ANSYS载荷施加

ansys载荷施加

(2011-06-11 20:25:54) 转载

标签： 杂谈

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分类： ansys12.0学习教程

题目：加载 2.1 载荷概述

有限元分析的主要目的是检查结构或构件对一定载荷条件的响应。因此，在分析中指定合适的载荷条件是关键的一步。在ANSYS程序中，可以用各种方式对模型加载，而且借助于载荷步选项，可以控制在求解中载荷如何使用。 2.2 什么是载荷

在ANSYS术语中，载荷（loads）包括边界条件和外部或内部作用力函数，如图2-1所示。不同学科中的载荷实例为：

结构分析：位移，力，压力，温度（热应变），重力 热分析：温度，热流速率，对流，内部热生成，无限表面 磁场分析：磁势，磁通量，磁场段，源流密度，无限表面 电场分析：电势（电压），电流，电荷，电荷密度，无限表面 流体分析：速度，压力

图2-1 “载荷”包括边界条件以及其它类型的载荷

载荷分为六类：DOF约束，力（集中载荷），表面载荷，体积载荷、惯性力及耦合场载荷。 2DOF constraint（DOF约束）将用一已知值给定某个自由度。例如，在结构分析中约束被指定为位移和对称边界条件；在热力分析中指定为温度和热通量平行的边界条件。 2Force（力）为施加于模型节点的集中载荷。例如，在结构分析中被指定为力和力矩；在热力分析中为热流速率；在磁场分析中为电流段。

2Surface load（表面载荷）为施加于某个表面上的分布载荷。例如，在结构分析中为压力；在热力分析中为对流和热通量。

2Body load（体积载荷）为体积的或场载荷。例如，在结构分析中为温度和fluences；在热力分析中为热生成速率；在磁场分析中为流密度。

2Inertia loads（惯性载荷）由物体惯性引起的载荷，如重力加速度，角速度和角加速度。主要在结构分析中使用。

2Coupled-field loads（耦合场载荷）为以上载荷的一种特殊情况，从一种分析得到的结果用作为另一分析的载荷。例如，可施加磁场分析中计算出的磁力作为结构分析中的力载荷。 其它与载荷有关的术语的定义在下文中出现。

2.3载荷步、子步和平衡迭代

载荷步仅仅是为了获得解答的载荷配置。在线性静态或稳态分析中，可以使用不同的载荷步施加不同的载荷组合－在第一个载荷步中施加风载荷，在第二个载荷步中施加重力载荷，在第三个载荷步中施加风和重力载荷以及一个不同的支承条件，等等。在瞬态分析中，多个载

荷步加到载荷历程曲线的不同区段。

ANSYS程序将把在第一个载荷步选择的单元组用于随后的所有载荷步，而不论你为随后的载荷步指定哪个单元组。要选择一个单元组，可使用下列两种方法之一。 Command(s)（命令）： ESEL GUI:

Utility Menu>Select>Entities

图2-2显示了一个需要三个载荷步的载荷历程曲线－第一个载荷步用于（ramped load）线性载荷，第二个载荷步用于载荷的不变部分，第三个载荷步用于卸载。

图2-2 使用多个载荷步表示瞬态载荷历程。

子步为执行求解的载荷步中的点。使用子步，有如下原因。

2在非线性静态或稳态分析中，使用子步逐渐施加载荷以便能获得精确解。

2在线性或非线性瞬态分析中，使用子步满足瞬态时间累积法则（为获得精确解通常规定一个最小累积时间步长）。 2在谐波响应分析中，使用子步获得谐波频率范围内多个频率处的解。

平衡迭代是在给定子步下为了收敛而计算的附加解。仅用于收敛起着很重要的作用的非线性分析（静态或瞬态）中的迭代修正。

例如，对二维非线性静态磁场分析,为获得精确解,通常使用两个载荷步。（如图2-3所示） 2第一个载荷步，将载荷逐渐加到5至10个子步以上，每个子步仅用一次平衡迭代。 2第二个载荷步，得到最终收敛解，且仅有一个使用15-25次平衡迭代的子步。

图2-3 载荷步，子步和平衡迭代

2.4跟踪中时间的作用

在所有静态和瞬态分析中，ANSYS使用时间作为跟踪参数，而不论分析是否依赖于时间。其好处是：在所有情况下可以使用一个不变的“计数器”或“跟踪器”，不需要依赖于分析的术语。此外，时间总是单调增加的，且自然界中大多数事情的发生都经历一段时间，而不论该时间多么短暂。

显然，在瞬态分析或与速率有关的静态分析（蠕变或粘塑性）中，时间代表实际的、按年月顺序的时间，用秒、分钟或小时表示。在指定载荷历程曲线的同时（使用TIME命令），在每个载荷步结束点赋时间值。使用下列方法之一赋时间值： Command(s)（命令）： TIME GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Time/Frequenc>Time and Substps or Time - Time Step Main Menu>Solution>Sol\

Main Menu>Solution>Time/Frequenc>Time and Substps or Time - Time Step

Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Time/Frequenc>Time and Substps or Time - Time Step

然而，在不依赖于速率的分析中，时间仅仅成为一个识别载荷步和子步的计数器。缺省情况下，程序自动地对time赋值，在载荷步1结束时，赋time=1；在载荷步2结束时，赋time=2；依次类推。载荷步中的任何子步将被赋给合适的、用线性插值得到的时间值。在这样的分析中，通过赋给自定义的时间值，就可建立自己的跟踪参数。例如，若要将100个单位的载荷增加到一载荷步上，可以在该载荷步的结束时将时间指定为100，以使载荷和时间值完全同步。

那么，在后处理器中，如果得到一个变形-时间关系图，其含义与变形-载荷关系相同。这种技术非常有用，例如，在大变形屈曲分析中，其任务是跟踪结构载荷增加时结构的变形。 当求解中使用弧长方法时，时间还表示另一含义。在这种情况下，时间等于载荷步开始时的时间值加上弧长载荷系数（当前所施加载荷的放大系数）的数值。ALLF不必单调增加（即：它可以增加、减少或甚至为负），且在每个载荷步的开始时被重新设置为0。因此，在弧长求解中，时间不作为“计数器”。

弧长方法是一先进的求解技术，关于使用该方法的细节，参见ANSYS Structural Analysis Guide（ANSYS结构分析指南）的Nonlinear Structural Analysis。

载荷步为作用在给定时间间隔内的一系列载荷。77中的时间点，在这些时间点，求得中间解。两个连续的子步之间的时间差称为时间步长或时间增量。平衡迭代纯粹是为了收敛而在给定时间点进行计算的迭代求解方法。

2.5阶跃载荷和坡道载荷

当在一个载荷步中指定一个以上的子步时，就出现了载荷应为阶跃载荷或是线性载荷的问题。

2如果载荷是阶跃的，那么，全部载荷施加于第一个载荷子步，且在载荷步的其余部分，载荷保持不变。如图2-4(a)所示。

2如果载荷是逐渐递增的，那么，在每个载荷子步，载荷值逐渐增加，且全部载荷出现在载荷步结束时。如图2-4(b)所示。

图2-4阶跃载荷与坡道载荷

KBC命令(Main Menu>Solution>Sol\

Menu>Solution>Time/Frequenc>Freq & Substeps / Time and Substps / Time & Time Step, or Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Time/Frequenc>载荷Freq & Substeps / Time and Substps / Time & Time Step)用于表示载荷为坡道载荷还是阶跃载荷。KBC,0 表示载荷为坡道载荷；KBC,1 表示载荷为阶跃载荷。缺省值取决于学科和分析类型[以及

