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ANSYS 基本分析过程指南 目

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1 1 1 23 23 23 24 25 26 27 68 77 78 85 84 84 85 86 86 86 86 87 88 88 89 92 96 97 100 100 111 113

第 1 章 开始使用 ANSYS

1.1 完成典型的 ANSYS 分析 1.2 建立模型 第 2 章 加 载

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9

载荷概述 什么是载荷

载荷步、子步和平衡迭代 跟踪中时间的作用 阶跃载荷与坡道载荷 如何加载

如何指定载荷步选项 创建多载荷步文件

定义接头固定处预拉伸

第 3 章 求解

3.1 什么是求解 3.2 选择求解器 3.3 使用波前求解器

3.4 使用稀疏阵直接解法求解器

3.5 使用雅可比共轭梯度法求解器（JCG）

3.6 使用不完全乔列斯基共轭梯度法求解器（ICCG） 3.7 使用预条件共轭梯度法求解器（PCG） 3.8 使用代数多栅求解器（AMG） 3.9 使用分布式求解器(DDS) 3.10 自动迭代（快速）求解器选项 3.11 在某些类型结构分析使用特殊求解控制 3.12 使用 PGR 文件存储后处理数据 3.13 获得解答

3.14 求解多载荷步

3.15 中断正在运行的作业 3.16 重新启动一个分析 3.17 实施部分求解步

3.18 估计运行时间和文件大小

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3.19 奇异解

114 116 116 117 117 118 118 118 127 152 160 174 174 176 177 179 181 183 184 187 190 190 190 194 195 198 198 198 198 201

第 4 章 后处理概述

4.1 什么是后处理 4.2 结果文件

4.3 后处理可用的数据类型

第 5 章

通用后处理器(POST1)

5.1 5.2 5.3 5.4 概述

将数据结果读入数据库 在 POST1 中观察结果 在 POST1 中使用 PGR 文件

5.5 POST1 的其他后处理内容 第 6 章 时间历程后处理器（POST26）

6.1 时间历程变量观察器 6.2 进入时间历程处理器 6.3 定义变量

6.4 处理变量并进行计算 6.5 数据的输入 6.6 数据的输出 6.7 变量的评价

6.8 POST26 后处理器的其它功能

第 7 章选择和组件 7.1 什么是选择

7.2 选择实体

7.3 为有意义的后处理选择

7.4 将几何项目组集成部件与组件

第 8 章 图形使用入门

8.1 8.2 8.3 8.4 概述

交互式图形与“外部”图形 标识图形设备名(UNIX 系统)

指定图形显示设备的类型(WINDOWS 系统)

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8.5 与系统相关的图形信息 8.6 产生图形显示 8.7 多重绘图技术

202 205 207 210 210 210 210 211 214 217 218 219 219 219 219 220 220 220 223 223 223 224 233 233 233 235 238 238 239

第 9 章 通用图形规范

9.1 概述 9.2 用 GUI 控制显示 9.3 多个 ANSYS 窗口，叠加显示 9.4 改变观察角、缩放及平移 9.5 控制各种文本和符号 9.6 图形规范杂项 9.7 3D 输入设备支持

第 10 章 增强型图形

10.1 图形显示的两种方法 10.2 POWERGRAPHICS 的特性 10.3 何时用 POWERGRAPHICS 10.4 激活和关闭 POWERGRAPHICS 10.5 怎样使用 POWERGRAPHICS

10.6 希望从 POWERGRAPHICS 绘图中做什么 第 11 章 创建几何显示 11.1 用 GUI 显示几何体

11.2 创建实体模型实体的显示 11.3 改变几何显示的说明

第 12 章 创建几何模型结果显示

12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 利用 GUI 来显示几何模型结果 创建结果的几何显示 改变 POST1 结果显示规范 Q-SLICE 技术 等值面技术

控制粒子流或带电粒子的轨迹显示

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第 13 章 生成图形

240 240 240 241 245 245

245 246 246 247 248 248 248 248 249 249 250 251 253 253 254 255 258 259 259 260 260 261 264 264

13.1 使用 GUI 生成及控制图 13.2 图形显示动作 13.3 改变图形显示指定

第14章 注 释

14.1 注释概述 14.2 二维注释 14.3 为 ANSYS 模型生成注释 14.4 三维注释 14.5 三维查询注释

第 15 章 动 画

15.1 动画概述 15.2 在 ANSYS 中生成动画显示 15.3 使用基本的动画命令 15.4 使用单步动画宏

15.5 离线捕捉动画显示图形序列 15.6 独立的动画程序 15.7 WINDOWS 环境中的动画

第 16 章 外部图形

16.1 16.2 16.3 16.4 外部图形概述 生成中性图形文件 DISPLAY 程序观察及转换中性图形文件 获得硬拷贝图形

第 17 章 报告生成器

17.1 启动报告生成器 17.2 抓取图象 17.3 捕捉动画 17.4 获得数据表格 17.5 获取列表 17.6 生成报告

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17.7 报告生成器的默认设置

267 269 269 269 271 271 274 274 274 275 275 278 279 280 280 280 280 282 282 282 283 286

第 18 章 CMAP 程序

18.1 18.2 18.3 18.4 CMAP 概述

作为独立程序启动 CMAP 在 ANSYS 内部使用 CMAP 用户化彩色图

第 19 章 文件和文件管理

19.1 文件管理概述 19.2 更改缺省文件名

19.3 将输出送到屏幕、文件或屏幕及文件 19.4 文本文件及二进制文件 19.5 将自己的文件读入 ANSYS 程序 19.6 在 ANSYS 程序中写自己的 ANSYS 文件 19.7 分配不同的文件名

19.8 观察二进制文件内容（AXU2） 19.9 在结果文件上的操作（AUX3） 19.10 其它文件管理命令

第 20 章 内存管理与配置

20.1 内存管理 20.2 基本概念

20.3 怎样及何时进行内存管理 20.4 配置文件

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第 1 章 开始使用 ANSYS

1.1 完成典型的 ANSYS 分析

ANSYS 软件具有多种有限元分析的能力，包括从简单线性静态分析到复杂 的非线性瞬态动力学分析。在 ANSYS 分析指南手册中有关于它开展不同工程应 用领域分析的具体过程。本章下面几节中描述了对绝大多数分析皆适用的一般步 骤。

一个典型的 ANSYS 分析过程可分为三个步骤： ? 建立模型 ? 加载并求解 ? 查看分析结果

1.2 建立模型

与其他分析步骤相比，建立有限元模型需要花费 ANSYS 用户更多时间。首 先必须指定作业名和分析标题，然后使用 PREP7 前处理器定义单元类型、单元 实常数、材料特性和几何模型。

