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. . . 线性静态结构分析基础
对于一个线性静态结构分析（ Linear Static Analysis ），位移{x}由下面的 矩阵方程解出：
K x F
假设: [K] 是一个常量矩阵
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… 载荷
• 静水压力:
的流体载荷。 流体可能在内部（容器），也可能在外部（潜艇）。 – 用户指定: • 加速度的大小和方向。 • 流体密度。 • 流体中，自由面的位置。 • 对于壳体，提供了一个顶面/底面选项。
Release 14.0
. . . 几何结构
• Mechanical 允许某部分的刚度特性被定义为“刚性”或者“柔性”。 – 刚体可以不用划分网格,而用一个质量单元代表，因此非常有效的解决求
解时间问题。 – 装配体中的零件仅用于传递载荷，可以视为刚体，从而减少求解时间和模 型。
• 这个主题在ANSYS Mechanical第二部分中将会提及。
• Point mass 受“加速度”，“标准重力加速度”和“旋转速度”的影响，
其他因素对其不产生影响。
• 质量置于选定的几何体上, 假设为刚体连接
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C. 材料属性
在线性静态结构分析中需要给出杨氏模量和泊松比:
• Bonded 和 No Separation 是线性接触, 只需要一次迭代。 – Bonded: 两个面是相对固定, 并且相互没有间隙和滑动发 –
生。 No Separation: 没有间隙但是会发生小滑动。
• Frictionless，Rough 和Frictional 是非线性接触并需要多次迭代。 接触对的内容可以参考ANSYS Mechanical 第二部分课程的 介绍 和 非线性部分的内容。
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… 接触 - 点焊
点焊连接提供了一种在离散点处连接壳组合体的方法: • 在CAD 软件中定义点焊. 目前，只有DesignModeler 和 Unigraphics中定义的点焊 •
可以用于Mechanical。
•载荷和约束的方向分量可以在整体坐标系或局部 坐标系中定义： • 在细节窗口中， 把Define By改为Components，然后通过下拉
菜单选择坐标系。
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… 载荷
• 加速度:
• 施加在整个模型上，单位是长度/时间的平方。 • 加速度可以定义为分量或矢量的形式。 • 加速度产生的力, 其方向与加速度方向相反。（例如，,当一辆汽车加速前进时，
B. 几何模型
在结构分析中，可以模拟各种类型的实体。
对于面体，在Details of surface body中 定要指定厚度值。
一
线体的截面和方向，在DesignModeler里进行定义，并自动导入到Mechanical 中。
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… 载荷
•
• • • •
远程载荷: 平移力载荷可以施加在点、边、面或节点上。 用户指定载荷的原点（附着于几何上或用坐标指定）。 可以以矢量或分量的形式定义。 给面上施加一个等效力或等效力矩。
• 例如： 在一个10英寸的梁端的范围内施加了一个1 lbf的远程载荷，且远
•Solver Controls（求解控制）：
• 两种求解方式（默认是Program Controlled）： – 直接求解 （ANSYS中是稀疏矩阵法） – 迭代求解 （ ANSYS中是PCG（预共轭梯度法））。
• Weak springs:
– 尝试模拟得到约束不足的模型。
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F. 载荷
•载荷和支撑是以所选单元的自由度的形式定义的。
UY
•实体的自由度是x， y 和 z方向上的平移 （壳体还得加上旋 转自由度，绕x，y 和z轴的转动）。
UZ
UX
•约束，不考虑实际的名称，也是以自由度的形式定义的。 •边界条件能加载在几何或者节点上（根据载荷类型定）。
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… 质量点
•在模型中添加Point Mass来模拟结构中没有明确建模的部件: • 一个质量点可以应用在表面,边或点范围内。 • 它的位置可以通过下面任一种方法指定：
• （x， y， z） 坐标系 (整体或局部) • 通过选择顶点/边/面指定具体位置
第五章
静力结构分析
14. 0 Release
ANSYS Mechanical 介绍 第一部分
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概要
• 本章将会介绍Mechanical 中的线性静力结构分析。主要包括以下几个部分：
A. 静力结构分析基础 B. 几何 C. 材料属性 D. 接触
• 存在惯性荷载时，需要给出材料密度； • 当热分析时，需要给出热膨胀系数 ； • 不需要指定导热系数； • 想得到安全系数值，需要给出应力极限。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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D. 接触
•Mechanical中，表面接触单元可以被可看做“皮肤”覆盖在装配体的零件 表面。 •这些单元定义了部件之间的接触行为（例如摩擦、绑定、传热等）。
• 假设是线弹性材料 • 使用小变形理论
{F}是静力荷载
不考虑随时间变化的荷载 不包含惯性影响 （质量、阻尼）
记住关于线性静态结构分析的假设是很重要的。非线性静态分析和动力 学分析将在后面章节进行讲解。
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… 接触
• 可以使用的五种接触类型:
Contact Type Bonded No Separation Frictionless Rough Frictional Iterations 1 1 Multiple Multiple Multiple Normal Behavior (Separation) Tangential Behavior (Sliding) No Gaps No Sliding No Gaps Sliding Allowed Gaps Allowed Sliding Allowed Gaps Allowed No Sliding Gaps Allowed Sliding Allowed
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… 载荷
• 施加压力:
• 在与面垂直的方向, 压力施加在面或者节点上。 • 指向面内方向为正，反之为负。 • 压力单位是力/面积。
• 施加集中力:
• 集中力可以施加在节点、点、边或面上。 • 它将均匀的分布在所有实体上。 • 可以以矢量或分量的形式定义集中力。
•Mechanical中，接触对用不同的颜色表示。
接触面
目标面
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… 接触
• 这里，我们主要介绍面接触的基础内容，更多的内容可以查阅第二部分的
介绍和非线性相关课程。 • 接触区域的一个表面作为接触面，另一表面即为目标面。
• Contact 包含在Connection 分支中，可以被归入多个“接触”文件夹中。 • 用户可以在contact 菜单下, 通过移动滑块, 选择自动接触探测范围, 从而控制误差，
low = loose tolerance; high = tight tolerance).
Loose
Tight
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个。
– 接触面和目标面的数量可以是不一样的。例如，接触面是两个而目标面可以是五
• 接触对在几何模型中通过不同的颜色进行区分。
二维解除对
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. . . 接触
•导入装配体时，各零件间的接触区域将会自动生成。
– 边界条件直接加在节点上，将在这章的第二部分介绍。
•例如，在块体的Z面上施加一个无摩擦约束，表示它Z方向 上的自由度已被约束（其它自由度是无约束的）。
Frictionless surface
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… 载荷
座位给后背的推力。）
•
重力加速度: