搜索【技術篇】ANSYS 基本建模方法及結構穩(wěn)定性分析
2017-04-27 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網
ANSYS與結構分析
ANSYS軟件是融結構、流體、電磁場、聲場和熱場分析于一體的大型通用有限元分析軟件,可廣泛應用于土木、地質、礦業(yè)、材料、機械、水利等工程的分析和研究?？稍诖蠖鄶涤嬎銠C和操作系統(tǒng)(如Windows、UNIX、Linux、HP-UX等)中運行,可與大多數CAD軟件接口。
結構分析用于確定結構的變形、應變、應力及反作用力等,它包括以下幾種類型:
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靜力分析:用于靜態(tài)載荷?？梢钥紤]結構的線性及非線性行為,例如:大變形、大應變、應力剛化、接觸、塑性、超彈及蠕變等。
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屈曲分析:用于計算線性屈曲載荷并確定屈曲模態(tài)形狀。同時可以實現非線性屈曲分析。
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模態(tài)分析:計算線性結構的自振頻率及振形。
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諧響應分析:確定線性結構對隨時間按正弦曲線變化的載荷的響應。
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瞬態(tài)動力學分析:確定結構對隨時間任意變化的載荷的響應. 可以考慮與靜力分析相同的結構非線性行為.
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譜分析:是模態(tài)分析的擴展,用于計算由于隨機振動引起的結構應力和應變(也叫作響應譜或PSD)。
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顯式動力分析:ANSYS/LS-DYNA(顯式動力學分析模塊)可用于計算高度非線性動力學問題和復雜的接觸問題。
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專項分析:斷裂分析, 復合材料分析,疲勞分析。
ANSYS分析過程中三個主要步驟
創(chuàng)建有限元模型
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創(chuàng)建或讀入幾何模型
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定義材料屬性
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劃分單元(節(jié)點及單元)
施加載荷進行求解
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施加載荷及載荷選項
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求解
查看結果
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查看分析結果
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檢驗結果(分析是否正確)
幾何建模
ANSYS軟件幾何建模通常包括兩種方式,自底向上建模和自頂向下建模。
所謂自底向上建模,顧名思義就是又建立模型的最低單元的點到最高單元的體來構造實體模型。即首先定義關鍵點,然后利用這些關鍵點定義較高級的實體圖元,如線,面,體。
ANSYS軟件允許通過匯集線面體等幾何體素的方法構造建模。當生成一種體素時,ANSYS程序會自動生成所有從屬于該體素較低級的土元,這種一開始便由較高級的實體圖元構造模型的方法就是所謂的自頂向下的建模方法。
幾何建模GUI路徑:Main Menu—>Preprocessor—>Modeling—>Create
布爾操作是指幾何圖元進行組合計算. ANSYS的布爾操作包括add, subtract, intersect, divide, glue以及overlap. 它們不僅適用于簡單的體素中的圖元,也適用于從CAD系統(tǒng)傳入的復雜幾何模型。
這個看起來復雜的模型,實際上是一個方塊與一個空心的球進行求交(intersect)布爾操作的結果。
布爾操作GUI路徑:Main Menu—>Preprocessor—>Modeling—>Operate
單元屬性
為了定義單元屬性,首先必須建立一些單元屬性表。典型的包括單元類型(GUI路徑:Main Menu—> Preprocessor—>Element Type—>ADD/EDIT/DELETE),實常數(GUI路徑:Main Menu—> Preprocessor—>Real constants),材料性質(Main Menu—> Preprocessor—>Material Props—>Material option)。
建立單元類型
建立實常數
建立材料性質
網格劃分
1、 定義單元屬性
一旦建立了單元屬性表,通過指向表中合適的條目即可對模型的不同部分分配單元屬性。指針就是參考號碼集,包括材料號(MAT),實常數號(TEAL),單元類型號(TYPE),坐標系號(ESYS)等?？梢灾苯咏o所選的實體模型圖元分配單元屬性。
GUI路徑:Main Menu—> Preprocessor—>Meshing—>Mesh Attributes,根據幾何模型選擇點,線,面或者體進行定義。
定義單元屬性
2、 執(zhí)行網格劃分
ANSYS可以使用網格劃分工具來實現快捷分網(GUI路徑Main Menu—> Preprocessor—>Meshing—>Mesh tool)
這個網格劃分工具包括了以下幾種功能:
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單元屬性控制
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智能網格劃分控制
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尺寸控制
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指定單元形狀
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自由網格劃分或映射網格劃分
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執(zhí)行網格劃分
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清除網格
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局部細劃
選擇好選項后,單擊Mesh,選擇需要分網的幾何模型,單擊OK,便可以得到它的有限元模型。
加載和求解
1、 加載
有限元分析的主要目的是檢查結構或者構件對一定在和條件的響應。英雌,在分析指定合適的載荷條件是關鍵的一步。
ANSYS中的載荷可分為:
自由度DOF-定義節(jié)點的自由度(DOF)值(結構分析_位移、熱分析_溫度、電磁分析_磁勢等)
集中載荷-點載荷(結構分析_力、熱分析_熱導率、電磁分析_ magnetic current segments)
面載荷-作用在表面的分布載荷(結構分析_壓力、熱分析_熱對流、電磁分析_magnetic Maxwell surfaces等)
體積載荷-作用在體積或場域內(熱分析_體積膨脹、內生成熱、電磁分析_magnetic current density等)
慣性載荷-結構質量或慣性引起的載荷(重力、角速度等)
在ANSYS軟件中,載荷可以加在實體模型上同時也可以加在有限元模型上。
無論采取何種加載方式,ANSYS求解前都將載荷轉化到有限元模型.因此,加載到實體的載荷將自動轉化到其所屬的節(jié)點或單元上。
載荷施加GUI路徑:Main Menu—> Preprocessor—>Loads—>Apply—>Structural
2、 求解
在求解前,應該進行分析數據檢查,確認無誤后保存數據,并且觀看求解信息。
求解GUI路徑:Main Menu—>Solution—>Solve—>Current LS
之后保存文件,在General Postprocessor中觀看計算結果
GUI路徑:Main Menu—>General Postprocessor—> Plot Results
ANSYS結構穩(wěn)定性
ANSYS軟件通過屈曲分析來計算結構的臨界載荷,屈曲分析是一種用于確定結構的屈曲載荷和屈曲模態(tài)的技術。通常使用特征值屈曲分析,該方法用于預測理想彈性結構的理論屈曲強度。
屈曲分析首先要獲得結構的靜力解,通常只需要施加一個單位載荷即可,不過ANSYS允許的最大特征值是1000000,弱求解釋特征值超過了這個限度,則需施加一個較大的載荷。當施加載荷時,求解得到的特征值就表示臨界載荷,當時加非單位載荷時,求解得到的特征值乘以施加的載荷就得到臨界載荷。
(1)進入求解器 Main menu—>Solution
(2)指定分析類型 Main menu—>Solution—>Analysis Type—>New Analysis
(3)指定分析選項 Main menu—>Solution—>Analysis Type—>Sol’n controls, 選擇Calculate prestresseffects并確定。
(4)求解Main Menu—>Solution—>Solve—>Current LS
(5)退出求解器Main Menu—>Finish
得到結構的靜力解后需要獲得特征值屈曲解。
(1)進入求解器 Main menu—>Solution
(2)指定分析類型 Main menu—>Solution—>Analysis Type—>New Analysis
(3)指定分析選項 Main menu—>Solution—>Analysis Type—>Analysis Options
(4)求解 Main Menu—>Solution—>Solve—>Current LS
(5)結束 Main Menu—>Finish
擴展解:
(1)重新進入求解器 Main menu—>Solution
(2)指定擴展求解 Main menu—>Solution—>Analysis Type—>Expansion Pass
(3)指定擴展求解選項 Main menu—>Solution—>Load Step Opts—>Expansion pass—>Single Modes—>Expand Modes
(4) 求解 Main Menu—>Solution—>Solve—>Current LS
(5)離開求解器 Main Menu—>Finish
屈曲擴展結果被寫入結構結果文件,它們包括屈曲載荷因子,屈曲模態(tài)形狀和相對應力分布,可在通用后處理器中觀察這些結果。
(1)列出屈曲載荷因子
GUI路徑 Main Menu—>General Postproc—>Results Summary
(2)讀取指定的模態(tài)來顯示屈曲模態(tài)形狀。每一只能夠屈曲模態(tài)都存儲在獨立的結果步里。
GUI路徑 Main Menu—>General Postproc—>Read Results—>By load Step
(3)顯示屈曲模態(tài)形狀
GUI路徑 Main Menu—>General Postproc—>Plot Results—>Deformed Shape
(4)顯示相對應力分布云圖
GUI路徑 Main Menu—>General Postproc—>Plot Results—>Contour Plot—>Nodal Solution。
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