ANSYS结构分析指南 第六章 p方法结构静力分析.pdf
《ANSYS结构分析指南 第六章 p方法结构静力分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《ANSYS结构分析指南 第六章 p方法结构静力分析.pdf(28页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、ANSYS构造分析指南第六章p-方法构造静力分析6.1 p-方法分析的定义P-方法得到依据用户指定精度的结果,如位移、应力或应变等。为了计算这些结果,p-方 法操作(用于近似真实解的)有限元形函数的多项式水平(P-水平)。其工作原理是,在确定的网格密度下,依据给定的p-水平求解,然后逐步增大p-水平,对 该网格再次求解。每一次进展这种迭代后,把其结果与一组收敛准则进展比较。用户可以指定 收敛判据中包括模型某一点或某些点的位移、转角、应力、应变,以及总体应变能。p-水平越 高,则有限元解越接近真实解。为了利用p-方法的功能,用户并不需要只限于在p-方法生成的网格范围内工作。在网格生 成时考虑了
2、p-单元的应用时,p-方法最为有效,但并不要求必需如此。固然,用户可以对模型 承受p-单元来建立和分网,也可以对为h-单元生成的网格(由ANSYS或CAD软件包生成)来进展p-方法求解,但是该单元应当至少有中节点。这样,不管用什么方法生成网格,都可以 利用p-方法的优点。p-方法可以对任意网格自动改进其结果。6.2 应用p-方法的优点对于构造线性静力分析而言,p-方法求解选项供给了比传统h-方法(已在以前各章论述)更多 的优点。最显著的优点是,不需用户严格地把握网格,就可以使求解提高到适宜的精度水平。假设用户是有限元分析的手,或者在网格设计时没有坚实的根底学问,你可能更宠爱这种方法,由于这种方
3、法减轻了用户手工设计准确网格的负担。此外,P-方法自适应加密方法供给了比h-方法更准确的误差评估,可以按局部计算,也可 以按总体计算(如某点处的应力,而不是应变能)。例如,用户需要获得在某点上的高精度解(如 断裂或疲乏组件),p-方法为在这些点上取得要求精度的结果供给了极佳的方法。6.3 应用p-方法用P-方法进展静力分析分为四个步骤:1、选择p-法;2、建模;3、施加载荷和求解;4、检查结果。6.3.1 选择p-方法可用二种方法激活p-方法求解程序。1.通过GUI激活p-方法命令:/PMETHGUI:Main Menu Preferences p-method2.定义p-单元假设用户在GUI
4、外工作,定义p-单元让程序知道要承受p-方法求解,不再需要用其他命令 来初始化p-方法。假设在GUI内工作,可在输入窗口中用ET命令来激活p-方法。请记住,ET命令必需在输入窗口中输入,由于除非激活p-方法,缺省时在GUI上只显示h-单元。命令:ETGUI:Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete6.3.2 建模必需按如下步骤建立包含p-单元的模型:1、定义单元类型;2、指定材料特性和/或实常数;3、定义模型的几何实体;4、划分实体或壳单元网格。上面的步骤对大多数分析来说是共同的。见ANSYS Modeling and Meshin
5、g Guide。在下面将争论p-方法分析特有的一些技术。6.3.2.1定义单元类型用户可以用下面五种p-单元来建模:1、2D四边形单元(PLANE145);2、2D三角形单元(PLANE146);3、3D 砖块单元(SOLID147);4、3D四周体单元(SOLID体8);5、3D 壳单元(SHELL150)。留意-h-单元和p-单元不能在模型中同时激活。6.3.2.1.1指定p-水平范围在应用p-单元时,有很多项选择项可用。其中一个重要选项是可以指定(局部地或全部地)一个可以变化的p-水平范围。一个p-水平的可变范围可以通过p-单元KEYOPT设置KEYOPT和KEYOPTQ)局部地 指定,
6、也可以通过PPRANGE命令全面地通过整个模型把握。缺省时,p-水平范围是28。在指定p-水平范围时,如同时应用K EYOPT值和PPRANGE二者,则局部p-水平范围 将优先于全局p-水平范围PPRANGE。例如,如用PPRANGE设置了总体p-水平范围38,然后又对PLANE145单元定义了 局部p-水平范围46(ET,1,145,4,6)。则PLANE145单元的p-水平范围将为46,而模型内 的其他局部将为38。在(缺省的)开头的p-水平上,执行收敛检查以确定这些单元中哪些已收敛,也可能把它们 的p-水平固定在2O也就是说这些单元的p-水平保持为2,而取消其他进一步的收敛检查。在 每次