SOLCONTROL处于 ON 或OFF状态。

Load step options（载荷步选项）是用于表示控制载荷应用的各选项（如时间，子步数，

时间步，载荷为阶跃或逐渐递增）的总称。其它类型的载荷步选项包括收敛公差（用于非线性分析），结构分析中的阻尼规范，以及输出控制。

2.6如何加载

可将大多数载荷施加于实体模型（关键点，线和面）上或有限元模型（节点和单元）上。例如，可在关键点或节点施加指定集中力。同样地，可以在线和面或在节点和单元面上指定对流（和其它表面载荷）。无论怎样指定载荷，求解器期望所有载荷应依据有限元模型。因

此，如果将载荷施加于实体模型，在开始求解时，程序自动将这些载荷转换到节点和单元上。

2.6.1 实体模型载荷：优点和缺点

优点

2实体模型载荷独立于有限元网格。即：你可以改变单元网格而不影响施加的载荷。这就允许你更改网格并进行网格敏感性研究而不必每次重新施加载荷。

2与有限元模型相比，实体模型通常包括较少的实体。因此，选择实体模型的实体并在这些实体上施加载荷要容易得多，尤其是通过图形拾取时。 缺点

2ANSYS网格划分命令生成的单元处于当前激活的单元坐标系中。网格划分命令生成的节点使用整体笛卡尔坐标系。因此，实体模型和有限元模型可能具有不同的坐标系和加载方向。 2在简化分析中，实体模型不很方便。此时，载荷施加于主自由度。（你仅能在节点而不能在关键点定义主自由度。） 2施加关键点约束很棘手，尤其是当约束扩展选项被使用时。（扩展选项允许你将一约束特性扩展到通过一条直线连接的两关键点之间的所有节点上。） 2不能显示所有实体模型载荷。 关于实体模型载荷的说明

如前所述，在开始求解时，将实体模型载荷自动转换到有限元模型。如果你将实体模型载荷与有限元模型载荷、藕合或约束方程混合起来，应该预防以下冲突:

2转换过的实体模型载荷将取代现有的节点或单元载荷,而不管这些载荷的输入顺序。例如,转换的时候,在一条线上的DL,,,UX命令将改写任何这条线上节点的D,,,UX\命令。 2删除实体模型载荷将删除所有对应的有限元载荷。例如,在一个面上的SFADELE,,,PRES命令将立即删除任何在这个面上单元用SFE,,,PRES\命令定义的载荷。

2线或面的对称或反对称条件(DL,,,SYMM, DL,,,ASYM, DA,,,SYMM, 或DA,,,ASYM) 经常引入节点旋转,而属于被约束的线或面的节点,它的节点约束,节点力,联结,或约束平衡将受到影响。

2.6.2 有限单元载荷：优点和缺点

优点

2在简化分析中不会产生问题，因为可将载荷直接施加在主节点。 2不必担心约束扩展，可简单地选择所有所需节点，并指定适当的约束。 缺点

2任何有限元网格的修改都使载荷无效，需要删除先前的载荷并在新网格上重新施加载荷。 2不便使用图形拾取施加载荷。除非仅包含几个节点或单元。

以下几节讨论如何施加各类载荷-约束，集中力，表面载荷，体积载荷，惯性载荷和耦合场载荷，并解释如何指定载荷步选项。

2.6.3 DOF约束

表2-1显示了每个学科中可被约束的自由度和相应的ANSYS标识符。标识符（如UX，ROTZ，AY等）标识符所指的方向基于节点坐标系。对不同坐标系的描述，参见ANSYS Modeling and Meshing Guide（ANSYS建模和网格划分指南）。

表2-2显示了施加、列表显示和删除DOF约束的命令。注意：可将约束施加于节点，关键点，线和面上。

下面是一些可用于施加DOF约束的GUI路径的例子： GUI:

Main Menu>Preprocessor>-Loads->Apply>load type>On Nodes Utility Menu>List>Loads>DOF Constraints>On Keypoints Main Menu>Solution>Apply>load type>On Lines

其它GUI路径信息和表2-2所列的命令说明参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。

2.6.4施加对称或反对称边界条件

使用DSYM命令在节点平面上施加对称或反对称边界条件。该命令产生合适的DOF约束。生成的约束列表参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。 例如，在结构分析中，对称边界条件指平面外移动和平面内旋转被设置为0，而反对称边界条件指平面内移动和平面外旋转被设置为0。（参见图2-5。）在对称面上的所有节点根据DSYM命令的KCN字段被旋转到指定的坐标系中。对称和反对称边界条件的使用示于图2-6。当在线和面上施加对称或反对称边界条件时，DL和DA命令的作用方式与DSYM命令相同。 对于FLOTRAN分析，可使用DL和DA命令在线和面上施加速度，压力，温度和紊流量。在线的端点和面的边上，你可以根据判断自由施加边界条件。 注：

在使用通用后处理器（POST1）时如果数据库中的节点旋转角度与正在处理的解中所用的节点旋转角度不同，POST1可能会显示不正确的结果。如果在第二个或其后的载荷步中通过施加对称或反对称边界条件引入节点旋转，通常会导致这种状况。当执行SET命令(Utility Menu> List>Results>Load Step Summary)时，在POST1中错误情况显示下列信息： ***警告***使用与当前存储内容不同的模型或边界条件数据的累积迭代1可能已求解。POST1结果可能是错误的，除非你从一个与该结果相配的.db文件中恢复。

图2-5 在结构分析中的对称和反对称边界条件

图2-6使用对称和反对称边界条件实例

2.6.5传递约束

要将已施加在实体模型上的约束传递到对应的有限元模型，使用下列方法之一： Command(s)（命令）： DRAN GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->Constraints Main Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->Constraints 要传递所有实体模型的边界条件，使用下列方法之一：

Command(s)（命令）： SBCTRAN GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->All Solid Lds Main Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->All Solid Lds

2.6.5.1 重新设置约束

缺省情况下，如在同一自由度处重复设置一个DOF约束，则新约束替代原先的约束。用DCUM命令 (Main Menu> Preprocessor>Loads>Settings>-Replace vs. Add->Constraints)可将该缺省值改变为增加（对累积）或忽略重复设置。例如： NSEL,...! 选择一组节点

D,ALL,VX,40! 在所有节点设置 VX = 40 D,ALL,VX,50! 将 VX 值改变为 50 (替换) DCUM,ADD! 接着待加的自由度

D,ALL,VX,25! 在所有节点VX = 50+25 = 75 DCUM,IGNORE! 接着待忽略的自由度 D,ALL,VX,1325! 这些 VX 值被忽略! DCUM! 将 DCUM 重新设置为缺省 (替换)

关于NSEL,D, and DCUM命令的讨论参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。 使用DCUM设置的任何 DOF 约束保持设置不变直到发出另一个DCUM命令.。要重新设置缺省设置（替换），仅需发一个不带变元的DCUM命令。

2.6.5.2比例缩放约束值

可以缩放已存在的 DOF 约束值，方法如下： Command(s)（命令）： DSCALE GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Scale FE Loads->Constraints Main Menu>Solution>Operate>-Scale FE Loads->Constraints

DSCALE和DCUM命令对所有被选择的节点和所有被选择的DOF标识都起作用。缺省情况下，激活的DOF标识为与模型中单元类型相联系的那些。 Command(s)（命令）： DOFSEL GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Scale FE Loads->Constraints (or Forces) Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>-Replace vs. Add->Constraints (or Forces) Main Menu>Solution>Operate>-Scale FE Loads->Constraints (or Forces) Main Menu>Solution>Settings>-Replace vs. Add->Constraints (or Forces) 例如，如果仅要缩放VX 的值而不要缩放任何其他DOF 标识，使用下列命令：

DOFSEL,S,VX! 选择 VX 标识

DSCALE,0.5! 将所有被选择节点的VX缩小0.5 DOFSEL,ALL! 重新激活所有DOF标识

在热分析中缩放温度约束时，可以使用DSCALE命令的TBASE字段缩放对基准温度的温度偏差（即：缩放|TEMP-TBASE|）而不是缩放实际温度值。如下图所示。

图2-7使用DSCALE缩放温度约束

2.6.5.3消除冲突的约束指定

必须注意DK, DL, 和DA约束参数冲突的可能性和ANSYS程序是如何处理这些冲突的。下列冲突可能会出现：

2DL指定会与相邻线（共享的关键点）上的DL指定冲突 2DL指定会与任一关键点上的DK指定冲突

2DA指定会与相邻面（共享的线/关键点）上的DA指定冲突 2DA指定会与其任何线上的DL指定冲突 2DA指定会与其任何关键点上的DK指定冲突

ANSYS程序按下列顺序将有施加到实体模型上的约束转换到相应的有限元模型： 1. 按面号增加的顺序，将DOF DA约束转换到面（和边界线以及关键点）上的节点 2. 按面号增加的顺序，将SYMM and ASYM DA约束转换到面（和边界线以及关键点）上的节点

3. 按线号增加的顺序，将DOF DL约束转换到线（和边界关键点）上的节点

4. 按线号增加的顺序，将SYMM and ASYM DL约束转换到线（和边界线以及关键点）上的节点

5. 将DK约束转换到关键点（和相连线，面以及体，如果满足扩展边界条件）上的节点 因此，对冲突的约束，DK命令改写DL命令，DL命令改写DA命令。对冲突的约束, 指定给较大线号或面号的约束分别改写指定给较低线号或面号的约束。与约束指定发出顺序无关。 注：在实体模型约束的转换中检测到的任何冲突都会产生与下列相似的警告信息 ***WARNING***

线号为8的DOF 约束 ROTZ (第一个 value=22) 正在替换以前从另一个DA, DL或DK\组转换到节点18 上的D(第一个 value=0) 。

在求解过程中改变DK, DL, 或DA约束的值，在下一次或其后的边界条件转换过程中可能会产生许多这类警告信息。如果在求解过程中使用DADEL, DLDEL, 和/或DDELE.命令删除节点的D约束，则可防止这些警告的产生。

注：对流场分析自由度VX, VY, 或 VZ上冲突的约束，给定0值(管壁条件)总是优先于非0值入口/出口条件)。在这种情况下的冲突将不会产生警告。

2.6.6力（集中载荷）

表2-3显示了每个学科中可用的集中载荷和相应的ANSYS标识符。标识符（如FX，MZ，CSGY等）所指的任何方向都在节点坐标系中。对不同坐标系的说明，参见ANSYS Modeling and Meshing Guide（ANSYS建模和网格划分指南）的第三章。表2-4显示了施加、列表显示和删除集中载荷的命令。注意：可将集中载荷施加于节点和关键点上。

下面是一些用于施加集中力载荷的GUI路径的例子： GUI:

Main Menu>Preprocessor>-Loads-Apply>load type>On Nodes Utility Menu>List>Loads>pressure>On Keypoints Main Menu>Solution>-Loads-Apply>load type>On Lines

表2-4所列命令的说明参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。

2.6.6.1 重复设置集中载荷

缺省情况下，如果在同一自由度处重复设置一个集中载荷，则新指定替代原先的指定。使用下列方法之一可将该缺省设置改变为增加（对累积）或忽略： Command(s)（命令）： FCUM GUI:

Main Menu>Preprocessor>-Loads-Settings>Forces

Main Menu>Solution>-Loads-Settings>-Replace vs. Add->Forces 例如：

F,447,FY,3000! 在节点447施加集中载荷FY = 3000 F,447,FY,2500! 将FY值该为2500 (替换) FCUM,ADD! 接下来待加的集中力

F,447,FY,-1000! 在节点447FY = 2500-1000 = 1500 FCUM,IGNORE! 接下来将忽略的集中力 F,25,FZ,350! 该载荷被忽略! FCUM! 重新设置FCUM为缺省值(替换)

关于F与DCUM命令的讨论参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。 使用DCUM设置的任何集中载荷保持设置不变直到发出另一个DCUM命令.。要重新设置缺省设置（替换），仅需发一个不带变元的DCUM命令。

2.6.6.2 比例缩放集中载荷值

FSCALE命令允许你缩放已存在的集中载荷值： Command(s)（命令）： FSCALE GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Scale FE Loads->Forces Main Menu>Solution>Operate>-Scale FE Loads->Forces

FSCALE和FCUM命令对所有被选择的节点和所有被选择的集中载荷标识都起作用。缺省情况下，激活的集中载荷标识为与模型中单元类型相关联的标识。可以使用DOFSEL命令选择这些标识中的子组。例如，要缩放FX值而不需缩放任何其他标识，可以使用下列命令： DOFSEL,S,FX! 选择FX标识

FSCALE,0.5! 将所有被选择节点的FX缩小0.5 DOFSEL,ALL! 重新激活所有DOF标识

2.6.6.3 转换集中载荷

要将已施加在实体模型上的集中载荷转换到对应的有限元模型，使用下列方法之一： Command(s)（命令）： FTRAN GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->Forces Main Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->Forces 要转换实体模型的所有边界条件，使用SBCTRAN命令： GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->All Solid Lds Main Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->All Solid Lds

2.6.7表面载荷

表2-5显示了每个学科中可用的表面载荷和相应的ANSYS标识符。表2-6显示了施加，列表显示和删除表面载荷的命令。注意：不仅可将表面载荷施加于线和面上，还可加于节点和单元上。

下面是一些用于施加表面载荷的GUI路径的例子： GUI:

Main Menu>Preprocessor>-Loads->Apply>load type>On Nodes Utility Menu>List>Loads>Surface Loads>On Elements Main Menu>Solution>-Loads->Apply>load type>On Lines

表2-6所列命令的详细说明参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。

注：ANSYS程序根据单元和单元面存储在节点上指定的面载荷。因此，如果对同一表面使用

节点面载荷命令和单元面载荷命令，则使用后者的规定。

ANSYS 按适当方式将压力施加于轴对称壳单元或梁单元的内外表面。对于分层壳(SHELL91和SHELL99) ，面内压力载荷矢量施加在节点平面上。KEYOPT(11)决定壳内节点平面的位置。当用平面单元代表二重曲面时，应为实际子午半径的函数的值是不精确的。

2.6.7.1 将压力载荷施加于梁上

要将压力载荷施加于梁单元的侧面和两端，使用下列方法之一： Command(s)（命令）： SFBEAM GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Apply>-Structural->Pressure>On Beams Main Menu>Solution>Apply>-Structural->Pressure>On Beams

可以施加侧向压力，其大小为每单位长度的力，分别沿法向和切向。压力可以沿单元长度线性变化，可指定在单元的部分区域，如下图所示。通过将JOFFST设置为-1，还可以将压力减少为梁单元上任何位置处的力（点载荷）。端部压力的单位为力。

图2-8梁表面载荷的示例

2.6.7.2 给定节点号与表面载荷的函数关系

当将表面载荷施加于节点或单元上时，SFFUN命令 (Main Menu>Preprocessor >Loads>Settings>-For Surface Ld->Node Function, 或Main Menu>Solution>Settings>-For Surface Ld->Node Function) 用于指定节点号与待施加的表面载荷的函数关系。当你要施加其他地方（例如，由其他软件包）计算出的节点表面载荷时，该命令是有用的。首先你应以一个包含载荷值的数组形式定义该函数。在数组参数中值的位置代表节点号。例如，下面所示的数组参数分别指定节点1，2，3和4处的四个表面载荷。

假设这些是热流量值，将按下列方法施加： *DIM,ABC,ARRAY,4! 声明数组ABC的大小 ABC(1)=400,587.2,965.6,740! 定义ABC的值 SFFUN,HFLUX,ABC(1)! ABC 用于热流量函数

SF,ALL,HFLUX,100! 在所有选择的节点，热流量为100, !在节点i 热流量为100 + ABC(i).

