1、September 30, 1998,B-1,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),附錄 B:制訂分析方案,September 30, 1998,B-2,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),通?？紤]的分析因素,制訂分析方案是很重要的。一般考慮下列問題： 分析領(lǐng)域 分析目標 線性/非線性問題 靜力/動力問題 分析細節(jié)的考慮 幾何模型對稱性,奇異 單元類型 網(wǎng)格密度 單位制 材料特性 載荷 求解器,September 30, 1998,B-3,Introduction to ANSYS - R

2、elease 5.5 (001128),通?？紤]的分析因素（續(xù)）,制訂得分析方案好壞直接影響分析的精度和成本（人耗工時，計算機資源等），但通常情況下精度和成本是相互沖突，特別是分析較大規(guī)模和具有切割邊界的模型時更為明顯。一個糟糕的分析方案可能導(dǎo)致分析資源緊張和分析方式受得限制。,September 30, 1998,B-4,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),確定合適的分析學(xué)科領(lǐng)域,實體運動，承受壓力，或?qū)嶓w間存在接觸 施加熱、高溫或存在溫度變化 恒定的磁場或磁場 電流（直流或交流） 氣（液）體的運動，或受限制的氣體/液體 以上各種情況的耦

3、合,準則,September 30, 1998,B-5,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),分析目的,分析目的直接決定分析近似模型的確定。分析目的，就是這樣一個問題的答案：“利用FEA我想研究結(jié)構(gòu)哪些方面的情況？”,結(jié)構(gòu)分析: 要想得到極高精度的應(yīng)力結(jié)果，必須保證影響精度的任何結(jié)構(gòu)部位有理想 的單元網(wǎng)格，不對幾何形狀進行細節(jié)上的簡化。應(yīng)力收斂應(yīng)當?shù)玫奖ＷC，而任何位置所作的任何簡化都可能引起明顯誤差。 在忽略細節(jié)的情況下，使用相對較粗糙的單元網(wǎng)格計算轉(zhuǎn)角和法向應(yīng)力。 復(fù)雜的模型要求具有較好的均勻單元網(wǎng)格，并允許忽略細節(jié)因素。,準則,Septe

4、mber 30, 1998,B-6,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),分析目的(續(xù)),模態(tài)分析: 簡單模態(tài)振型和頻率可以忽略細節(jié)因素而使用相對較粗糙的單元網(wǎng)格進行分析計算。 熱分析： 溫度分布梯度變化不大時可以忽略細節(jié)，劃分均勻且相對稀疏的單元網(wǎng)格。 當溫度場梯度較大時，在梯度較大的方向劃分細密的單元網(wǎng)格。梯度越大，單元劃分就越細密。 利用一個能同時模擬兩個物理場的模型求解溫度和熱耗散應(yīng)力，但熱和應(yīng)力模型都是相對獨立的。,September 30, 1998,B-7,Introduction to ANSYS - Release 5.5

5、(001128),靜力 / 動力分析,靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應(yīng)當進行那種動力分析？動力分析的所有載荷都是隨時間變化的，但在許多情況下動力影響可以忽略不計。,一般情況下，激勵頻率低于結(jié)構(gòu)最小固有頻率的1/3時靜力求解就足夠了。 慣性力是動力問題不同于靜力問題的關(guān)鍵之處。,準則,September 30, 1998,B-8,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù),在建立分析模型之前必須制訂好建模方案： 必須考慮那些細節(jié)問題？ 對稱/反對稱/軸對稱？ 模型中存在應(yīng)力奇異？ 選用那種類型的單元？ 線單元 殼單元 XY平

6、面單元 平面應(yīng)力或應(yīng)變單元 軸對稱單元 諧單元 實體單元 專用單元 線性單元/高階單元/P單元 四邊形單元/三角形單元，塊單元/四面體單元,September 30, 1998,B-9,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 細節(jié)處理,對于分析不重要的細節(jié)不應(yīng)當包含在分析模型中。當從CAD系統(tǒng)傳一個模型到 ANSYS程序中時往往可以作大量的簡化處理。 然而，諸如倒角或孔等細節(jié)可以是最大應(yīng)力出現(xiàn)的位置，這些細節(jié)對于你的分析目的是十分重要的。,帶倒角,不帶倒角,準則,September 30, 1998,B-10,Introdu

7、ction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型,對稱 當物理系統(tǒng)的形狀、材料和載荷具有對稱性時，就可以只對實際結(jié)構(gòu)中具有代表性的部分或截面進行建模分析，再將結(jié)果映射到整個模型上，就能獲得相同精度的結(jié)果。,物理系統(tǒng)對稱分析要求具有以下對稱性條件： 幾何結(jié)構(gòu)對稱 材料特性對稱 具有零位移約束 存在非零位移約束,定義,September 30, 1998,B-11,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù)),對稱類型 軸對稱即繞某一軸線存在對稱性，這類結(jié)構(gòu)如