7、迭代上还进展附加的检查,以固定在已收敛单元的p-水平。留意-对于SHELL150单元,收敛检查的开头水平为3而不是2O应用局部p-范围把握来删除对高阶p-升级不重要的区域。应用全局p-范围来把握总体的 P-水平。这些范围把握并不是必需的,但p-升级到很高的p-水寻常,会增加CPU时间。因此,这种把握有其优点。1、定义局部p-水平范围。命令:ETGUI:Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete2、定义全局p-水平范围。命令:PPRANGEGUI:Main Menu Preprocessor Loads-Load Step Opts-p
8、-MethodSet p range参见ANSYS Element Reference中论述上述单元的内容。6.2.2.2指定材料特性和/或实常数6.2.2.2.1材料特性P-单元的材料特性可以是常数或温度相关,各向同性或正交异性。与其他构造分析类似,假设用户打算施加惯性载荷(如重力或转速),则还要指定计算质量所需的密度(DENS)。必需定 义弹性模量(EX),假设施加热载荷还要指定热膨胀系数(ALPX)。命令:MPGUI:Main Men u Preprocessor Material Props Material ModelsStructural DensityMain Menu Prep
9、rocessor Material Props Material ModelsStructural Linear Elastic IsotropicMain Menu Preprocessor Material Props Material ModelsStructural ThermalExpansion Coef lsotropic警告p-单元不支持正交异性材料方向定义所用的单元座标系ESYS。全部单元座标系均 平行于总体直角坐标系。6.3.2.2.2实常数用户可能要定义2D单元的厚度。对于SHELL150单元,必需定义厚度。命令:RGUI:Main Menu Preprocessor R
10、eal Constants6.3.2.3 定义几何实体用户可用ANSYS Modeling and Meshing Guide中所述的各种技术来建立几何实体。也 可以通过ANSYS Connection从CAD系统中输入几何实体。假设用户在ANSYS内建立几何实体,则可以应用实体建模和直接生成技术。留意-在打算用P-网格时,不推举承受直接生成法,由于P-单元要求在单元的几何定义中 要有中节点。在外表曲率重要的状况下,可以不严密地手工定义每一个中节点。此外,EMID命 令不会在曲线上放置节点。因此应用实体建模在生成中节点方面要便利得多。用户不应遗漏p-单元的任何中节点。假设用直接生成法或从另外资
11、源输入网格,请记住:1、曲的单元边不应当超过30。的弧。2、相邻边的角度应当在10-170。之间,单元外形检查将警告说相邻边应当在30-150 之间,但对p-单元来说此值在10-170。间通常还是可承受的。3、一个简洁的法则是保持形态比(单元长宽比)小于20:1。6.3.2.4 把模型离散成实体或壳单元6.3.2.4.1 承受程序缺省方法在生成了实体模型以后,现在可以应用p-单元来划分网格了。有关方法参见ANSYS Modeling and Meshing Guide 7O与h-单元相比,对于p-单元来说,程序将在缺省状况下生 成较粗的网格。通常不需指定任何网格尺寸把握,由于缺省值一般可给出足
12、够的网格。此外,每个单元的p-水平,在分析期间将被操作,以得到准确和有效的结果。对于工程设计争论,由 相对较粗糙的、无梯度网格得到结果,精度通常就已足够了。(有梯度网格是指在模型中,关键 位置网格较密,而其他地方相对较粗的这样一种粗密过度网格)。留意-自适应网格技术在p-方法中无效。6.3.2.4.2指定网格把握缺省时,DESIZE命令自动把握单元尺寸。对于自由网格,用户也可以承受智能尺寸特性 SMARTSIZ日把握单元尺寸。对p-单元来说智能尺寸通常生成质量较高的单元,因此建议使用。(在影射网格时,智能尺寸无效)。命令:SMRTSIZEGUI:Main Menu Preprocessor-M