关于*DIM,SFFUN, 和SF命令的讨论，参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）

在上例中，SF命令指定所有被选择节点的热流量为100。如果节点1-4为所选节点组中的部分节点，这些节点被指定的热流量为100+ABC(i): 在节点1为100+400=500, 在节点2为100+587.2=687.2，依此类推。

注：使用SFFUN命令的设定对其后的所有SF和SFE命令都起作用，要消除该设定参数，仅需发一个不带变元的SFFUN命令。

2.6.7.3指定斜率

可以使用下列两个方法之一指定倾斜率（斜度），用于随后施加的表面载荷。 Command(s)（命令）： SFGRAD GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>-For Surface Ld->Gradient Main Menu>Solution>Settings>-For Surface Ld->Gradient

还可以使用该命令施加线性变化的表面载荷，例如，浸入水中结构上的静液压力。 要创建梯度规定，指定待控制的载荷类型(Lab变元)、坐标系和坐标方向，在（分别为SLKCN和SLIDIR）中定义斜率，载荷（如其后的表面载荷命令所指定的载荷）值作用的位置（SLZER）及斜率（SLOPE）将起作用。

例如：要施加图2-9所示的静液压力（Lab=PRES）可在整体笛卡尔坐标系(SLKCN=0)的Y方向(Sldir=Y)指定其斜率。在Y=0 (SLZER=0)处，压力（在其后的SF命令中将被指定为500）的值为已知的被指定值（500），且沿Y的正方向（SLOPE=-25）每个单位长度下降25。

图2-9表面载荷斜率[SFGRAD]的示例 使用的命令如下：

SFGRAD,PRES,0,Y,0,-25 ! 全局笛卡尔坐标系中Y斜率为-25 NSEL,...! 选择压力施加的节点

SF,ALL,PRES,500! 所有被选择节点的压力: !在Y=0处为500, 在Y=10处为250, 在Y=20处为0

在圆柱坐标系(例如SLKCN=1)中给定梯度时，还应记住以下几点。第一，SLZER以度表示，SLOPE以载荷大小/度表示。第二，应遵循下列两个规则：

规则1:设置CSCIR（为了控制坐标系奇异点位置) 使待加载的表面不通过坐标系奇异点。 规则2:选择SLZER，使之与CSCIR设置一致。即：如果奇异点在180°处[CSCIR,KCN,0]，SLZER应在 ±180°之间；如果奇点在0°处[CSCIR,KCN,1]，SLZER应在0° -360° 之间。

下例说明为什么要给出这些规则。对图2-10所示位于局部柱坐标系11的半圆壳，将对半圆壳施加一个作用外部的楔形压力，压力从-90°位置的400逐渐变化到90°位置的580。缺省情况下，奇异点位于柱坐标系中的180°，因此，壳的坐标范围从-90° to +90°。下列命令将用于施加所需的压力载荷。

SFGRAD,PRES,11,Y,-90,1 ! 使压力沿C.S. 11的θ方向线性变化 ! 指定压力作用于-90度，斜率为1个单位/度 SF,ALL,PRES,400! 在所有被选择的节点压力: !在-90度为400., 在0度为490., 在+90度为580.

在-90°，压力值为400 (指定), 以1个单位/度的斜率增加，在0度位置增加到490，在+90度位置增加到580。

对于SLZER，可能会诱导用户使用270°而不是-90°。

SFGRAD,PRES,11,Y,270,1 ! 使压力沿C.S. 11的θ方向线性变化 ! 指定压力作用于270度，斜率为1个单位/度 SF,ALL,PRES,400! 在所有被选择的节点压力: !在-90度为400., 在0度为490., 在+90度为580.

图2-10圆柱壳上线性增加的载荷

然而，如图2-11左边所示，这可能导致所施加的逐渐变化载荷与要求的载荷值不同。这是因为奇点仍位于180°（坐标范围从-90° 到 +90°，而SLZER不在-180°到+180°范围内）。结果，程序将使用270°位置处的载荷400，和1个单位/度的斜率计算得到：施加于+90°位置处的载荷为220，施加于90°位置处的载荷为130，施加于-90°位置处的载荷为40。依照第二个规则，则可避免这种情况的发生。即当奇点在180°位置时，选择SLZER在±180°之间；当奇点在0°位置时，选择SLZER在0°到360°之间；

图2-11违背规则2（左）和规则1（右）

假设将奇点位置改变到0°，因此满足第二条规则（270°在0°到360°之间）。但壳的上半部分，节点坐标的范围在0°到+90°之间，而壳的下半部分，节点坐标的范围在270°到360°之间，待加载的表面过奇点，违背规则1。 CSCIR,11,1! 将奇点改变到零度

SFGRAD,PRES,11,Y,270,1 ! C.S. 11.的θ方向施加线性变化的压力

压力作用于270度位置，斜率为1单位/度，SF,ALL,PRES,400! 所有被选择的节点压力： !在270度位置为400，在360度位置为490!在0度位置为130

程序将使用270度位置的载荷400和1单位/度的斜率计算得到：施加于270度位置的载荷值为400，360度位置的载荷为490，90度位置的载荷为220，0度位置的载荷为130。违背规则1在逐渐变化的载荷上将产生1个奇点，如图2-11右所示。由于节点离散化，实际施加的载荷在奇点将不会发生如图所示的剧烈变化。反而，在所示的情况下，0度处节点的载荷为130，下一个沿顺时针方向的节点（比如在358度位置）的载荷为488。

注：SFGRAD指定对所有随后的载荷施加命令都起作用。要去除该指定，仅需发一个不带变元的SFGRAD命令。而且在读取载荷步文件时，如果SFGRAD指定起作用，那么程序在读取文件前将删除该指定。

大变形作用会显著改变节点位置。基于节点位置的SFGRAD斜率和载荷值计算不会根据这些变化作相应更新。如果需要这种功能，使用表面3加载的SURF19或SURF153命令，或使用表面4加载的SURF22或SURF154命令。

2.6.7.4 重复设置表面载荷

缺省情况下，如果在相同自由度处重复设置一个表面载荷，则新指定替代原先的指定。使用下列方法之一可将该缺省值改变为增加（对累积）或忽略重复设置： Command(s)（命令）： SFCUM GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>-Replace vs. Add-Surface Loads Main Menu>Solution>Settings>-Replace vs. Add-Surface Loads

使用SFCUM设置的任何表面载荷保持设置不变直到发出另一个SFCUM命令.。要重新设置缺省设置（替换），仅需发一个不带变元的SFCUM命令。SFSCALE命令允许比例缩放已存在的表面载荷值。DFCUM和SFSCALE命令仅对被选择的单元组起作用。Lab字段允许选择表面载荷标识。

2.6.7.5 转换表面载荷

要将已施加在实体模型上的表面载荷转换到对应的有限元模型，使用下列方法之一： Command(s)（命令）： SFTRAN GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>-Transfer to FE->Surface Loads Main Menu>Solution>Operate>-Transfer to FE->Surface Loads

要转换实体模型的所有边界条件，使用SBCTRAN命令 (参见2.6.3节对DOF约束的描述) 。

2.6.7.6使用表面效应单元施加载荷

有时可能需要施加一个所使用的单元不能接受的表面载荷。例如：有时可能需要在结构实体单元上施加均布切向（或任何非法向，或定向）压力，在热分析实体单元上施加辐射指定等。在这些情况下，可以使用表面效果单元覆盖所要施加载荷的表面，并用这些单元作为“管道”施加所需的载荷。目前可使用下列表面作用单元：对2-D模型，可使用SURF151,和SURF153；对3-D模型，可使用SURF152,和SURF154。

2.6.8体积载荷

表2-7显示了每个学科中可用的体积载荷和相应的ANSYS标识符。表2-8显示了施加、列表显示和删除体积载荷的命令。可将体积载荷施加于节点，单元，关键点，线，面和体上。

对于使用表2-8所列的命令可施加，列表显示和删除特定的体积载荷，参见ANSYS Commands Reference.（ANSYS命令参考手册）。 下面是一些用于施加体积载荷的GUI路径的例子： GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>load type>On Nodes Utility Menu>List>Loads>Body Loads>On Picked Elems Main Menu>Solution>-Loads-Apply>load type>On Keypoints Utility Menu>List>Loads>Body Loads>On Picked Lines Main Menu>Solution>-Loads-Apply>load type>On Volumes

表2-8所列命令的说明参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。

注：在节点指定的体积载荷独立于单元上的载荷。对于一给定的单元，ANSYS程序按下列方

法决定使用哪一载荷。

2ANSYS程序检查你是否对单元指定体积载荷。 2如果不是，则使用指定给节点的体积载荷。

2如果单元或节点上无体积载荷，则通过BFUNIF命令指定的体积载荷生效。

2.6.8.1对单元施加体积载荷

BFE命令逐个对单元施加体积载荷。然而，对应需要施加多个载荷值的单元，可以在一个单元上的多个位置指定体积载荷。所使用的位置随单元类型的不同而异，如下例所示。缺省位置（对未指定体积载荷的位置）也随单元类型的不同而异。因此，在单元上指定体积载荷前，一定要参阅在线的单元文档或参阅ANSYS Elements Reference（ANSYS单元参考手册）。 2对2-D和 3-D 实体单元 (PLANEn和 SOLIDn), 体积载荷的位置通常位于单元角点。

图2-12对2-D和 3-D 实体单元，BFE命令施加的体积载荷位置

2对壳单元 (SHELLn), 体积载荷的位置通常位于顶面和底面的“伪节点”。如下图所示。

图2-13对壳单元(左侧的SHELL63, 右侧的SHELL51)，BFE命令施加的体积载荷位置

2一维单元 (BEAMn, LINKn, PIPEn, 等) 与壳单元相同，体积载荷的位置通常位于单元每

端的“伪节点”。

图2-14对于梁单元和管单元，BFE命令施加的体积载荷位置

2在所有情况下，如果包含退化单元，必须在所有位置指定单元载荷，包括在重合（退化）节点处施加重复载荷值。另一个简单可用的方法是使用BF命令在节点直接指定体积载荷。

2.6.8.2对关键点施加体积载荷

可以使用BFK命令在关键点施加体积载荷。如果在面或体的角部关键点施加体积载荷，对于待转换到面或体的内部节点的载荷，所有的载荷值必须相等。如果指定了不相等的载荷值，这些载荷将仅仅被转换到与关键点（线性插值）连线的节点上。如图2-15所示。

图2-15 BFK载荷向节点转换

2.6.8.3在线、面和体上施加体积载荷

可以使用BFL, BFA和BFV命令分别在实体模型的线、面和体上施加体积载荷。施加在实体模型的线上的体积载荷被转换到对应的有限元模型的节点；施加在实体模型的面或体上的体积载荷被转换到对应的有限元模型的单元上。

2.6.8.4施加均布体积载荷

使用BFUNIF命令可对模型中所有节点施加均布体积载荷。最常见的是使用该命令或路径指定一均布温度场，即：结构分析中的一均布温度体积载荷或瞬态热力分析或非线性热力分析中的均布起始温度。也就是在该缺省温度下，ANSYS程序评价与温度相关的材料的特性。 另一种指定均布温度的方式如下： Command(s)（命令）： BFUNIF GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Apply>Temperature>Uniform Temp Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>Uniform Temp Main Menu>Solution>Apply>Temperature>Uniform Temp Main Menu>Solution>Settings>Uniform Temp

2.6.8.5重复体积载荷指定

缺省情况下，如果在相同节点或单元处重复指定一个体积载荷，则新指定替代原先的指定。使用下列方法之一可将该缺省值改变为忽略重复指定： Command(s)（命令）： BFCUM,BFECUM GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>Nodal Body Ld Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>Elem Body Lds Main Menu>Solution>Settings>Nodal Body Ld Main Menu>Solution>Settings>Elem Body Lds

使用该命令或其等价的路径进行的设置保持设置不变直到在使用该命令或路径。要重新设置

缺省设置（替换），仅需发一个不带变元的该命令或路径命令。

2.6.8.6转换体积载荷

要将已施加在实体模型上的体积载荷转换到对应的有限元模型，使用下列方法之一： Command(s)（命令）： BFTRAN GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Body Loads Main Menu>Solution>Operate>Body Loads

要转换所有实体模型的边界条件，使用SBCTRAN命令（参见2.6.3节DOF约束的说明）：

2.6.8.7比例缩放体积载荷值

使用下列命令可以缩放已存在的体积载荷值 Command(s)（命令）： BFSCALE GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Nodal Body Ld Main Menu>Solution>Operate>Nodal Body Ld Command(s) （命令）： BFESCAL GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Elem Body Lds Main Menu>Solution>Operate>Elem Body Lds

BFCUM和BFSCALE命令对已选择的节点组起作用，而BFECUM和BFESCAL命令对已选择的单元组起作用。

2.6.8.8消除冲突的体积载荷指定

必须了解BFK, BFL, BFA,和BFV体积载荷指定冲突的可能性和ANSYS程序是如何处理这些冲突的。

BFV, BFA, 和BFL指定分别转换到已存在的相关的体，面和线单元。如果无单元，这些指定将转换到体，面和线的节点上，包括区域边界节点。指定冲突的可能性取决于如何使用BFV, BFA, BFL和BFK命令，如下列情况所述。

情况A：有针对每个BFV, BFA,或BFL指定的单元，且每个单元分别属于具有BFV, BFA,或BFL指定的体，面或线。每个单元的体积载荷由对应的实体体积载荷决定。任何BFK\都不起作用。不会有任何冲突。

情况B：有针对每个BFV, BFA,或BFL指定的单元，但有些单元不属于具有BFV, BFA,或BFL指定的体、面或线。

未从BFV, BFA, 或BFL得到直接的BFE转换的单元不会受到影响。但其体积载荷按下列方法确定：(1 – 最高优先级)直接定义的BFE载荷 (2) BFK载荷, (3) 直接定义的BF载荷, 或 (4) BFUNIF载荷。实体模型体积载荷之间不会有任何冲突。 情况C：至少有一个BFV, BFA,或BFL不能转换到单元。

未从BFV, BFA, 或BFL得到直接的BFE转换的单元，其体积载荷按下列方法确定：(1 – 最高优先级)直接定义的BFE载荷 (2) BFK载荷, (3) 不转换到线单元的连接线上的BFL载荷 (4) 不转换到面单元的连接面上的BFA载荷 (5) 不转换到体单元的连接体上BFV (6) 直接定义的BF载荷, 或 (7) BFUNIF载荷。 在\情况C\下, 会产生下列冲突：

2BFL指定会与相邻线（共享的关键点）上的BFL指定冲突。 2BFL指定会与either关键点上的BFK指定冲突。

2BFA指定会与相邻面（共享的线/关键点）上的BFA指定冲突 2BFA指定会与其任何线上的BFL指定冲突 2BFA指定会与其任何关键点上的BFK约束指定冲突

2BFV指定会与相邻体（共享的面/线/关键点）上的BFY指定冲突。 2BFV指定会与其任何面上的BFA指定冲突 2BFV指定会与其任何线上的BFA指定冲突 2BFV指定会与其任何关键点上的BFA指定冲突

ANSYS程序按下列顺序将有施加到实体模型上的体积载荷转换到相应的有限元模型： 1. 按体序号增加的顺序，BFV载荷转换为体单元的BFE载荷，或者，如果无体单元，则转换为体（和边界线以及关键点)节点的BF载荷。

2. 按面序号增加的顺序，BFA载荷转换为面单元的BFE载荷，或者，如果无面单元，则转换为面（和边界线以及关键点)节点的BF载荷。

3. 按线序号增加的顺序，BFL载荷转换为线单元的BFE载荷，或者，如果无一维单元，则转换为一维（和边界关键点)节点的BF载荷。

4. 将BFK载荷转换为关键点（和相连线，面以及体，如果遇到扩展边界条件）的节点BF载荷。

因此，在\情况C\下，对冲突的实体模型体积载荷，BFK命令改写BFL命令，BFL命令改写BFA命令，而BFA命令改写BFV命令。对冲突的体积载荷, 指定给较大线序号、面序号或体序号的体积载荷分别改写指定给较小线序号、面序号或体序号的体积载荷。与体积载荷指定的发出顺序无关。

注：在实体模型体积载荷的转换中检测到的任何冲突都会产生与下列相似的警告信息 ***WARNING***

从行11的体积载荷 TEMP (第一个 value=77) 替换从另一个BFV, BFA，BFL或DFK\组转换到节点43 上的BF(第一个 value=99) 。

在求解之间改变BFK, BFL, BFA或BFV约束的值，在第二或其后的实体BC转换过程中可能会产生许多这类警告信息。如果在求解之间使用BFVDEL, BFADEL, BFLDEL, 和/或BFDELEDADEL, DLDEL删除节点的BF载荷，则可防止这些警告的产生。

2.6.9惯性载荷

施加惯性载荷的命令组列于下表：

表2-9惯性载荷命令

注意：没有用于列表显示或删除惯性载荷的专门命令。要列表显示惯性载荷，执行STAT，INRTIA (Utility Menu>List>Status>Solution>Inertia Loads)。要去除惯性载荷，只要将载荷值设置为0。可以将惯性载荷设置为0，但不能删除惯性载荷。对逐渐上升的载荷步，惯性载荷的斜率为0。(当施加惯性载荷时，其斜率也是0)

ACEL, OMEGA, 和DOMEGA命令分别用于指定在整体笛卡尔坐标系中的加速度，角速度和角加速度。

注：ACEL命令用于对物体施加一加速度场（非重力场）。因此，要施加作用于负Y方向的重力，应指定一个正Y方向的加速度。

使用CGOMGA和DCGOMG命令指定一旋转物体的角速度和角加速度，该物体本身正相对于另一个参考坐标系旋转。CGLOC命令用于指定参照系相对于整体笛卡尔坐标系的位置。例如：在静态分析中，为考虑Coriolis效果，可以使用这些命令。

惯性载荷仅当模型具有质量时有效。惯性载荷通常是通过指定密度来施加的。（还可以通过使用质量单元，如MASS21，对模型施加质量，但通过密度的方法施加惯性载荷更常用、更有效。）对所有的其它数据，ANSYS程序要求质量为恒定单位。如果习惯于英制单位，为方

323

便起见，有时希望使用重量密度(lb/in)代替质量密度(lb-sec/in/in)。 只有在下列情况下可使用重量密度代替质量密度： 2模型仅用于静态分析。 2未施加角速度或角加速度。 2重力加速度为单位值（g=1.0）。

为了能够以“方便的”重力密度形式或以“一致的”质量密度形式使用密度，指定密度的一种简便的方法是将重力加速度g定义为参数。

2.6.10耦合场载荷

在耦合场分析中，通常包含将一个分析中的结果数据施加于第二个分析作为第二个分析的载荷。例如，可以将热力分析中计算的节点温度施加于结构分析（热应力分析）中，作为体积载荷。同样的，可以将磁场分析中计算的磁力施加于结构分析中，作为节点力。要施加这样的耦合场载荷，用下列方法之一。 Command(s)（命令）： LDREAD GUI:

Main Menu>Preprocessor>-Loads->Apply>load type>From source Main Menu>Solution>Apply>load type>From source

在不同的耦合场分析中，如何使用这些命令的细节参见ANSYS Coupled-Field Analysis Guide（ANSYS耦合场分析指南）

2.6.11轴对称载荷和反作用力

对约束，表面载荷，体积载荷和Y方向加速度，可以象对任何非轴对称模型上定义这些载荷一样来精确地定义这些载荷。然而，对集中载荷的定义，过程有所不同。因为这些载荷大小、输入的力、力矩等数值是在360°范围内进行的，即：根据沿周边的总载荷输入载荷值。例

如：如果1500磅/单位英寸圆周的轴对称轴向载荷被施加到直径为10英寸的管上（图2-16），47,124 lb(1500*2n*5 = 47,124) 的总载荷将按下列方法被施加到节点N上：F,N,FY,47124 轴对称结果也按对应的输入载荷相同的方式解释，即：输出的反作用力，力矩等按总载荷（360°）计。

轴对称协调单元要求其载荷以程序能作为傅立叶级数来说明的形式施加。对这些单元，要求用MODE命令 (Main Menu>Preprocessor>Loads>Other>For Harmonic Ele或Main Menu> Solution>Other>For Harmonic Ele), 以及其它载荷命令 (D, F, SF, etc.)。细节参见ANSYS Elements Reference（ANSYS单元参考手册）。

图2-16在360°范围内定义集中轴对称载荷

2.6.11.1进一步的提示及限制

注意要指定足够数量的约束以防止产生不期望的刚体运动、不连续或奇异性。例如，对实心杆这样的实体结构的轴对称模型，缺少沿对称轴的UX约束，在结构分析中，就蕴藏了允许形成虚“voids”。 (见图2-17.)

图2-17实体轴对称结构的中心约束

2.6.12施加到不产生任何阻力的DOF上的载荷

如果施加的载荷作用于对载荷不产生任何抵抗（即：完全零刚度）的DOF上， ANSYS 程序将忽略该载荷。例如，考虑一系列相连接的共线的LINK1单元。当将与连接线垂直的载荷施加到该线除两端点外的DOFs时，这些载荷被忽略。然而，如果连接处于张紧状态，且使用应力强化。载荷不会被忽略。因为在载荷方向有抵抗（刚度）。该原则同样适用于壳单元。 2.6.13 初应力载荷

在用ANSYS做结构分析时,可以把初始应力指定为一项载荷，只在静态分析和全瞬态分析中被承认(分析可以是线性,也可以是非线性), 初始应力载荷只能在分析的第一载荷步中施加.恒应力可以用ISTRESS命令指定.运用ISFILE命令从输入文件中获取初始应力值,为了列表或是删除初始应力,命令变元允许初始应力被限制为具体的材料类型.

