【正文】 加 載 載荷概述有限元分析的主要目的是檢查結構或構件對一定載荷條件的響應。因此，在分析中指定合適的載荷條件是關鍵的一步。在 ANSYS 程序中，可以用各種方式對模型加載，而且借助于載荷步選項，可以控制在求解中載荷如何使用。 什么是載荷在 ANSYS 術語中，載荷（loads）包括邊界條件和外部或內部作用力函數，如圖 21 所示。不同學科中的載荷實例為：結構分析：位移，力，壓力，溫度（熱應變），重力熱分析：溫度，熱流速率，對流，內部熱生成，無限表面磁場分析：磁勢，磁通量，磁場段，源流密度，無限表面電場分析：電勢（電壓），電流，電荷，電荷密度，無限表面流體分析：速度，壓力圖 21 “載荷”包括邊界條件以及其它類型的載荷載荷分為六類：DOF 約束，力（集中載荷），表面載荷，體積載荷、慣性力及耦合場載荷。DOF constraint （DOF 約束）將用一已知值給定某個自由度。例如，在結構分析中約束被指定為位移和對稱邊界條件；在熱力分析中指定為溫度和熱通量平行的邊界條件。Force163。168。193。166。163。169。206。170。202。169。188。211。211。218。196。163。208。205。189。218。181。227。181。196。188。175。214。208。212。216。186。201。161。163。192。253。200。231。163。172。212。218。189。225。185。185。214。206。246。214。208。177。187。214。184。182。168。206。170。力和力矩；在熱力分析中為熱流速率；在磁場分析中為電流段。Surface load163。168。177。237。195。230。212。216。186。201。163。169。206。170。202。169。188。211。211。218。196。179。184。246。177。237。195。230。201。207。181。196。214。178。188。212。216。186。201。161。163。192。253。200。231。163。172。212。218。189。225。185。185。23ANSYS 基本分析過程指南分析中為壓力；在熱力分析中為對流和熱通量。Body load163。168。204。229。187。253。212。216。186。201。163。169。206。170。204。229。187。253。181。196。187。242。179。161。212。216。186。201。161。163。192。253。200。231。163。172。212。218。189。225。185。185。214。206。246。214。208。206。170。206。194。182。200。186。205。fluences163。187。212。218。200。200。193。166。214。206。246。214。208。206。170。200。200。201。179。201。203。217。194。202。163。187。212。218。180。197。179。161。214。206。246。214。208。206。170。193。247。195。220。182。200。161。163。Inertia loads163。168。185。223。208。212。212。216。186。201。163。169。211。201。206。239。204。229。185。223。208。212。210。253。198。240。181。196。212。216。186。201。163。172。200。231。214。216。193。166。188。211。203。217。182。200。163。172。189。199。203。217。182。200。和角加速度。主要在結構分析中使用。Coupledfield loads163。168。241。238。186。207。179。161。212。216。186。201。163。169。206。170。210。212。201。207。212。216。186。201。181。196。210。187。214。214。204。216。202。226。199。233。191。246。163。172。180。211。210。187。214。214。214。析得到的結果用作為另一分析的載荷。例如，可施加磁場分析中計算出的磁力作為結構分析中的力載荷。其它與載荷有關的術語的定義在下文中出現。 載荷步、子步和平衡迭代載荷步僅僅是為了獲得解答的載荷配置。在線性靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析中，可以使用不同的載荷步施加不同的載荷組合－在第一個載荷步中施加風載荷，在第二個載荷步中施加重力載荷，在第三個載荷步中施加風和重力載荷以及一個不同的支承條件，等等。在瞬態(tài)分析中，多個載荷步加到載荷歷程曲線的不同區(qū)段。ANSYS 程序將把在第一個載荷步選擇的單元組用于隨后的所有載荷步，而不論你為隨后的載荷步指定哪個單元組。要選擇一個單元組，可使用下列兩種方法之一。Command(s)163。168。195。252。193。238。163。169。： ESELGUI:Utility MenuSelectEntities圖 22 顯示了一個需要三個載荷步的載荷歷程曲線－第一個載荷步用于（rampedload163。169。207。223。208。212。212。216。186。201。163。172。181。218。182。254。184。246。212。216。186。201。178。189。211。195。211。218。212。216。186。201。181。196。178。187。177。228。178。191。214。163。172。181。218。200。253。184。246。212。216。186。201。178。189。211。195。211。218。208。182。212。216。161。163。圖 22 使用多個載荷步表示瞬態(tài)載荷歷程。子步為執(zhí)行求解的載荷步中的點。使用子步，有如下原因。在非線性靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析中，使用子步逐漸施加載荷以便能獲得精確解。在線性或非線性瞬態(tài)分析中，使用子步滿足瞬態(tài)時間累積法則（為獲得精確解通常規(guī)定一個最小累積時間步長）。在諧波響應分析中，使用子步獲得諧波頻率范圍內多個頻率處的解。24ANSYS 基本分析過程指南，平衡迭代是在給定子步下為了收斂而計算的附加解。僅用于收斂起著很重要的作用的非線性分析（靜態(tài)或瞬態(tài)）中的迭代修正。 例如，對二維非線性靜態(tài)磁場分析,為獲得精確解,通常使用兩個載荷步。（如圖23 所示） 第一個載荷步，將載荷逐漸加到 5 至 10 個子步以上，每個子步僅用一次 平衡迭代。 第二個載荷步，得到最終收斂解，且僅有一個使用 1525 次平衡迭代的子 步。圖 23 載荷步，子步和平衡迭代 跟蹤中時間的作用 在所有靜態(tài)和瞬態(tài)分析中，ANSYS 使用時間作為跟蹤參數，而不論分析是否依賴于時間。其好處是：在所有情況下可以使用一個不變的“計數器”或“跟蹤器”，不需要依賴于分析的術語。此外，時間總是單調增加的，且自然界中大多數事情的發(fā)生都經歷一段時間，而不論該時間多么短暫。 顯然，在瞬態(tài)分析或與速率有關的靜態(tài)分析（蠕變或粘塑性）中，時間代表實際的、按年月順序的時間，用秒、分鐘或小時表示。在指定載荷歷程曲線的同時（使用 TIME 命令），在每個載荷步結束點賦時間值。使用下列方法之一賦時間值：Command(s)163。168。195。252。193。238。163。169。： TIMEGUI:Main MenuPreprocessorLoadsTime/FrequencTime and Substps or Time Time StepMain MenuSolutionSol39。n Control:Basic TabMain MenuSolutionTime/FrequencTime and Substps or Time Time StepMain MenuSolutionUnabridged MenuTime/FrequencTime and Substps or Time TimeStep然而，在不依賴于速率的分析中，時間僅僅成為一個識別載荷步和子步的計數器。缺省情況下，程序自動地對 time 賦值，在載荷步 1 結束時，賦 time=1163。187。在載荷步 2 結束時， time=2163。187。賦依次類推。載荷步中的任何子步將被賦給合適的、用線性插值得到的時間值。在這樣的分析中，通過賦給自定義的時間值，就可建立自己的跟蹤參數。例如，若要將 100 個單位的載荷增加到一載荷步上，可以在該載荷步的結束時將時間指定為 100163。172。210。212。202。185。212。216。186。201。186。205。202。177。188。228。214。181。205。234。200。171。205。172。178。189。161。163。25ANSYS 基本分析過程指南 那么，在后處理器中，如果得到一個變形時間關系圖，其含義與變形載荷關系相同。這種技術非常有用，例如，在大變形屈曲分析中，其任務是跟蹤結構載荷增加時結構的變形。 當求解中使用弧長方法時，時間還表示另一含義。在這種情況下，時間等于載荷步開始時的時間值加上弧長載荷系數（當前所施加載荷的放大系數）的數值。ALLF 不必單調增加（即：它可以增加、減少或甚至為負），且在每個載荷步的開始時被重新設置為 0161。163。210。242。180。203。163。172。212。218。187。161。179。164。199。243。189。226。214。208。163。172。202。177。188。228。178。187。247。206。170?！?88。198。202。253。198。247?！薄? 弧 長 方 法 是 一 先 進 的 求 解 技 術 ， 關 于 使 用 該 方 法 的 細 節(jié) ， 參 見 ANSYSStructural Analysis Guide （ ANSYS 結 構 分 析 指 南 ） 的 Nonlinear StructuralAnalysis161。163。 載荷步為作用在給定時間間隔內的一系列載荷。子步為載荷步中的時間點，在這些時間點，求得中間解。兩個連續(xù)的子步之間的時間差稱為時間步長或時間增量。平衡迭代純粹是為了收斂而在給定時間點進行計算的迭代求解方法。 階躍載荷和坡道載荷當在一個載荷步中指定一個以上的子步時，就出現了載荷應為階躍載荷或是線性載荷的問題。如果載荷是階躍的，那么，全部載荷施加于第一個載荷子步，且在載荷步的其余部分，載荷保持不變。如圖 24(a)203。249。202。190。161。163。如果載荷是逐漸遞增的，那么，在每個載荷子步，載荷值逐漸增加，且全部載荷出現在載荷步結束時。如圖 24(b)203。249。202。190。161。163。圖 24 階躍載荷與坡道載荷 KBC 命 令 (Main MenuSolutionSol39。n Control:Transient Tab, MainMenuSolutionTime/FrequencFreq amp。 Substeps / Time and Substps / Time amp。Time Step, or Main MenuSolutionUnabridged MenuTime/Frequenc212。216。186。201。Freq amp。 Substeps / Time and Substps / Time amp。 Time Step)211。195。211。218。177。237。202。190。212。216。186。201。206。170。198。194。181。192。212。216。荷還是階躍載荷。 KBC,0 表示載荷為坡道載荷； KBC,1 表示載荷為階躍載荷。缺省值取決于學科和分析類型[以及SOLCONTROL 處于 ON 或 OFF 狀態(tài)。 Load step options 載荷步選項）（是用于表示控制載荷應用的各選項（如時間，子步數，時間步，載荷為階躍或逐漸遞增）的總稱。其它類型的載荷步選項包括收斂公差（用于非線性分析），結構分析中的阻尼規(guī)范，以及輸出控制。26ANSYS 基本分析過程指南 如何加載可將大多數載荷施加于實體模型（關鍵點，線和面）上或有限元模型（節(jié)點和單元）上。例如，可在關鍵點或節(jié)點施加指定集中力。同樣地，可以在線和面或在節(jié)點和單元面上指定對流（和其它表面載荷）。無論怎樣指定載荷，求解器期望所有載荷應依據有限元模型。因此，如果將載荷施加于實體模型，在開始求解時，程序自動將這些載荷轉換到節(jié)點和單元上。 實體模型載荷：優(yōu)點和缺點優(yōu)點實體模型載荷獨立于有限元網格。即：你可以改變單元網格而不影響施加的載荷。這就允許你更改網格并進行網格敏感性研究而不必每次重新施加載荷。與有限元模型相比，實體模型通常包括較少的實體。因此，選擇實體模型的實體并在這些實體上施加載荷要容易得多，尤其是通過圖形拾取時。缺點ANSYS 網格劃分命令生成的單元處于當前激活的單元坐標系中。網格劃分命令生成的節(jié)點使用整體笛卡爾坐標系。因此，實體模型和有限元模型可能具有不同的坐標系和加載方向。在簡化分析中，實體模型不很方便。此時，載荷施加于主自由度。（你僅能在節(jié)點而不能在關鍵點定義主自由度。）施加關鍵點約束很棘手，尤其是當約束擴展選項被使用時。（擴展選項允許你將一約束特性擴展到通過一條直線連接的兩關鍵點之間的所有節(jié)點上。）不能顯示所有實體模型載荷。關于實體模型載荷的說明 如前所述，在開始求解時，將實體模型載荷自動轉換到有限元模型。如果你將實體模型載荷與有限元模型載荷、藕合或約束方程混合起來，應該預防以下沖突:?轉換過的實體模型載荷將取代現有的節(jié)點或單元載荷,而不管這些載荷的輸入順序。例如,轉換的時候,在一條線上的DL,UX 命令將改寫任何這條線上節(jié)點的D,UX39。s 命令。刪除實體模型載荷將刪除所有對應的有限元載荷。例如,在一個面上的SFADELE,PRES 命令將立即刪除任何在這個面上單元用SFE,PRES39。s 命令定義的載荷。線或面的對稱或反對稱條件(DL,SYMM, DL,ASYM, DA,SYMM, 或DA,ASYM) 經常引入節(jié)點旋轉,而屬于被約束的線或面的節(jié)點,它的節(jié)點約束,節(jié)點力,聯結,或約束平衡將受到影響。27??ANSYS 基本分析過程指南 有限單元載荷：優(yōu)點和缺點優(yōu)點在簡化分析中不會產生問題，因為可將載荷直接施加在主節(jié)點。不必擔心約束擴展，可簡單地選擇所有所需節(jié)點，并指定適當的約束。缺點任何有限元網格的修改都使載荷無效，需要刪除先前的載荷并在新網格上重新施加載荷。不便使用圖形拾取施加載荷。除非僅包含幾個節(jié)點或單元。以下幾節(jié)討論如何施加各類載荷約束，集中力，表面載荷，體積載荷，慣性載荷和耦合場載荷，并解釋如何指定載荷步選項。 DOF 約束表 21 顯示了每個學科中可被約束的自由度和相應的 ANSYS 標識符。標識符（如 UX163。172。ROTZ163。172。AY 等）標識符所指的方向基于節(jié)點坐標系。對不同坐標系的描述，參見ANSYS Modeling and Meshing Guide ANSYS 建模和網格劃分指南）（。表 22 顯示了施加、列表顯示和刪除 DOF 約束的命令。注意：可將約束施加于節(jié)點，關鍵點，線和面上。表 21 每個學科中可用的 DOF 約束學科結構分析熱分析磁場分析電場分析流體分析自由度平移旋轉溫度矢量勢標量勢電壓速度