1.2.1 指定作业名和分析标题

该项工作不是强制要求的，但 ANSYS 推荐使用作业名和分析标题。

1.2.1.1 定义作业名

作业名是用来识别 ANSYS 作业。当为某项分析定义了作业名，作业名就成 为分析过程中产生的所有文件名的第一部分（文件名）。（这些文件的扩展名是文 件类型的标识，如 .DB）通过为每一次分析给定作业名，可确保文件不被覆盖。 如果没有指定作业名，所有文件的文件名均为 FILE 或 file（取决于所使用的操 作系统）。可按下面方法改变作业名。

? 进入 ANSYS 程序时通过入口选项修改作业名。可通过启动器或 ANSYS 执

行命令。详见 ANSYS 操作指南。 ? 进入 ANSYS 程序后，可通过如下方法实现：

命令行方式：/FILENAME

菜单方式：Utility Menu>File>Change Jobname

/FILENAME 命令仅在 Begin level（开始级)才有效，即使在入口选项中给定了 作业名， ANSYS 仍允许改变作业名。然而该作业名仅适用于使用/FILNAME后 打开的文件。使用/FILNAME命令前打开的文件，如记录文件 Jobname.LOG、出错

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文件 Jobname.ERR 等仍然是原来的作业名。

1.2.1.2 定义分析标题

/TITLE 命令 (Utility Menu>File>Change Title) 可用来定义分析标题。 ANSYS 系统将在所有的图形显示、所有的求解输出中包含该标题。可使用 //STITLE命令加副标题，副标题将出现在输出结果里，而在图形中不显示。

1.2.1.3 定义单位

ANSYS 软件没有为分析指定系统单位，除了磁场分析外，可使用任意一种 单位制，只要保证输入的所有数据都是使用同一单位制里的单位（对所有输入数 据单位必须一致）。

对尺寸按照微米规则的微电子力学系统（MEMS），参见 ANSYS 藕合场分 析指南中的单位制的转换规则。

使用/UNITS 命令，可在 ANSYS 数据库中设置标记指定正在使用的单位制， 该命令不能将一个单位制的数据转换到另一单位制，它仅仅为后续的分析作一个 记录。

1.2.2 定义单元的类型

在 ANSYS 单元库中有超过 150 种的不同单元类型，每个单元类型有一个特 定的编号和一个标识单元类别的前缀，如BEAM4, PLANE77, SOLID96等，下面 一些单元类型可用：

BEAM CIRCUit

COMBINation CONTACt FLUID

HF (High Frequency) HYPERelastic INFINite INTERface LINK MASS MATRIX

MESH PIPE PLANE

PRETS (Pretension) SHELL SOLID SOURCe SURFace TARGEt TRANSducer USER

VISCOelastic (or viscoplastic)

单元类型决定了单元的：

? 自由度数（又代表了分析领域—结构、热、磁场、电场、四边形、六面

体等）

? 单元位于二维空间还是三维空间 如BEAM4有 6 个结构自由度(UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ)，是一个线 性单元，可在 3D 空间建模。PLANE77有一个温度自由度（TEMP），是 8 节 点的四边形单元，只能在 2D 空间建模。 必须在通用前处理器 PREP7 内定义单元类型，使用 ET 命令族(ET, ETCHG

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等)或基于 GUI 的等效命令来实现。详见ANSYS Commands Reference （ANSYS 命令参考手册）。通过单元名并给定一个单元参考号定义单元。例如，下面的两 个命令分别定义了两种单元类型：BEAM4 和SHELL63，并给它们分配了相应的 参考号 1 和 2：

ET,1,BEAM4 ET,2,SHELL63

与单元名对应的类型参考号表称为单元类型表。在定义实际单元时，可通过 TYPE（Main Menu>Preprocessor> Create>Elements>Elem Attributes）命令指 向恰当的类型参考号。

许多单元类型有称为 KEYOPTs 的另外选项，称之为 KEYOPT（1），KEYOPT （2）等。例如对于BEAM4的 KEYOPT(9)允许选择在每个单元的中间位置处计 算结果。对于SHELL63的 KEYOPT(3)允许抑制过度的位移变形。可通过 ET 命 令、KEYOPT命令（Main Menu>Preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete) 指定 KEYOPTs。

1.2.3 定义单元实常数

单元实常数是依赖单元类型的特性，如梁单元的横截面特性。例如 2D 梁单 元BEAM3的实常数是面积（AREA）、惯性矩（IZZ）、高度（HEIGHT）、剪切变 形常数（SHEARZ）、初始应变（ISTRN）和附加的单位长度质量（ADDMAS）。 并不是所有的单元类型都需要实常数，同类型的不同单元可以有不同的实常数 值。

可通过R族命令（R, RMODIF等）或相应的等效菜单路径来指定实常数，进 一步信息见ANSYS Commands Reference（ANSYS 命令参考手册）。对应于单元类 型，每组实常数有一个参考号，与实常数组对应的参考号表称为实常数表。在定 义单元时可通过REAL命令(Main Menu> Preprocessor>Create>Elements>Elem Attributes)来指定它对应的实常数号。 在定义实常数时，必须牢记以下规则： ? 当使用R族命令时，必须按照ANSYS Elements Reference（ANSYS 单元参

考 手册）中表 4.n.1 所示的顺序为每个单元类型输入实常数。

? 当用多种单元类型建模时，每种单元类型使用独自的实常数组（即不同的实

常数参考号）。如果多个单元类型参考相同的实常数号，ANSYS 会发出一个 警告信息，然而每个单元类型可以参考多个实常数组。

? 使用RLIST和ELIST命令可以校验输入的实常数。RKEY=1（如下所示）

时， RLIST列出所有实常数组的实常数值，ELIST,,,,,1 命令产生一个简单易读的 列表，包括每个单元、实常数号和它们的值。 Command(s):

ELIST GUI:

Utility Menu>List>Elements>Attributes + RealConst Utility Menu>List>Elements>Attributes Only Utility Menu>List>Elements>Nodes + Attributes

Utility Menu>List>Elements>Nodes + Attributes + RealConst Command(s):

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RLIST GUI:

Utility Menu>List>Properties>All Real Constants Utility Menu>List>Properties>Specified Real Const

? 对于一维和面单元需要几何数据（截面积、厚度、直径等），这些数据都被

作为常数。可以通过下列命令查看输入值。 Command(s):

/ESHAPE and EPLOT GUI:

Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and Shape Utility Menu>Plot>Elements

ANSYS 采用实体单元显示单元，对于 Link 和壳单元使用矩形截面显示。 管单元使用圆形截面显示。截面特性取决于实常数值。

1.2.3.1 创建横截面

如果使用 BEAM188 或 BEAM189 创建模型，可以在建模时使用截面命令 （ SECTYPE, SECDATA 等 （ Main Menu>Preprocessor>Sections> -Beam-Common Sects））来定义或使用横截面。关于如果使用 Beam Tool 创 建截面请参阅ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide中的梁分析和横截 面（《ANSYS 高级分析技术指南》）。

