框中的Apply按钮，在施加约束对话框中选择All，单击OK按钮。
[步骤3]定义表格载荷
a）定义表格：
选择菜单UtilityMenu:
Parameter→ArrayParameter→Define/Edit，在数组定义对话框中单击Add按钮，在新数组对话框中设ParameterName为Tableload，ParameterType为Table，设I,J,K为（5,1,1），Var1为Time，单击OK按钮完成表定义。
b）填充表格：
选择菜单UtilityMenu:
Parameter→ArrayParameter→Define/Edit，在数组定义对话框中选中前面定义的表格Tableload，单击Edit按钮，在表填充对话框中输入时间_载荷历程表，如图所示，单击菜单File→Apply/Quit，单击OK按钮完成表填充。
[步骤4]施加表载荷：
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设[SFA]下拉式列表框为ExistingTable，在弹出的表载荷选择对话框中选中TableLoad表载荷，单击OK按钮。
[步骤5]设置载荷步：
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl，如图2-16所示，在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置：
Timeatendofloadstep（结束时间）为1.5，Numberofsubstep（子载荷步数）为50，Frequency为writeEverysubstep（存储所有计算结果），在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Rampedloading单选钮，单击OK按钮。
图3-3求解控制对话框
[步骤6]求解：
选择菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS，单击OK按钮。
当求解完成时会出现一个Solutionisdone的提示对话框。
单击close。
●结果处理
重复多载荷步求解中的相应步调，POST26观察顶面位移时间历程结果。
Finish
/Clear
/PREP7
CYL4,,,0.03/2,,,,0.15
ET,1,SOLID185
MP,EX,1,2.06e11
MP,PRXY,1,0.3
MP,DENS,1,7800
ESIZE,0,5,
VSWEEP,All
FINISH
*DIM,Tab_Load,TABLE,5,1,1,Time,,
!
*
*SET,TAB_LOAD（1,0,1）,0
*SET,TAB_LOAD（2,0,1）,0.5
*SET,TAB_LOAD（2,1,1）,22.5
*SET,TAB_LOAD（3,0,1）,1
*SET,TAB_LOAD（3,1,1）,10
*SET,TAB_LOAD（4,0,1）,1.001
*SET,TAB_LOAD（5,0,1）,1.5
/SOLU
ANTYPE,4
TRNOPT,FULL
LUMPM,0
!
*
NSUBST,50,0,0
OUTRES,ERASE
OUTRES,ALL,ALL
TIME,1.5
DA,1,ALL,
SFA,2,1,PRES,%TAB_LOAD%
SOLVE
FINISH
/POST26
FILE,'file','rst','.'
NSOL,2,51,U,Z,UZ_2
PLVAR,2,
3.函数载荷法
函数载荷法的求解思路为：
首先，将载荷-时间历程用函数工具暗示。
然后，将载荷-时间函数转换为表格载荷。
最后，施加已有表载荷，作为一个载荷步一次性求解。
函数载荷法的加载过程：
定义函数关系式→转换为表格载荷→施加已有表载荷→表格载荷步控制。
图所示的载荷-时间历程函数为：
（）
3.前处理
重复多载荷步求解中的相应步调或打其保管的网格模型数据库Mesh.db。
•求解
[步骤1]指定分析类型：
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→NewAnalysis，选Transient单选钮，选中Full（完全法）单选钮，单击OK按钮。
[步骤2]添加约束：
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Displacement→OnArea，在图形区中单击圆柱底面，单击左侧的拾取对话框中的Apply按钮，在施加约束对话框中选择All，单击OK按钮。
[步骤3]定义函数载荷
a）定义函数载荷：
选择菜单UtilityMenu:
Parameter→Function→Define/Edit，在函数编辑窗口的Function卡中选中Multivaluedfunctionbasedonregimevariable（分段函数）单选钮，在下拉式列表框中选择为TIME。
在regime1卡片中，设自变量范围为[0,0.5]，Result=45*{TIME}（{TIME}不克不及输入，列表框中选择TIME）。
重复上述步调，在regime2卡片中，设自变量范围为[0.5,1.0]，Result=-25*{TIME}+35。
在regime3卡片中，设自变量范围为[1.0,1.5]，Result=0。
在函数编辑窗口中单击菜单File→Save，在文件保管对话框中设文件名为Load，单击OK按钮，在函数编辑窗口中单击菜单File→Close，完成载荷函数定义。
b）转换为表格载荷：
选择菜单UtilityMenu:
Parameter→Function→ReadfromFile，选中前一步保管的函数Load.fun，在函数载荷对话框的Tableparametername（表格载荷名称）中输入Fun_load，单击OK按钮，将载荷函数转化为表格载荷。
c）施加表载荷：
选择菜单MainMenu:
Solution→DefineLoads→Apply→Structure→Pressure→OnArea，在图形区中单击圆柱顶面，单击OK按钮。
在施加载荷对话框中设[SFA]下拉式列表框为ExistingTable，在弹出的表载荷选择对话框中选中TableLoad表载荷，单击OK按钮。
[步骤4]设置载荷步：
选择菜单MainMenu:
Solution→AnalysisType→Sol’sControl，如图2-16所示，在求解控制对话框的Basic卡中完成以下设置：
Timeatendofloadstep（结束时间）为1.5，Numberofsubstep（子载荷步数）为50，Frequency为writeEverysubstep（存储所有计算结果），在求解控制对话框的Transient卡中设置选中Rampedloading单选钮，单击OK按钮。
图3-3求解控制对话框
[步骤5]求解：
选择菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS，单击OK按钮。
当求解完成时会出现一个Solutionisdone的提示对话框。
单击close。
●结果处理
重复多载荷步求解中的相应步调，POST26观察顶面位移时间历程结果。
Finish
/Clear
/PREP7
CYL4,,,0.03/2,,,,0.15
ET,1,SOLID185
MP,EX,1,2.06e11
MP,PRXY,1,0.3
MP,DENS,1,7800
ESIZE,0,5,
VSWEEP,All
FINISH
!
定义函数
*DEL,_FNCNAME
*DEL,_FNCMTID
*DEL,_FNCCSYS
*SET,_FNCNAME,'Fun_Load'
*SET,_FNCCSYS,0
!
/INPUT,Load.func,,,1
*DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,5,4,,,,%_FNCCSYS%
!
Beginofequation:
{TIME}
*SET,%_FNCNAME%（0,0,1）,0.0,-999
*SET,%_FNCNAME%（2,0,1）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（3,0,1）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（4,0,1）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（5,0,1）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（6,0,1）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（0,1,1）,1.0,99,0,1,1,0,0
*SET,%_FNCNAME%（0,2,1）,0
*SET,%_FNCNAME%（0,3,1）,0
*SET,%_FNCNAME%（0,4,1）,0
*SET,%_FNCNAME%（0,5,1）,0
!
Endofequation:
{TIME}
!
Beginofequation:
45*{TIME}
*SET,%_FNCNAME%（0,0,2）,0.5,-999
*SET,%_FNCNAME%（2,0,2）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（3,0,2）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（4,0,2）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（5,0,2）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（6,0,2）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（0,1,2）,1.0,-1,0,45,0,0,1
*SET,%_FNCNAME%（0,2,2）,0.0,-2,0,1,-1,3,1
*SET,%_FNCNAME%（0,3,2）,0,99,0,1,-2,0,0
*SET,%_FNCNAME%（0,4,2）,0
*SET,%_FNCNAME%（0,5,2）,0
!
Endofequation:
45*{TIME}
!
Beginofequation:
-25*{TIME}+35
*SET,%_FNCNAME%（0,0,3）,1.0,-999
*SET,%_FNCNAME%（2,0,3）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（3,0,3）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（4,0,3）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（5,0,3）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（6,0,3）,0.0
*SET,%_FNCNAME%（0,1,3）,1.0,-1,0,-
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