要在分层的SHELL181单元中的一指定层上施加初始应力,可以使用指定层的材料ID号。在初始应力命令中使用MATx 字段可以根据层的材料ID号施加需要的应力，或者可以在SHELL181单元的所有层上施加初始应力，然后删除那些不希望有初始应力的层上的初始应力。用delete, elementID, 层号命令，还可以用初始应力命令列表或删除分层SHELL181单元上指定层上的初始应力值。

初始应力功能只支持以下单元类型:PLANE2, PLANE42, SOLID45, PLANE82, SOLID92, SOLID95, LINK180, SHELL181, PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187, BEAM188,还有BEAM189.ISFILE命令可以将合成初始应力写入文件。这些命令可以在/SOLUTION处理器中运用，在ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）中可以看到所有初始应力命令的描述。

只有一种方法(ISFILE, ISTRESS, 或 USTRESS用户子程序)可以用来为一个单元输入初始应力，执行初始应力命令一次以上将覆盖先前的初始应力指定。 2.6.13.1初应力文件格式

ISFILE命令中的LOC变元允许指定从文件中读取的初始应力的位置。初始应力可以加到单

元的质心或单元积分点上，对应于单元质心LOC的缺省值是0，对应于单元积分点的缺升值是1。还可通过设定LOC =2为网格上每一个单独的单元指定不同的初始应力位置。在这种情况下，在初始应力文件中单个单元记录里，每个单元的初始应力位置将被表示为当地位置符，, LOC =3指定网格中每个单元的初始应力状态都相同。在这种情况下，只要指定一个应力张量就会影响所有单元。各种单元类型的单元积分点的位置与编号在ANSYS理论参考手册章节13.1与14中给出，对于梁与壳体单元的初始应力必须指定在所有主要部分和截面积分点上。

要使用ISFILE命令，初始应力必须在一个外部ASCII文件中列表。初始应力文件中的注释可用这样的方式指定：在注释行中以符号!开头。每个单元纪录的头一行应该以字符串\开始，接着是单元号和一个可选的当地位置符，这些项目必须以”，”分隔。当ISFILE命令中LOC变元的值为0,1,3时, 当地位置符将被忽略。如果LOC=2，那么每个单元必须指定当地位置符。当地位置符必须取以下值之一：单元质心取0(缺省)，积分点取1，其它值将产生错误从而导致ISFILE命令被忽略。

每个单元记录的第一行后有好几行，将指定单元中每个应力点的单元应力记录,当LOC=0时, 只须指定单元质心处一个应力记录，当LOC=1时，每个单元的应立记录数要等于这个单元的应力积分点数。ANSYS要求在每个应力记录中有6个应力张量的分量。基于单元类型不同，ANSYS将只从每个应力记录中读取相应的应力张量分量。当LOC=3时,初始应力文件中第一个单元的应力记录将被用作所有单元统一的初始应力，初始应力必须在单元局部坐标系中被指定。如果一个单元坐标系(ESYS)是为一个单元定义的，初始应力必须在这个坐标系中被指定。 用ISWRITE命令编写的初始应力文件与上述的输入文件有着相同的格式。 2.6.13.2 运用ISFILE命令的初应力问题示例

下面的例子介绍了如何定义一个初始应力文件并且用ISFILE命令读取该文件。

模型是一个长10单位，高为1单位的悬臂梁，这根梁由五个PLANE42单元模拟.在X =0点处，所有节点被固定，,因而没有位移。

下面的istress.ist文件,包含将被读入ANSYS的初始应力，每个单元的单元主要部分有四个积分点，因此，对应这四个积分点，每个单元必须有四个应力记录。 ! ************ STRESS INITIALIZATION FILE FOR ANSYS ************ ANSYS 应力预化文件 !

! This file, istress.ist, contains initial stress data 这个文件包含初始应力数据 ! for 5 PLANE42 elements. 有5个PLANE42单元 !

!Stress for element 1 单元1的应力 !Sx SySzSxySyzSxz eis,1

-3117691.453622 , -87.56555196445 , 0.0, -99999.99999990 , 0.0, 0.0

-3117691.453622 , -326.7990889251 , 0.0, -99999.99999990 , 0.0, 0.0 3117691.453622 , -326.7990889248 , 0.0, -99999.99999990 , 0.0, 0.0 3117691.453622 , -87.56555196422 , 0.0, -99999.99999990 , 0.0, 0.0 !

!Stress for element 2 单元2的应力 !SxSySzSxySyzSxz eis,2

-2424871.130595 ,23.46311893908 , 0.0, -99999.99999991 , 0.0, 0.0 -2424871.130595 ,1219.630803748 , 0.0, -99999.99999991 , 0.0, 0.0 2424871.130595 ,1219.630803748 , 0.0, -99999.99999991 , 0.0, 0.0 2424871.130595 ,23.46311893943 , 0.0, -99999.99999991 , 0.0, 0.0 !

!Stress for element 3 单元3的应力 ! SxSySzSxySyzSxz eis,3

-1732050.807568 , -6.286923759268 , 0.0, -99999.99999989 , 0.0, 0.0 -1732050.807568 , -4551.724125935 , 0.0, -99999.99999990 , 0.0, 0.0 1732050.807568 , -4551.724125935 , 0.0, -99999.99999989 , 0.0, 0.0 1732050.807568 , -6.286923743552 , 0.0, -99999.99999989 , 0.0, 0.0 !

!Stress for element 4 单元4的应力 !SxSySzSxySyzSxz eis,4

-1039230.484542 ,1.684576148808 , 0.0, -99999.99999990 , 0.0, 0.0 -1039230.484542 ,16987.26570008 , 0.0, -99999.99999991 , 0.0, 0.0 1039230.484542 ,16987.26570014 , 0.0, -99999.99999991 , 0.0, 0.0 1039230.484541 ,1.684576134896 , 0.0, -99999.99999990 , 0.0, 0.0 !

!Stress for element 5 单元5的应力 !SxSySzSxySyzSxz eis,5

2对于表格型边界条件，载荷从不是逐渐变化的，而在当前时间被计算。如果在一个载荷步中指定使用表格形式载荷，而下一个载荷步却改为非表格型载荷，载荷将被当作新引进由0或由BFUNIF逐渐变化的载荷，但不是从先前的表格值变化。

2在随后的载荷步中新引入的所有载荷是逐渐变化的（根据载荷的类型，从0或从BFUNIF命令所指定的值递增，参见表2-11）。 2在随后的载荷步中被删除的所有载荷，除了体积载荷和惯性载荷外，都是阶跃移去的。体积载荷逐渐递增到BFUNIF，不能被删除而只能被设置为0的惯性载荷，则逐渐变化到0。 2在相同的载荷步中，不应删除或重新指定载荷。在这种情况下，逐渐变化不会按用户所期望的方式作用。

表2-11不同条件下逐渐变化载荷(KBC=0)的处理

1.对 OMEGA 载荷, 注意： OMEGA 本身为逐渐变化的，因此，产生的力在该载荷步上是二次变化。

2.TUNIF命令在所有节点指定一均布温度。

3.在这种情况下，使用的TUNIF或BFUNIF值是先前载荷步的，而不是当前值。

4.总是以温度函数所确定的值大小施加温度相关的膜层散热系数，而不论KBC的设置如何。 5.BFUNIF命令仅是TUNIF命令的一个同类形式。用于在所有节点指定一均布体积载荷。

2.7.1.6 其它通用选项

还可以指定下列通用选项：

2热应力计算的参考温度，其缺省值为0度。指定该温度的方法如下： Command(s)（命令） TREF GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Other>Reference Temp Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>Reference Temp Main Menu>Solution>Other>Reference Temp Main Menu>Solution>Settings>Reference Temp

2对每个解（每个平衡迭代）是否需要一个新的三角矩阵。仅在静态（稳态）分析或瞬态分析中，使用下列方法之一，可用一个新的三角矩阵。 Command(s):（命令） KUSE GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Other>Reuse Tri Matrix Main Menu>Solution>Other>Reuse Tri Matrix

缺省情况下，程序根据DOF约束的变化，温度相关材料的特性，以及Newton-Raphson选项确定是否需要一个新的三角矩阵。如果KUSE设置为1, 程序再次使用先前的三角矩阵。在重新开始过程中，该设置非常有用：对附加的载荷步，如果要重新进行分析，而且知道所存在的三角矩阵（在文件Jobname.TRI中）可再次使用，通过将KUSE设置为 1，可节省大量的计算机时。KUSE,-1 命令迫使在每个平衡迭代中三角矩阵再次用公式表示。在分析中很少使