8、：電燈泡，直管，圓錐體，圓盤和圓屋頂。對稱面就是旋轉(zhuǎn)形成結(jié)構(gòu)的橫截面，它可以在任何位置。大多數(shù)軸對稱分析求解必須假定非零約束（邊界），集中力、壓力和體截荷均具有軸對稱。然而，如果截荷不存在軸對稱性，并且是線性分析，可以將截荷分成簡諧成分，進行獨立求解（然后進行疊加）。,定義,September 30, 1998,B-12,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù)),對稱類型(續(xù)) 旋轉(zhuǎn)對稱即結(jié)構(gòu)由繞軸分布的幾個重復(fù)部分組成，諸如渦輪葉片這類物體。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)對稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體載

9、荷應(yīng)具有對稱性。然而，如果載荷不對稱分布，并且如果是線性分析，它們可以利用周期對稱求解。,定義,September 30, 1998,B-13,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù)),對稱類型(續(xù)) 平面 或 鏡面對稱即結(jié)構(gòu)的一半與另一半成鏡面映射關(guān)系，對稱位置（鏡面）稱為對稱平面。大多數(shù)平面對稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體力應(yīng)當對稱。但是，如果這些載荷不對稱，并且是線性分析，它們可以分成對稱或反對稱問題進行獨立求解。,定義,該圖顯示了鏡面對稱和旋轉(zhuǎn)對稱,September 30, 1

10、998,B-14,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù)),對稱類型(續(xù)) 重復(fù) 或 平移對稱即結(jié)構(gòu)是由沿一直線分布的重復(fù)部分組成，諸如帶有均勻分布冷卻節(jié)的長管等結(jié)構(gòu)。該對稱要求非零位移約束，集中力、壓力和體載荷應(yīng)具有對稱性。,一個結(jié)構(gòu)可能由多個對稱平面，這樣就可以利用對稱性建立一個很小的等效分析模型。,定義,圖示模型具有鏡面對稱 (2X) 和 重復(fù)對稱,September 30, 1998,B-15,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) -

11、 對稱性模型(續(xù)),在實際當中，可以利用對稱模型進行分析能獲得更好的分析結(jié)果，因為可以建立更精確、綜合考慮各細節(jié)的模型。這里有一個真實的軸對稱（3D）模型。,準則,September 30, 1998,B-16,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 對稱性模型(續(xù)),在某些情況下，僅僅是那些較次要的結(jié)構(gòu)細節(jié)破壞了結(jié)構(gòu)對稱性。有時，這些細節(jié)可以忽略（或認為它們是對稱的），進而利用對稱性的優(yōu)點建立更小的分析模型。這樣計算獲得結(jié)果的精度損失是很難估計的。,September 30, 1998,B-17,Introduction

12、to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異,應(yīng)力奇異 是有限元模型中由于幾何構(gòu)造或載荷引起彈性理論計算應(yīng)力值無限大。即使是奇異點，材料的非線性特性不可能允許應(yīng)力值出現(xiàn)無限增大情況，在理論上總體應(yīng)變也是有限的（許多設(shè)計準則都是根據(jù)應(yīng)力制訂的，例如設(shè)計疲勞曲線，但實際上是基于應(yīng)變制訂的）。,在應(yīng)力奇異處: 單元網(wǎng)格越是細化，越引起計算應(yīng)力無限增加，并且不再收斂。 網(wǎng)格疏密不均勻時網(wǎng)格離散誤差也大小不一（自適應(yīng)網(wǎng)格劃分結(jié)果是失敗的或者網(wǎng)格錯誤）。,定義,September 30, 1998,B-18,Introduction to ANSYS - R

13、elease 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異(續(xù)),September 30, 1998,B-19,Introduction to ANSYS - Release 5.5 (001128),高效率建模技術(shù) - 應(yīng)力奇異(續(xù)),一般應(yīng)力奇異發(fā)生情形： 添加在節(jié)點上的集中載荷（集中力）與施加在與該節(jié)點相連單元上的均布或變化的面載荷（壓力）等相當?shù)脑?，這些節(jié)點處就成為應(yīng)力奇異點。 離散約束點導(dǎo)致非零反力的出現(xiàn)，就如同在節(jié)點上施加一集中力，這時約束點也就成為應(yīng)力奇異點。 銳利（零半徑倒角）拐角處。,不常見的應(yīng)力奇異情形： 由于在劃分單元網(wǎng)格時出錯，模型中存在的“裂縫”。 曲邊單元中處在極不理想位置的中間點（ANSYS單元形狀檢查會發(fā)出警告）。 嚴重扭曲的單元（ ANSYS單元形狀檢查會發(fā)出警告）。,September 30, 1998,B-20,Introduction to ANSYS - Release 5.5