ANSYS高级分析之-准备工作

第5章

准备工作

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概述

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INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 1

在开始ANSYS分析之前，您需要作一些决定，诸如分析类型及 所要创建模型的类型。 在这一章，我们将讨论这一过程的决策。目的是在您彻底进入 分析之前给您一个理想的总体规划。 标题如下：– A. 哪一种分析类型？

– B. 模拟什么？– C. 采用哪一种单元类型？

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A. 哪种分析类型？ 分析类型通常遵循以下原则：结构分析实体的运动、压力、接触

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热分析电磁场分析 流体分析： 耦合场：

热、高温及温度变化。装置承受电流(交流或直流)、电磁波、电压或电荷激励 气体或液体的运动，或包容的气体/流体 上述分析的任意组合

在这里，我们将集中讨论结构分析。

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A. 哪种分析类型？ 当您选择了结构分析，接下来的问题是：– 静力还是动力分析？ – 线性还是非线性分析？

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要回答这些问题，先要知道物体承受什么样的激励(载荷),因 为下述三种类型的力决定了它的响应– 静力(刚度) – 惯性力(质量)

– 阻尼力

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A. 哪种分析类型？静力与动力分析的区别 静力分析假定只有刚度力是重要的。 动力分析考虑所有三种类型的力。 例如：考虑跳水板的分析– 如果潜水者静止地站在跳水板上，做一个静力分析已经 足够了。 – 但是如果潜水者在跳水板上下跳动，必须进行动力分析

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A. 哪种分析类型？

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如果施加的荷载随时间快速变化，则惯性力和阻尼力通常是重要的 因此可以通过载荷是否是时间相关来选择是静力还是动力分析– 如果在相对较长的时间内载荷是一个常数，请选择静态分析。– 否则，选择动态分析

总之，如果激励频率小于结构最低阶固有频率的1/3,则可以进行 静力分析。

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A. 哪种分析类型？线性与非线性分析的区别

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线性分析假设忽略荷载对结构刚度变化的影响。典型的特征是：– 小变形 – 弹性范围内的应变和应力

– 没有诸如两物体接触或分离时的刚度突变。

应力弹性模量 (EX)

应变

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A. 哪种分析类型？

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如果加载引起结构刚度的显著变化，必须进行非线性分析。引起结 构刚度显著变化的典型因素有：– 应变超过弹性范围(塑性) – 大变形，例如承载的鱼竿 – 两体之间的接触

应力

应变

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B. 模拟什么? 在建立一个分析模型之前，必须进行许多建模的决策：– 应该考虑多少细节？ – 是否应用对称性？

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– 模型中是否有应力奇异点？

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... 模拟什么?细节

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在分析模型中不应该包括对分析无足轻重的细节。从CAD系统读取 模型到ANSYS之前，可以抑制这些细节。 但是，对一些结构的“细节”可能很重要，如倒角或孔洞处，将会 出现最大应力。是否保留这些细节取决于你的分析目标。

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... 模拟什么?对称性

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许多结构在形状上是对称的，这就允许只取其中有代表性的部分或 截面去建立模型。 应用对称模型的主要优点是：– 通常更易于建立模型 – 允许你创建一个更好更细的模型，以便获得比全模型可能更好的结果

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... 模拟什么? 要利用对称性，下列因素必须对称：– 几何形状

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– 材料属性– 荷载工况

几种不同类型的对称：– 轴对称 – 旋转对称 – 平面或镜面对称 – 重复或平移对称

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... 模拟什么?轴对称

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沿一中心轴存在对称性，这类结构有：电灯泡，直管，圆锥体，圆盘和圆 屋顶。 对称面就是旋转形成结构的横截面，它可以在任何位置。因此你可以用一 个二维“薄片”(旋转360°)代表一个真实的模型形状。 在多数情况下载荷被假定为轴对称。然 而，如果荷载不存在轴对称性，并且是 线性分析，可以将荷载分解为简谐分量 进行独立求解，然后进行叠加。

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... 模拟什么?旋转对称

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结构由绕轴分布的几个重复部分组成，诸如涡轮转子。 只须对结构的一个部分建立模型。 载荷也被假定为沿轴是对称的。

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... 模拟什么?平面或反射对称 结构的一半与另一半成镜面映射关系，镜面称为对称平面 加载可以是关于对称面对称或反对称

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该模型表明反 射及旋转对称

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... 模拟什么?重复或平移对称

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重复部分沿一直线排列，带有均匀分布冷却节的长管等结构 载荷也被假定为沿模型长度方向“重复“。

该模型同时表明重复及反射对称

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... 模拟什么?

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在某些情况下，仅仅是那些较次要的结构细节破坏了结构对称性。 有时这些细节可以忽略(或认为它们是对称的),进而利用对称性 的优点建立更小的分析模型。这样，计算结果的精度损失可能是难 于估计的。

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... 模拟什么?应力奇异

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应力奇异是指在有限元模型中那些应力值无限大的点处。例如：– 点荷载，如集中力或力矩作用处– 孤立的约束点导致支反力如同点荷载。 – 尖角(零倒角半径)处

在应力奇异点处网格越细化，应力值也随之增加且不收敛P s = P/A As A 0, s

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... 模拟什么? 真实结构不包含应力奇异。是对模型的简化假定虚构的 如何处理应力奇异?

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– 如果离感兴趣区域较远，可以在查看结果时通过不激活受影响的区域 忽略它的影响 – 如果位于感兴趣区域，需要如下纠正: 在尖角处增加倒角重新进行分析 代替点力载荷为等效压力载荷 “散布” 位移约束至一个节点集

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