1.2.4 定义材料特性

绝大多数单元类型需要材料特性。根据应用的不同，材料特性可以是线性（见 线性材料特性）或非线性（见非线性材料特性）。

与单元类型、实常数一样，每一组材料特性有一个材料参考号。与材料特性 组对应的材料参考号表称为材料表。在一个分析中，可能有多个材料特性组（对 应的模型中有多种材料）。ANSYS 通过独特的参考号来识别每个材料特性组。

当定义单元时，可以通过MAT命令来指定合适的材料参考号。

1.2.4.1 线性材料特性

线性材料特性可以是常数或温度相关的，各向同性或正交异性的，用下列方 式定义常数材料特性（各向同性或正交异性） Command(s): MP GUI:

Main Menu>Preprocessor>Material Props > Material Models （详见 GUI 中的材料模型界面）

同样要指定恰当的材料特性标号，如 EX, EY, EZ 表示弹性模量，KXX, KYY, KZZ 表示热传导性等。对各向同性材料，只要定义 X 方向的特性，其它方向的 特性缺省值与 X 方向同，如： MP,EX,1,2E11 ! 材料参考号 1 的弹性模量为 2E11

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MP,DENS,1,7800 ! 材料参考号 1 的密度为 7800 MP,KXX,1,43 ! 材料参考号 1 的热传导系数为 43

除了 Y 方向和 Z 方向特性的缺省值（缺省值取 X 方向的特性），可采用其它 的材料特性缺省值来减少输入量。如泊松比（NUXY）缺省值取 0.3，剪切模量 （GXY）的缺省值取 EX/2(1+NUXY))，发散率缺省值取 1.0。详见 ANSYS 单元 参考手册。

同样可通过 GUI 从材料库中选择常数，各向同性，线性材料特性。对 10 种 材料的四种单位制有弹性模量、密度、热膨胀系数、泊松比、热传导系数及特定 的热供选择。

注意： 材料库中的特性值是为了方便而提供的，这些数值是材料的典型值，供用户

进行基本分析及一般应用场合，用户必须自己对输入数据负责。

要定义温度相关的材料特性，可使用 MP 命令并结合 MPTEMP 或 MPTGEN，同样可使用MPTEMP 和 MPDATA命令。MP命令允许定义以多项 式的形式定义温度函数的材料特性，多项式可以是线性、二次的、立方形式的或 四次的。

特性 = C0 + C1T + C2T2 + C3T3 + C4T4

Cn 为系数、T 为温度。可通过MP命令的变元 C0、C1、C2、C3、C4 输入系 数，如果仅指定 C0，则材料特征为常量。如果指定 C0 和 C1，则材料特征随温 度线性变化；等等。当按上述方法定义温度相关的特性时，程序用点间线性插值 方法（即：分段线性表达式）计算离散温度点的多项式值，而在端点外则使用等 值外插值方法。在 MP 命令之前，必须使用MPTEMP或MPTGEN命令为二次或 更高次特性定义合适的温度步长。

第二种定义温度相关的材料特性的方法是：运用MPTEMP 和 MPDATA命 令组合。MPTEMP (或 MPTGEN)命令定义一系列温度。通过MPDATA命令定 义相应的材料特性值。例如；下列命令定义材料号 4 与温度有关的焓：

MPTEMP,1,1600,1800,2000,2325,2326,2335 ! 6个温度数据点(temps 1-6)

MPTEMP,7,2345,2355,2365,2374,2375,3000 ! 6个以上的温度数据点(temps 7-12) MPDATA,ENTH,4,1,53.81,61.23,68.83,81.51,81.55,82.31 ! 对应的焓值 MPDATA,ENTH,4,7,84.48,89.53,99.05,112.12,113.00,137.40 !

如果特性数据点的数量与温度数据点数不相等，ANSYS 程序仅使用定义特 性函数表的具有两类数据点的位置。要为下一个材料特性定义一组不同的温度， 首先须通过执行MPTEMP命令（不带任何变元）删除当前的温度表，然后定义 新的温度（使用MPTEMP 或 MPTGEN命令）。

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MPPLOT命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props>Graph)显示特性与温 度的关系图。图 1-1 表示上例所定义的热函与温度关系曲线。MMPLIST命令 (Main Menu>Preprocessor>Material Props>List)列出材料的特性值。

图 1-1 MPPLOT 命令显示实例 下面是关于温度相关材料特性的一

些注意事项：

? 要修改已存在曲线的特性数据点，只需发出带有相应位置号的MPDATA 命令，重新定义所需的数据点。例如，要将上面热焓与温度关系曲线中位 置为 6 的 ENTH 值从 82.31 改为 83.09 ，使用的命令为 : MPDATA,ENTH,4,6,83.09

? 要修改已存在曲线的温度数据点，需要两个命令：带有相应位置号的 MPTEMP 命 令 ， 指 定 新 温 度 值 ； 而 MPDRES 命 令 (Main Menu>Preprocessor> Material Props>Modify Temps)则将新的温度表与 材料特性相关联。如，要将上面热函与温度关系曲线中位置为 7 的温度从 2345 改为 2340，使用的命令为:

MPTEMP,7,2340 ! 修改位置7，其他位置不变

MPDRES,ENTH,4 ! 使材料4的ENTH与新的温度值相关联

使用 MPDRES 命令的原因是：无论何时定义一个温度相关的特性，温度与 特性数据对就被立即存入数据库中。修改温度数据点仅仅影响随后定义的材料特 性，而不影响已存储的特性。MPDRES 命令强制对已存储的特性进行修改。 MPDRES 命令的另外两个用途是可以修改已存储特性并将它存储在一个新标识 或新材料的参考号下。

MPTRES命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props>Restore Temps) 允许用先前已定义在数据库中的材料特性替换当前的温度表。然后能使用先前的 温度数据点定义其他特性。

对于与时间相关的热膨胀系数（ALPX，ALPY，ALPZ），如果定义它们的基 准温度（定义温度）与参考温度（热应变为 0 的温度，是通过MP,REFT 或

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TREF 命令定义的）不同，那么，使用MPAMOD命令该数据转换为参考温度。对与该

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命令等价的 GUI 路径，参见ANSYS Commands ReferencANSYS 命令参考手册）。 （e

ANSYS 程序在求解中形成单元矩阵时，考虑温度相关的材料特性。程序首 先计算每个单元中心（或每个温度单元的集中点）的温度，通过特性-温度表进 行线性插值确定相应的材料特性值。有关 ANSYS 如何对温度相关材料进行估指， 见“线性材料特性”小节。

可以将线性材料特性（不论是温度相关的特性还是常数）存储到一文件或从 文本文件调用它们。（关于材料库文件的讨论，参见“使用材料库文件”小节）， 也可用CDWRITE,MAT 将线性或非线性材料特性写入文件。

注意：

如果在任何 ANSYS 衍生产品(ANSYS/Emag, ANSYS/Thermal, 等.)中使用 CDWRITE 命令时，必须编辑CDWRITE命令创建的 Jobname.CDB 文件，去掉衍 生产品中不支持的命令。必须在读 Jobname.CDB 前完成此工作。