13、eshing-Size Cntrls-SmartSize-Basic或命令:DESIAZEGUI:Main Menu Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-Manual Size-Global-Other留意-由于p-单元的网格相对较粗些,因此p-单元分析时缺省的单元尺寸与h-单元所用的 不同。见SMRTSIZE和DESIZE命令的说明。对于断裂或疲乏分析,用户可能照旧需要指定网格把握,由于网格必需足够密才能得到适 宜的精度(在关键区域四周)。在这种状况下,例如在有数个几何过渡区时,用户可能还需要指 定网格把握,以免分网失败。对于曲线的几何实体,可能也需要指定网格把
14、握,在这里很难承受缺省的网格尺寸设置取 得成功分网。在缺省条件下,可能产生外形很差的单元,这是由于不能用完可能少的单元来匹 配曲线倒角。用户定义的网格把握可减小这一困难。6.3.2.4.3建立良好网格的一些技巧1、细分简洁的几何实体,或者把其当作一系列几何实体来建立。一个根本原则是,假设你 站在一个几何体的里面,你应当能看到全部的角落。假设这样做不到,就应当考虑把这个几何 体细分成多个几何体。2、相互“平行或接近的线上的划分数目应当相当均衡。智能分网方法SMRTSIZE对这种 要求把握良好。然而,假设应用DESIZE方法,则应当设置局部网格把握,以使该区域到达 良好的网格。3、对于类似于梁或壳
15、的模型,在分网模型的厚度方向应用一个单元。智能网格把握将自动 这样做。但是假设承受DESIZE方法,则要把单元的缺省尺寸MINH设置为DESIZE,1。rMfntapMsthtHi IlDyiX o*图6-1风扇模型p-单元与h-单元的比照6.3.3 建模的其他信息6.3.3.1 查看单元模型子网(Subgrid)方法是一种显示模型的方法,其中显示的单元曲率的量可以把握。用户可以 显示模型中各种不同程度的曲率,只要指定单元显示时的“小片”数目。所谓“小片(facets)”是用 于代表单元面或边的真实曲线的线性分片近似。大量的“小片”可以更光滑地代表p-单元的图形 显示。对于p-单元显示,Pow
16、erGraphics是缺省的图形显示方法。这一方法要比完全模型方法 快得多。参见 10o关于/EF ACET,参见后面的论述。命令:/EFACETGUI:Utility Menu PlotCtrls Style Size and Shape6.3.3.2 相合用户可以耦合p-单元上的节点间的自由度以把握节点求解行为。全部耦合节点,将强迫其 在指定的节点座标系方向上有同样的位移值。位移值要待分析完成之后才知道。命令:CPGUI:Main Menu Preprocessor Coupling/Ceqn Couple DOF s耦合集中定义的第1个自由度设置为主自由度,其他全部自由度则从求解矩阵中删
17、除,由 于它们与主自由度一样。留意-对于p-单元,假设中节点也是同一耦合集中的一局部,那么只有角节点可以定义为 主自由度。对于p-单元,只有下面描述的节点组合才在耦合时允许,而任何从这些组合中的导出似乎 会产生奇异。6.3.3.2.1 允许的角节点料合1、同一单元的二个角节点耦合。I另 f;CP图6-2 一个单元的节点耦合2、相邻单元边/面之间二个节点耦合。CPA.UX3.11图6-3相邻单元间的节点耦合63322允许的中节点耦合1、单元边和面上的角节点都属于同一耦合集。只有角节点可以定义为主自由度。3 5人也猛3 butNOr CMUV3图6-4 2个角节点的耦合2、耦合集中的全部节点都是中
18、节点。在这种状况下,其中一个中节点必需被定义为主自由度,但这仅限于在同一耦合集中无角节点的时候才有效。CP0 1axl6.16图6-5全部耦合节点的是中节点留意-假设在一个p-单元中,你已经耦合了面或边(即单元上全部的边或全部在单元边上的 节点均被耦合),该边或面的p-水平将维持为2O此外,在p-单元分析中,约束方程(用于代表 相对刚性部件)是无效的。6.3.4 施加载荷和求解1 进入 SOLUTION命令:/SOLUGUI:Main Menu Solution2定义分析选项可以选择下面三个方法之一求解P-方法分析产生的联立方程。参见ANSYS Basic AnalgsisGuide)3O1)
19、波前求解器2)JCG求解器3)PCG求解器(推举)命令:EQSLVGUI:Main Menu Solution-Analysis Type-Solln ControkSornOptions TabMain Menu Solution Unabridged Menu Analysis Options建议用户承受PCG求解器来分析p-单元。对于3D实体模型以及对于格外大型的2D模型(通常大于40,000自由度),PCG求解器一般要比JCG求解器和波前求解器快:1)对于p-单元,PCG求解器比波前求解器快5-10倍;2)对于p-单元,PCG求解器要比JCG求解器明显的快;3)对于激活4阶或更高阶的p