用它，主要用于调试中。

2模式数（沿周边谐波数）和谐波分量是关于全局X坐标轴对称还是反对称。当使用反对称协调单元（反对称单元采用非反对称加载）时，载荷被指定为一系列谐波分量（傅立叶级数）。要指定模式数，使用下列方法之一： Command(s):（命令） MODE GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Other>For Harmonic Ele Main Menu>Solution>Other>For Harmonic Ele

关于协调单元的说明参见ANSYS Elements Reference（ANSYS单元参考手册） 2在3-D磁场分析中所使用的标量磁势公式的类型，通过下列方法之一指定： Command(s):（命令） MAGOPT GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Magnetics>potential formulation method Main Menu>Solution>Magnetics>potential formulation method

2要在受限制的分析的扩展通道中扩展解决方式，要求通过执行下述命令之一。 Command(s)（命令） NUMEXP,EXPSOL GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>ExpansionPass>Range of Solu\ Main Menu>Solution>ExpansionPass>Range of Solu\ Main Menu>Preprocessor>Loads>ExpansionPass>By Load Step Main Menu>Preprocessor>Loads>ExpansionPass>By Time/Freq Main Menu>Solution>ExpansionPass>By Load Step Main Menu>Solution>ExpansionPass>By Time/Freq

2.7.2动力学分析选项

这些是主要用于动态和其它瞬态分析的选项。包括：

表2-12动态和其它瞬态分析命令

2.7.3非线性选项

这些是主要用于非线性分析的选项。包括： 表2-13非线性分析命令

2.7.4输出控制

输出控制用于控制分析输出的数量和特性。有两个基本输出控制：

下例说明OUTRES和OUTPR命令的使用：

OUTRES,ALL,5! 写入所有数据；每到第5子步写入数据 OUTPR,NSOL,LAST! 仅打印最后子步的节点解

可以发出一系列OUTPR和OUTRES命令（达50个命令组合）以精确控制解得输出。但必须注意：命令发出的顺序很重要。例如，下列所示的命令把每到第10子步的所有数据和每到第5子步的节点解数据写入数据数据库和结果文件。 OUTRES,ALL,10 OUTRES,NSOL,5

然而，如果颠倒命令的顺序（如下所示），那么第二个命令优先于第一个命令，使每到第10子步的所有数据被写入数据数据库和结果文件，而每到第5子步的节点解数据则未被写入数据数据库和结果文件。 OUTRES,NSOL,5 OUTRES,ALL,10

注：程序输出所有单元解数据的缺省情况取决于分析类型，参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）中的OUTRES说明。要限制输出的解数据，使用OUTRES有选择地抑制(FREQ = NONE)解数据的输出，或首先抑制所有解数据(OUTRES,ALL,NONE)的输出，然后通过随后的OUTRES命令有选择地打开解数据的输出。

第三个输出控制命令ERESX允许你在后处理中观察单元积分点的值。 Command(s)（命令）： ERESX GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Output Ctrls>Integration Pt Main Menu>Solution>Output Ctrls>Integration Pt

Main Menu>Solution>Unabridged Menu>Output Ctrls>Integration Pt

缺省情况下，对材料非线性（例如，非0塑性变形）以外的所有单元，ANSYS 程序使用外推法根据积分点值计算在后处理中观察的节点结果。通过执行ERESX,NO命令，可以关闭外推法，相反，将积分点的值复制到节点，使这些值在后处理中可用。另一个选项ERESX,YES, 迫使所有单元都使用外推法，而不论单元是否具有材料非线性。

2.7.5 Biot-Savart 选项

这些是用于磁场分析的选项。该类选项中的两个命令为：

表2-15 Biot-Savart 命令

ANSYS Electromagnetic Field Analysis Guide（ANSYS 电磁场分析指南）解释了这些命令

的使用方法。

2.7.6谱分析选项

这类选项中有许多命令，所有命令都用于指定响应谱数据和功率谱密度(PSD)数据。在频谱分析中，使用这些命令，参见ANSYS Structural Analysis Guide（ANSYS 结构分析指南）说明。

2.8创建多载荷步文件

所有载荷和载荷步选项一起构成一个载荷步，程序用其计算该载荷步的解。如果有多个载荷步，可将每个载荷步存入一个文件，调入该载荷步文件，并从文件中读取数据求解。 LSWRITE命令写载荷步文件(每个载荷步一个文件，以Jobname.S01, Jobname.S02, Jobname.S03,等识别) 。使用以下方法之一： Command(s)（命令） LSWRITE GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Write LS File Main Menu>Solution>Write LS File

如果你使用解决控制对话框设定分析和载荷步选项，使用基本制表符定义每个载荷步。（只有在静态或是全瞬态分析中才可使用解决控制对话框，参看Solution（解答）） 所有载荷步文件写入后，可以使用命令在文件中顺序读取数据，并求得每个载荷步的解（见第3章）。 下例所示的命令组定义多个载荷步： /SOLU! 输入 SOLUTION ... !载荷步1: D,...! 载荷 SF,... ...

NSUBST,...! 载荷步选项 KBC,... OUTRES,... OUTPR,... ...

LSWRITE! 写载荷步文件: Jobname.S01 !载荷步 2: D,...! 载荷 SF,... ...

NSUBST,...! 载荷步选项 KBC,... OUTRES,... OUTPR,... ...

LSWRITE! 写载荷步文件: Jobname.S02 ...

NSUBST,KBC,OUTRES,OUTPR和LSWRITE命令的说明参见ANSYS Commands Reference（ANSYS命令参考手册）。 关于载荷步文件的几点说明：

2载荷步数据根据ANSYS命令被写入文件。

2LSWRITE命令不捕捉实常数（R）或材料特性（MP）的变化。

2LSWRITE命令自动地将实体模型载荷转换到有限元模型，因此所有载荷按有限元载荷命令的形式被写入文件。特别地，表面载荷总是按SFE (或SFBEAM) 命令的形式被写入文件，而不论载荷是如何施加的。

2要修改载荷步文件序号为n的数据，执行命令LSREAD,n在文件中读取数据，作所需的修改，然后执行LSWRITE,n命令(将覆盖序号为n的旧文件)。还可以使用系统编辑器直接编辑载荷步文件，但这种方法一般不推荐使用。与LSREAD命令等价的GUI菜单路径为： GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Read LS File Main Menu>Solution>Read LS File

2LSDELE命令允许你从ANSYS程序中删除载荷步文件。与LSDELE命令等价的GUI菜单路径为： GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Operate>Delete LS Files Main Menu>Solution>Operate>Delete LS Files

2与载荷步相关的另一个有用的命令是LSCLEAR, 该命令允许你删除所有载荷，并将所有载荷步选项重新设置为其缺省值。例如，在读取载荷步文件进行修改前，可以使用它“清除”所有载荷步数据。

与LSCLEAR命令等价的GUI菜单路径为： GUI:

Main Menu>Preprocessor>Loads>Delete>All Load Data>data type Main Menu>Preprocessor>Loads>Reset Options

Main Menu>Preprocessor>Loads>Settings>Reset Factors Main Menu>Solution>Reset Options

Main Menu>Solution>Settings>Reset Factors

2.9定义接头固定处预拉伸

在螺栓和其他结构零件上预加应力常常会给变形和应力带来很大影响。两个ANSYS特征，PRETS179预拉伸单元和PSMESH预拉伸网格命令可以用于这种类型的分析。如果固定件被网格划分为两个独立的部分，使用EINTF命令可以把预拉伸单元插入两块之间。

预拉伸载荷是用来模拟接头固定处的预装配载荷。固定件可以是由任何2D和3D结构，低次或高次实体，梁，壳，管，或联接单元构成。使用PSMESH命令时，施加了预拉伸载荷的预拉伸部分必须定义在固定件内部。（Pre-tension Definition（预拉伸定义）中有螺栓联接

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