1.2.4.2 非线性材料特性

非线性材料特性通常是表格数据，如塑性数据（不同硬化法则的应力-应变曲 线）、磁场数据（B-H 曲线）、蠕变数据、膨胀数据、超弹性材料数据等。定义非 线性材料特性的第一步就是使用TB命令（见 GUI 的材料模型界面）激活数据表。 例如：TB，BH，2 命令激活材料参考号 2 的 B-H 表。

要输入表格数据，使用TBPT 命令。例如，下列命令是定义一个 B-H 曲线。

TBPT,DEFI,150,.21 TBPT,DEFI,300,.55 TBPT,DEFI,460,.80 TBPT,DEFI,640,.95 TBPT,DEFI,720,1.0 TBPT,DEFI,890,1.1 TBPT,DEFI,1020,1.15 TBPT,DEFI,1280,1.25 TBPT,DEFI,1900,1.4

通过TBPLOT 或 TBLIST命令显示或列表以验证输入的数据。 样例显示了一个用TBPLOT命令定义的上述 B-H 曲线： TBPLOT命令实例

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图 1-2 TBPLOT 命令的显示实例

1.2.4.3 各向异性弹性材料特性

有些单元类型允许采用各向异性弹性材料特性，这些特性通常是以矩阵形式 输入。（这些特性不同于各向异性塑性，在各个不同方向它们需要不同的应力- 应变曲线），允许采用各向异性弹性材料的单元类型有：SOLID64（3-D 各向异 性实体单元）、PLANE13（2-D 耦合场实体）、SOLID5 和 SOLID98（3-D 耦合 场实体）。

定义各向异性弹性材料特性的过程类似于定义非线性材料特性。首先使用TB 命令 (带变元 Lab=ANEL)激活一个数据表，然后使用TBDATA命令定义弹性系 数矩阵。一定要通过TBLIST命令验证输入数据。更多的信息参见ANSYS Elements Reference（ANSYS 单元参考手册）的Data Tables - Implicit Analysis节和相应的单 元描述。

1.2.4.4 材料模型界面

ANSYS 包含直观的分级树结构界面来定义材料模型，逻辑上自顶向下材料 类型分类指导用户为分析定义恰当的材料模型，用户可在除了需要使用FLDATA 命令族的 CFD 分析外的所有其它分析中使用该材料模型界面。

1.2.4.4.1 进入界面

可从 Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models 接近材料模 型， 定义材料模型行为的对话框出现，该对话框通常显示结构树的顶端，如 Material Model Interface Initial Screen所示。 材料模型界面初始屏幕

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1.2.4.4.2 选择材料行为

右边的可用材料模型窗口显示了材料类型列表 (例如, Structural, Thermal, Electromagnetics).

注意：

如果选择 ANSYS/LS-DYNA 单元类型， 只有一种类型，LS-DYNA 出现。

如果某一类前出现文件夹图标，则在该类下有子类，当双击该类时，子类相 继出现，下面是Material Model Interface Tree Structure所示的分类。 材料模型界面树结构

例如，在 Structural 下有类型 Linear、Nonlinear 和 others， 材料模型进一 步分类到最终可看到垂直的材料特性组列表或该类下的材料模型 （如，在 Mises Plasticity 下有： Bilinear、 Multilinear、Nonlinear）。一旦决定使用哪一种材料 模型，那就双击该项。这时就出现一个对话框提示用户针对某个特定的材料模型 或特性组需要的输入数据，数据输入对话框的详细内容在下面的 输入材料数据中介绍。

1.2.4.4.3 输入材料数据 数据输入对话框是一个表格，用户可以更改的行和列数取决于所选择的特定

材料特性或模型，典型的数据输入框如 数据输入对话框所示。 数据输入对话框

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在材料输入对话框内有两个交互输入区：数据输入表，及出现在底部的一系 列动作按钮。按所定义的材料项不同，表中的标签也随之改变，原先出现的行和 列数也会变化。材料项同样规定了用户可以增加或删除的行和列数。在大多数情 况下，列代表温度，行表示数据值（例如，密度作为线性各向同性的特性，或对 某一特定的非线性模型作为常数）

温度相关的数据 最初，数据表为温度相关数据而设置，所以温度区段变灰，这时，如果决定

输入各种温度对应的数据， 可很快为代表每一温度的数据加上文本区段的列。 任何时候都可以增加或删除温度相关的数据。如果数据是温度相关的，不需要预 先定义。 添加和删除列

要增加一列，将文本状态下的光标定位于现有的列中的任一区段，然后单击 增加温度按钮，在现有的列的右边就出现新的一列，现有的和新增的列中的温度 区段变成激活状态，如数据输入对话框–新增的列所示。 数据输入对话框–新增的列

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用户在行中输入两个温度以及相对应的数据值，可根据需要按照同样的程序 添加更多的温度列 。在要插入新列的左边一列的某一区段，单击文本状态下的 光标，然后单击添加温度按钮就可以在现有列之间插入新的列。当列数超过对话 框的宽度时，在数据表的底部会出现一滚动条。

要删除某一温度列，将光标定位于所要删除的列的任一区段中，单击删除温 度按钮。 添加和删除行

对某一特定的温度，用户可能需要添加另一常数行或其它数据，可按与上面 介绍的添加和删除列类似的方法添加行。要添加一行，将文本光标放在现有行的 任一区段，单击添加行（或添加点） 按钮， 在现有行的下方就出现一新行，如 数据输入对话框-添加的行所示。 数据输入对话框-添加的行

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按照同样的程序，可根据需要添加更多的行，将光标定位于上一行的任一区 段，单击添加行（或添加点）按钮，可在现有的两行之间插入新的行。当行数超 过对话框的高度时，表格中就会出现一垂直滚动条。

将文本光标定位于某一行的任一区段，单击删除行（或删除点）按钮，可删 除该行。

在文本段输入/编辑数据

当数据对话框开始出现时，选择某一文本段（以黑色高对比显示），这就意 味着该段准备接受用户输入的数据。 可使用箭头键移动选择状态到其它文本段， 同样，按下 Tab 键，允许用户移动选择状态到当前选择的文本段的右边的文本段。 当开始在某一文本段内输入文本时，加亮区被用户输入的字符所取代。可使用左 右箭头键将文本光标定位于想要取代或删除的任一段。

要编辑数据，必须首先选择文本去段，这可通过单击该段或使用箭头键移动 选择状态到特定的段。

要拷贝/粘帖数据，选择要拷贝数据的文本，用 Ctrl-c 拷贝数据到剪帖板，选 择空白的目标文本段，使用 Ctrl-v 将数据粘贴到该。要选择多个相邻的文本段， 拖动鼠标从要选择的第一段到最后一段，或单击第一段，按下 Shift 键不放，然 后再单击最后一段。要选择不相邻的多个段，按下 Ctrl 键不放，然后再选择要 选取的段。 动作按钮

?

添加温度: 添加一列新的数据段到当前文本光标所在区段的右边列。如果 不出现按钮，材料项与温度无关。

删除温度: 删除一列新的数据段到当前文本光标所在区段的右边列。如果 不出现按钮，材料项与温度无关。

?

12

?

ANSYS 基本分析过程指南

添加行 (或添加点):在文本光标当前所在行的下方添加一新的数据段，如 果不出现按钮，对添加的更多数据没有提供材料项。

删除行 或删除点): 在文本光标当前所在行的下方删除一新的数据段，如 果不出现按钮， 材料项要求所有的数据输入段必须输入数据。 图形: 在 ANSYS 图形窗口下显示当前数据的图形。如果需要，在单击 OK 键前可以改变表中的数据，再单击 Graph 按钮。

1OK: 提交输入的所有数据到 ANSYS 的数据库，并删除该对话框 。材料 模型号# 出现在材料模型定义树结构窗口，对第一种模型 # = 1 ，或为用 户在定义材料号对话框中指定的某一编号。 1

Cancel: 取消所有输入的数据，删除对话框

?

?

?

?

?

Help: 显示该帮助文件

1

单击 OK 或 Cancel 删除输入数据对话框，按下 Enter 键将不删除对话框。 如果按钮出现，但是变灰的，那么该功能是为特定的材料模型而定义的，而用户 还没有输入足够的数据使该功能被激活。 某些材料输入对话框可能包含其它按钮或交互输入元件，这些是为完整定义某一 材料模型而设置的。如想要这些交互输入元件的帮助文件，见ANSYS 操作指南 中的 对话框及其元件 结构分析注意事项 执行结构分析时，几种非弹性材料模型（双击下列树结构列表

显示：Structural,

Nonlinear, Inelastic）要用户输入数值代替弹性材料特性 (弹性模量和／或泊松 比) ，除了针对特定模型的非弹性常数外 (例如, 对双线性各向同性硬化模型是 屈服应力和切线模量)， 这些情况下，在输入非弹性常数前，必须输入弹性材料 特性。如果试图首先输入非弹性材料常数，就出现一个注释告知你必须首先输入 弹性材料特性。单击注释的 OK 键后，出现数据输入对话框，提醒用户输入弹性 材料特性并单击 OK，然后又出现另一数据输入对话框告知用户为选择的特定材 料模型输入非弹性常数。

1.2.4.4.4 记录/编辑材料数据

材料模型定义窗口(定义材料模型行为对话框的左边窗口)显示用户指定的 每个材料模型的记录，在数据输入框选中 OK 后，该窗口显示一文件夹图标、材 料模型号 # (缺省状态，第一个 # 是 1),紧接着是所定义的该材料模型的特性。 选择 Material > New Model ，然后在定义材料编号对话框中输入一新的编号，可 为材料模型定义另外的编号。如果双击任一材料模型或特性 (树结构的最右边), 相关的数据输入对话框出现在用户编辑数据的地方。

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1.2.4.4.5 范例: 定义简单材料模型

这个范例及下面的两个范例显示了结构分析中材料模型界面的典型使用情 况。如果用户的专业或兴趣在执行分析而不是结构分析，建议你仍然要阅读并执 行这些例子，以使你对操作材料模型界面较熟悉。然后才能有勇气试着完成自己 的特定领域的问题，或试着做各种ＡＮＳＹＳ分析指南里的样例。这里是这些问 题的一个样例： ? 在ＡＮＳＹＳ热分析指南中完成一个稳态热分析（ＧＵＩ方式）.

?

在 ANSYS 电磁场分析指南中的３维静态基于边缘的分析样例(GUI 方 式).

在 ANSYS 电磁场分析指南中的共轴波导高频谐响应分析样例

在 ANSYS 藕合场分析指南中的热－结构直接藕合的分析样例（ＧＵＩ方 式）

?

? 下面的第一个样例打算让用户看看如何完整地定义简单的材料模型。 该样 例一步步地引导用户完成使用材料模型界面，在两种温度的大应变结构分析中， 用 Voce 法则为模拟非线性各向同性硬化定义模型。

1. 从 ANSYS 主菜单，单击下列菜单路径： Preprocessor > Material Props > Material Models，出现 Define Material Model Behavior 对话框。

2. 在可用的材料模型窗口，双击下列选项： Structural, Linear, Elastic, Isotropic，出现一个对话框。

3. 按需要输入材料特性值 (EX 代表弹性模量，XY 代表泊松比)，并单击

OK， 在材料模型定义窗口出现材料模型编号 1 的特性。

4. 在可用的材料模型窗口，双击下列选项： Nonlinear, Inelastic, Rate Independent, Isotropic Hardening Plasticity, Mises Plasticity, Nonlinear，出现 包含表格的对话框，在表格中可按分析问题增加温度列或材料数据行。注 意温度区段是变灰的，这是因为缺省状态下，ＡＮＳＹＳ假定是温度无关 的应用场合，所以不需要输入温度值。由于本问题是温度相关的 (包含两 个温度值), 所以必须首先增加另外一个温度列，这在下一步介绍。 5. 单击 Add Temperature 按钮，出现第二列。

6. 在温度行和Ｔ１列输入第一个温度值。

7. 在Ｔ１列的下面行中为第一个温度输入需要的 Voce 常数 (见ANSYS 单元 参考手册中的 非线性各向同性硬化)。

8. 在温度行的Ｔ２列中输入第二个温度。

9. 在Ｔ２列的下面行中为第二个温度输入需要的 Voce 常数。

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注意，如果需要为第三个温度输入常数，必须将光标定位于Ｔ２列的温度 行中，然后再单击 Add Temperature 按钮，这将使第三个温度列出现。

这个材料模型对每一温度仅需要四个常数，如果使用允许更多常数的另外 的模型， Add Row 按钮将激活，对那些材料模型，使用 Add Row (或 Add Point) 按钮同样有添加或插入行数的功能。

10. 单击 OK 键，对话框关闭，为该材料定义的特性列在 Material Model Number 1 下面。

1.2.4.4.6 范例：编辑材料模型数据 这个例子告诉用户如何在材料模型界面中使用基本的编辑特征，假定用户已

完成了前面的样例(见范例: 定义简单的材料模型), 并且已完成的材料模型列在 Material Models Defined 窗口。

编辑的数据通常分两类: 更改已有的材料特性，拷贝整个材料特性组，形成 与该模型差别不大的另一个材料模型。 考虑这样一种情况，用户需要更改已指定给非线性各向同性模型的常数，按下列 方式操作：

1. 双击 Nonlinear Isotropic，出现相关的对话框，对话框中的数据段中已有的 数据也显示出来。 2. 在适当的区段中编辑常数，并单击 OK 键。 注意，如果需要更改任一其它材料特性，则在前面一步中双击 Linear Isotropic，这将使与 linear isotropic 特性相关的对话框出现，然后就可以编 辑那些数据。