20、-水寻常,PCG求解器可以大大节约计算机时。在某些状况下,如在模型中包含大形态比或材料不连续时,在用PCG求解器时,要进展大 量所迭代才能到达收敛。这时可在EQSLV命令中应用MULT选项增大最大迭代数。这一选 取项仅在用PCG求解器求解时有效。见ANSYS Commands Referenced中对EQSLV命令的说明。但PCG求解器在p-单元的壳单元时无效。参见ANSYS Basic Analgsis Guide3O3加载把载荷施加到实体模型(关键点、线、面)或有限元模型(节点和单元)。但惯性载荷(如重力、转速等)除外,它与模型无关。参见ANSYS Basic Analgsis Guide
21、 2O内部自由度和节点座标系为了正确地施加边界条件,用户需要了解节点座标系,以及如何处理不与一个节点相连的 自由度。自由度是指单元上允许的运动或变形。不与一个节点相连的自由度称为内部自由度。1)内部自由度允许单元对真实解进展近似。在每一个循环中,随着p-水平的提高,在单元 中将添加更多的自由度。其中一些自由度位于单元边界上(边或内部面),导致变形为28阶多 项式。在很多状况下,p-水平越高,变形越简洁,也更近似于真实解。2)节点座标系在每个节点上定义自由度方向。每个节点有自身的节点座标系,缺省时平行 于总体直角坐标系(不管该节点定义为何种座标系)。节点可以旋转到一个节点座标系NROTAT)。然
22、后在节点座标系中施加约束和力。参见ANSYS Modeling and Meshing Guide)。程序把内部自由度对齐节点座标系(由单元面或边缘上的节点定义)。在已旋转的节点座标系上,节点所施加的位移约束,只有在定义该边缘或面的全部节点也 旋转进一样的座标系时,才施加到单元边缘或面上的内部自由度上。见图6-6o因此,施加于 相邻外表节点上的任何对称/反对称位移边界条件应参照一样的座标系。假设把对称/反对称位移 边界条件施加于面或线上,应当验证在每个面上的全部点都在一样的方向上进展约束。否则对 各个节点分别施加边界条件。假设某条边或面上节点的自由度没有被完全约束即只有局部被约束,如仅约束UX
23、,并且这些节点的节点旋转不一样,与之相关单元的P-水平超过了 3,那么这些节点上的应力结 果可能不够准确。节点座标系不必与总体直角坐标系平行。在用户模型外表涉及对称或反对称位移约束时,就会形成不平行于总体直角坐标系的节点座标系。图6-6旋转节点上的约束可用于p-方法分析的载荷表2-5列出了可应用静力分析的载荷。下面简洁争论各种类型的载荷。1)位移(UX,UY,U乙ROTX,ROTY,ROTZ)是在模型边界上指定的自由度约束,用于定义 刚性支承点。也可以用于指定对称边界条件及运动的点。标号所指的方向承受节点座标系。施加于单元边或面上全部节点的位移边界条件,也将约束沿该边或面的高阶变形。因此,假设
24、在该方向上全部节点均未约束,则约束的将是低阶变形,而不是高阶变形。绝不能仅仅约 束一个边上的中节点的位移。但是,可以在角节点上施加单个约束。强迫运动可以仅在一个单元边或面上线性变化。程序将无视抛物线变化的强迫运动。2)力(F X,F Y,F Z)是在模型外部指定的集中力。位于节点座标系。3)力矩(MX,MY,MZ)是模型外部指定的集中力矩。位于节点座标系。借旬i)应当避开施加单个点的载荷或约束,由于这样可能引起应力奇异。假设施加了这种载荷 或约束,要把与这些节点相连的单元在收敛计算中剔除。参见后面争论。ii)不要在中节点施加力和力矩。力和力矩只能施加在角节点。此外,面外力矩(单元 ROTL)不
25、应施加于SHELL150单元。4)压力(PRES)是外表载荷,一般施加于模型外部。正压力指向单元面(使单元受压)。5)温度(TEMP),用于争论热膨胀或收缩(即热应力)效应。如要计算热应变则必需定义热膨 胀系数。可以从一个热分析中读入温度,也可以在节点或几何实体模型关键点上直接指定温度。从热分析中提取温度数据:把p-单元模型分网;把p-单元类型转换成以下热单元类型;PLANE145-PLANE77,PLANE146-PLANE35,SOLID147-SOLID90,SOLID148-SOLID87,但温度分析中无与 SHELL150 相应的单元。执行热分析;把单元类型改回p-单元类型以便执行p
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- ANSYS结构分析指南 第六章 p方法结构静力分析 ANSYS 结构 分析 指南 第六 方法 静力
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。