考虑另外一种情况，用户需要两种材料模型，第二种材料模型与第一种材料模型 基本相同，不同之处在于第二种模型需要包含对应另外一个温度的数值。按下列 方式操作：

1. 在 Define Material Model Behavior 对话框中, 单击下列菜单路径： Edit > Copy, 然后选择１表示来自那一个材料号，输入２表示到那个材料号，并 单击 OK。Material Models Defined 窗现在包含列表形式的 Material Model Number 2 ，如果双击 Material Model Number 2, 在 Material Model Number 2 下面就出现与 Material Model Number 1 一样的材料特性数据。

2. 在 Material Model Number 2 下面双击 Nonlinear Isotropic，出现相应的对话 框。

3. 将文本光标移到最右边一列的 Temperature 行，单击 Add Temperature 按 钮. 就出现 T3 列。

4. 在新列中输入新的温度及与该温度相关的四个常数。

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5. 单击 OK 键，关闭对话框，如果在 Material Model Number 2 下双击 Nonlinear Isotropic, 则出现相关的对话框，并反映出为 Material Model Number 2 添加的新的温度值。

1.2.4.4.7 范例: 定义材料模型组合 这个范例目的是告知用户如何基于两种材料模型的组合来定义材料模型，它

一步一步地示范如何使用材料模型界面定义模拟在某一温度四周软化的材料，这 可通过组合 Nonlinear Isotropic 模型和 Chaboche 模型来实现。

如果你做过这一节前面的任一个范例，在开始下面的范例前启动一个新的Ａ ＮＳＹＳ会话。

1. 从 ANSYS 主菜单单击下列菜单路径： Preprocessor > Material Props > Material Models，Define Material Model Behavior 对话框出现。

2. 在可用的 Material Models 窗口，双击下列选项： Structural, Linear, Elastic, Isotropic，出现一个对话框。 3. 按需要为材料特性输入数值 (EX 代表弹性模量, PRXY 代表泊松比)，单 击 OK 键， 在定义的 Material Models 窗口出现 Material Model Number 1 和 Linear Isotropic 。 4. 在可用的 Material Models 窗口，双击下列选项：Nonlinear, Inelastic, Rate Independent, Combined Kinematic 和 Isotropic Hardening Plasticity, Mises Plasticity。 5. 双击 Chaboche 和 Nonlinear Isotropic，出现为 Chaboche 模型定义常数的 对话框。

6. 输入与 Chaboche 模型相关的开始三个常数(见ANSYS 单元参考手册中的 Nonlinear Kinematic Hardening)。

7. Chaboche 模型允许用户指定更多的常数，要指定更多的常数，单击 Add Row 按钮,输入下一个常数。

8. 对余下的想要定义的 Chaboche 常数，重复前面的步骤。

9. 单击 OK 键，对话框关闭，出现定义 Nonlinear Isotropic 模型的另一对话 框。

10. 输入与 Nonlinear Isotropic 模型相关的常数 (见 ANSYS 单元参考手册中 的Nonlinear Isotropic Hardening)。

11. 单击 OK 键，对话框关闭，在 Material Model Number 1 下, 列出下述内 容：Linear Isotropic, Chaboche, 和 Nonlinear Isotropic。用户可编辑其中的 任何数据(见 范例: 编辑材料模型数据)。

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1.2.4.4.8 材料模型界面 – 杂项

材料模型界面的其它特征如下：

?

用来输入材料数据的任何批处理文件转换到材料模型中，并在 Define Material Model Behavior 对话框中的 Material Models Defined 窗口以列表 的形式出现。

材料模型界面不从 ANSYS 材料库输入数据。ANSYS 材料库将在Using Material Library Files中讨论。

材料模型界面不支持用 TB,MOONEY, 或 *MOONEY 命令输入。

?

?

1.2.4.5 使用材料库文件

尽管可以为每一个有限元分析分别定义材料特性，ANSYS 程序可让用户以 档案文件的形式存储材料特性组，然后在多种分析中恢复该数组并再次使用(每 一材料特性数组有其自己的库文件)。材料库文件同样可让几个 ANSYS 用户共享 常用的材料特性数据。

材料库特征还向用户提供其它一些优点：

?

因为材料库文件的存档内容可以重新使用，用户可用它来快速定义另外一 个类似的材料特性组，并且不易出错。例如，假如已为一种钢定义了材料 特性，想为另一种差别不大的钢生成材料特性，可以将现有的材料特性组 写入材料库文件，再在一个不同的材料号下将其读入到 ANSYS 中，然后 在 ANSYS 中，只要根据需要作很少的修改就可为第二种钢定义材料特性。 使用/MPLIB 命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Library>Library Path), 可定义材料库读写路径。这样做可以允许用户以只 读文档方式保护材料数据资源，而又提供 ANSYS 用户不需切换路径就可 在本地目录写材料数据的功能。

用户可给自己的材料库文件起个有意义的名字来反映库中数据的特征，例 如，描述铸钢材料特性的库文件可以是 STEELCST.SI_MPL。 (见 创建（写） 材料库文件 有关文件名约定的说明)。

可以为材料库文件设计自己的目录层，这使用户可以按单位或任何其它选 择的类别对材料类型进行分类和编目录 (plastic, aluminum, 等)。

?

?

?

下面几段是对如何创建和读入材料库文件的描述,参见 ANSYS 单元参考手册中对 /MPLIB, MPREAD, 和 MPWRITE 命令的进一步介绍。

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1.2.4.6 材料库文件的格式

材料库文件是 ANSYS 命令文件， 文件格式支持线性和非线性材料特性， 可以重复使用材料库文件，因为材料库文件是按下面的格式写的：一旦用户将材 料特性组数据读入 ANSYS 数据库，就可以将该特性组与用户希望的任一材料号 联系起来。

1.2.4.7 为材料库文件指定缺省的读/写路径

在创建任何材料库文件前，为这些文件定义一个缺省的读/写路径：

Command(s):

/MPLIB,R-W_opt,PATH

GUI:

Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Library Path

注：

ANSYS 提供的材料库位于： /ansys60/matlib/ 在 R-W_选项处，指定 READ (设置读路径), WRITE (设置写路径), 或 STAT, 观察当前使用的是何种读/写路径。在 PATH 处, 为将要使用的材料库文件指定路 径。

1.2.4.8 创建（写）材料库文件

按下列步骤操作来创建归档材料库文件： 发出/UNITS命令，告知 ANSYS 程序当前使用的单位制。例如，要指顶国 际单位制，就发出/UNITS,SI 命令。不能在 GUI 模式下接近/UNITS命令。 1. 使用 MP 命令 (Main Menu> Preprocessor>Material Props>Isotropic)定义 材料特性，要这样做，必须指定材料号及至少一种材料特性数值（例如， 磁渗透性或 MURX）。

2. 从 PREP7 前处理器中发出下述命令：

MPWRITE,Filename,,,LIB,MAT

文件名是分配给材料库文件的名称，发出MPWRITE (Main Menu>Preprocessor> Material Props>Material Library>Export Library)，并为该材料 库文件指定文件名。

发出 MPWRITE 命令将由材料号 MAT 指定的材料数据写入当前工作目录 中已命名过的文件中，(如果以前已发过/MPLIB命令(Main Menu> Preprocessor>Material Props>Material Library>Library Path)指定了材料库的写路 径，ANSYS 就将文件写到该路径。

材料库文件的命名约定如下：

? 文件名是在MPWRITE命令给定的名字，如果不指定文件名，缺省的文件 名是 JOBNAME 。

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?

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材料库文件的扩展名为.xxx_MPL, 这里 xxx 用来识别该材料特性组的单 位制，如果单位制是 CGS 制,则文件的扩展名为.CGS_MPL. 若在创建材 料库文件前不指定单位制，则缺省的扩展名是.USER_MPL(表示采用用户 定义的单位制)。

1.2.4.9 读入材料库文件

按下列步骤将材料库文件读入 ANSYS 数据库中：

1. 使用 /UNITS 命令或相应的 GUI 方式通知 ANSYS 程序使用何种单位 制。注： ANSYS 的缺省单位制是 SI，GUI 仅用当前激活的单位列出 材料库文件。

2. 指定希望覆盖的新的材料参考号或已有的参考号：

Command(s): MAT GUI:

Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Elem Attributes

注：

覆盖 ANSYS 数据库中已有的材料会删除与之相连的所有数 据。

3. 用下列命令将材料库文件读入数据库：

Command(s): MPREAD,Filename,,,LIB GUI:

Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Import Library LIB 变元支持文件搜索层级，程序首先在当前工作目录搜索已命名的材料库 文件，然后在由/MPLIB 命令指定的读路径查找，最后在 ANSYS 提供的目录 /ansys60/matlib 中查找。如果忽略 LIB 变元，程序仅在当前工作目录中查找。

1.2.5 创建几何模型

一旦定义了材料特性，在分析中下一步是生成确当地描述模型几何性质的有限元 模型—节点和单元。下列图形显示了一些有限元模型实例。

有两种创建有限元模型方法：实体建模和直接生成。使用实体建模，描述模 型的几何形状，然后指示 ANSYS 程序自动对几何实体进行单元划分产生节点和 单元。可以控制程序生成的单元的大小和形状。对于直接产生法，手工定义每个 节点的位置和每个单元的连接。可采用一些简便的操作，如节点和单元的复制阵 列、对称投影等。

关于这两种方法的细节和关于模型生成有关的其它方面-坐标系、工作平面、

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耦合、约束方程等，在ANSYS Modeling and Meshing Guide（ANSYS 建模和网格 划分指南）中描述。

图 1-3 一些有限元模型实例

1.2.6 加载和求解

在这一步，运用 SOLUTION 处理器定义分析类型和分析选项，加荷，指定 载荷步长选项，并对有限元求解进行初始化。也可使用 PREP7 前处理器加载。

1.2.6.1 定义分析类型和分析选项

可以根据载荷条件和要计算的响应选择分析类型。例如，要计算固有频率和 模态振型，就必须选择模态分析。在 ANSYS 程序中，可以进行下列类型的分析： 静态（或稳定）分析、瞬态分析、谐响应分析、模态分析、谱分析、屈曲和子结 构。

并不是所有的分析类型对任何学科有效。例如，模态分析对于热分析模型无 效。ANSYS 文档资料中的分析指南手册描述了每个学科可用的分析类型和进行 分析的步骤。

分析选项允许自定义分析类型。典型的分析选项如求解的方法、应力硬化打 开或关闭和 Newton-Raphson 选项。

要 定 义 分 析 类 型 和 分 析 选 项 ， 使 用 ANTYPE 命 令 (Main Menu>Preprocessor>Loads>New Analysis or Main Menu> Preprocessor>Loads>Restart) 和相应的分析选项命令 (TRNOPT, HROPT, MODOPT, SSTIF, NROPT, 等)。与其它命令等价的 GUI，参见ANSYS Commands Reference（ANSYS 命令参考手册）。

如果执行静态或全瞬态分析，可利用求解控制对话框为该分析定义许多选 项，求解控制对话框的详细内容见Solution。

可以指定一个新分析或重新开始分析，但绝大多数情况是进行一个新的分 析。允许用户在结束点或放弃点恢复作业的单构架的重启动分析对静态（或稳

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态）、谐响应（仅对 2-D 磁场）以及瞬态分析可用，允许用户在任意点恢复分析 的多构架的重启动分析对静态或全瞬态结构分析可用。有关部门执行重启动分析 的完整信息见 Restarting an Analysis 。各种分析指南对重启动分析的其它细节都 有讨论。在第一次求解后，不能改变分析类型和分析选项。

下面显示的是结构瞬态分析中输入列表的一个例子。记住：模型中使用的单 元类型隐含了分析的学科类型（结构、热力、磁场等）。

ANTYPE,TRANS TRNOPT,FULL SSTIF,ON NLGEOM,ON

一旦定义了分析类型和分析选项，下一步是加载。有些结构分析类型要求首 先定义其它项目，如主自由度和间隙条件。ANSYS Structural Analysis Guide （ANSYS 结构分析指南）描述了这些项目在什么场合必需。

1.2.6.2 加载

本手册中使用的载荷（loads）包括边界条件（约束、支承，或边界区域规定） 和其它外部或内部作用载荷，在 ANSYS 程序中，载荷分成 6 类： DOF 约束

力

表面分布载荷 体积载荷 惯性载荷 耦合场载荷

这些载荷绝大多数可施加到实体模型（关键点、线和面）或有限元模型（节 点和单元）。关于载荷类型的细节以及如何将载荷施加到模型上，参见本手册的 Loading。

必须知道与载荷相关的两个重要术语：载荷步和子步。载荷步仅指可求得解 的载荷配置。例如，在结构分析中，可将风引起的载荷施加于第一个载荷步，第 二个载荷步施加重力。载荷步对于将一个瞬态载荷历程曲线划分成几段也是有用 的。

子步是指一个载荷步中增加的步数。主要是为了瞬态分析或非线性分析中提 高分析精度和收敛。子步还称为时间步，代表一段时间。

注：ANSYS 程序在瞬态分析和静态（或稳态）分析中使用时间的概念。在 瞬态分析中，时间代表实际时间，用秒、分、小时表示；在静态或稳态分析中， 时间仅作为计数器以标识载荷步和子步。

1.2.6.3 指定载荷步选项

载荷步选项是在一个载荷步到另一载荷步改变的选项，如子步数、载荷步的

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结束时间和输出控制。根据所作分析的类型，载荷步选项可有可无。在分析指南 手册的分析步骤中描述了所需的载荷步选项。载荷步选项的一般描述参见 Loading。

1.2.6.4 开始求解

使用下列任一方法开始求解： Command(s)（命令）：

SOLVE GUI:

Main Menu>Solution>Current LS Main Menu>Solution>solution_method

当发出该命令后，ANSYS 程序从数据库中获取模型和载荷信息，并计算结 果。结果被写入结果文件（ Jobname.RST, Jobname.RTH, Jobname.RMG, 或 Jobname.RFL）以及数据库。唯一的差别是每次仅有一组结果驻留在数据库中， 而可以将所有组结果（所有子步的结果）写入结果文件中。

可用常规方法求解多个载荷步： Command(s)（命令） LSSOLVE GUI:

Main Menu>Solution>From LS Files

Solution 中讨论该主题和其它与求解有关的主题。

1.2.7 检查分析结果

一旦完成计算，可通过 ANSYS 后处理器察看结果。可使用两个后处理器： POST1 和 POST26。

POST1 为通用后处理器，可用于查看整个模型或选定的部分模型在某一子步 （时间步）的结果。键入 POST1 的命令为 /POST1 (Main Menu>General Postproc)，仅在开始阶段有效。可获得等值线显示、变形形状以及检查和解释分 析的结果的列表。POST1 提供了许多其他功能，包括误差估计、载荷工况组合、 结果数据的计算和路径操作。

POST26 为时间历程后处理器，用于查看模型的特定点在所有时间步内的结 果。键入 POST26 的命令为/POST26 （Main Menu>TimeHist Postpro），仅在开 始阶段有效。可获得结果数据对时间（或频率）的关系的图形曲线及列表。POST26 的其它功能包括算术计算和复数。关于 POST1 和 POST26 的功能和使用方法的 细节在本文档的后面章节中描述。

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第 2 章：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。

? DOF 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。

? Force（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。

? Surface load（表面载荷）为施加于某个表面上的分布载荷。例如，在结构

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分析中为压力；在热力分析中为对流和热通量。

? Body 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。

? Inertia 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。

? Coupled-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。

? 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。 ? 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）。

? 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。

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，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）

? 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。

? 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'n Control:Basic Tab

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。

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ANSYS 基本分析过程指南

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。子步为载荷步中的时间点， 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。

? 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。

? 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'n Control:Transient Tab, Main 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。

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ANSYS 基本分析过程指南

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

? 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。

? 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

? ANSYS 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。

? 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。）

? 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。）

? 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:

? 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's 命令。

? 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's 命 令定义的载荷。

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。

?

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2.6.2 有限单元载荷：优点和缺点

优点

? 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。 ? 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

? 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。

? 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 GuidANSYS 建模和网格划分指南）。 （e

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。

表 2-1 每个学科中可用的 DOF 约束

学科 结构分析 热分析 磁场分析 电场分析 自由度 平移 旋转 温度 矢量势 标量势 电压 速度 压力 紊流动能 紊流扩散速率 ANSYS 标识符 UX, UY, UZ ROTX, ROTY, ROTZ TEMP AX, AY, AZ MAG VOLT VX, VY, VZ PRES ENKE ENDS 流体分析

表 2-2 DOF 约束的命令 位置 基本命令 节点 D, DLIST, DDELE 关键点 DK, DKLIST, DKDELE 线 DL, DLLIST, DLDELE 面 DA, DALIST, DADELE 转换 SBCTRAN 28

附加命令 DSYM, DSCALE, DCUM - - - DTRAN

ANSYS 基本分析过程指南

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

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ANSYS 基本分析过程指南

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,...

D,ALL,VX,40 D,ALL,VX,50 DCUM,ADD D,ALL,VX,25 DCUM,IGNORE D,ALL,VX,1325 DCUM ! 选择一组节点

! 在所有节点设置 VX = 40 ! 将 VX 值改变为 50 (替换)

! 接着待加的自由度

! 在所有节点VX = 50+25 = 75

! 接着待忽略的自由度 ! 这些 VX 值被忽略!

! 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

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ANSYS 基本分析过程指南

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 DSCALE,0.5 DOFSEL,ALL

! 选择 VX 标识

! 将所有被选择节点的VX缩小0.5 ! 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

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ANSYS 基本分析过程指南

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：

? DL 指定会与相邻线（共享的关键点）上的 DL 指定冲突

? DL 指 定 会 与 任 一 关 键 点 上 的 DK ../../../../Documents and Settings/Administrator/My Documents/com_55/chapter3/CS3-D.htm - DL指定冲突 ? DA 指定会与相邻面（共享的线/关键点）上的 DA 指定冲突 ? DA 指定会与其任何线上的 DL 指定冲突 ? DA 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's 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。

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表 2-3 每个学科中可用的“力” 学科 力 结构分析 热分析 ANSYS 标识符 FX, FY, FZ MX, MY, MZ HEAT CSGX, CSGY, CSGZ FLUX CHRG AMPS CHRG FLOW 磁场分析 电场分析 流体分析 力 力矩 热流速率 Current Segments 磁通量 电荷 电流 电荷 流体流动速率

表 2-4 用于施加力载荷的命令 位置 基本命令 节点 F, FLIST, FDELE 关键点 FK, FKLIST, FKDELE 转换 SBCTRAN 附加命令 FSCALE, FCUM - FTRAN 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>Forces>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

3000 F,447,FY,2500 FCUM,ADD F,447,FY,-1000 FCUM,IGNORE F,25,FZ,350 FCUM

! 在节点447施加集中载荷FY = ! 将FY值该为2500 (替换)

! 接下来待加的集中力

! 在节点447FY = 2500-1000 = 1500

! 接下来将忽略的集中力

! 该载荷被忽略!

! 重新设置FCUM为缺省值(替换)

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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。 表 2-5 每个学科中可用的表面载荷 学科 表面载荷 ANSYS 标识符 结构分析 压力 34

PRES1.

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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。

表 2-7 每个学科中可用的体积载荷 学科 表面载荷 温度 结构分析 Fluence 热分析 热生成速率 温度 ANSYS 标识符 TEMP 1. FLUE HGEN TEMP 1. 磁场密度 磁场分析 JS 虚位移 电压降 MVDI VLTG TEMP 1. 电场分析 温度 体积电荷密度 流体分析 热生成速率 CHRGD HGEN 力密度 1. 不要将它与 PRES 自由度混淆。 FORC

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表 2-8 用于施加体积载荷的命令 位置 基本命令 节点 BF, BFLIST, BFDELE 单元 BFE, BFELIST, BFEDELE 关键点 BFK, BFKLIST, BFKDELE 线 BFL, BFLLIST, BFLDELE 面 BFA, BFALIST, BFADELE 体 BFV, BFVLIST, BFVDELE 转换 BFTRAN 附加命令 BFSCALE, BFCUM, BFUNIF BFESCAL, BFECUM - - - - -

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。

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

? 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）。 ? 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。

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ANSYS 基本分析过程指南

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

? 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

? 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

? 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。

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ANSYS 基本分析过程指南

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

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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's 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,

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7zop.html