线性材料模型静态应力

使用多个载荷工况运行单个分析

如果使用多个载荷工况,只需设置一次模型,即可获得多个载荷组合的结果。这可通过“分析参数”对话框的“乘子”选项卡(部分)设置。

对模型施加节点或边缘力和节点力矩时,您可以指定放置在“载荷工况/载荷曲线”字段中的载荷工况。节点力不受“分析参数”、“乘子”对话框的影响。

您可以在“分析参数”对话框的“乘子”选项卡中为每个载荷工况的“载荷工况乘子”表创建一行,并将对话框中列出的单元类型载荷乘以输入的值。

执行分析后,为每个指定载荷工况输出一组单独的结果。在“结果”环境中,您可以使用“结果选项”“荷载工况选项”“载荷工况”查看每个载荷工况的结果。

计算反作用力

典型的应力分析计算结果显示作用于有限元的节点位移和应力。有时,您可能想知道模型施加于其他对象的力/力矩有多大。例如,固定在一端并由另一端施加垂直力的悬臂梁产生反作用力/力矩。

图 1:悬臂梁的自由体示意图

F = 梁施加于墙面的反作用力。

Fd = 梁施加于墙面的反作用力矩。

内部力计算器报告模型中所有节点的反作用力。这可通过激活“分析参数”对话框的“解”选项卡中的“计算反作用力”复选框启用。通常,仅具有特定边界条件的节点才会给出非零反作用力。内部力计算器生成 filename.ro 文件。.ro 文件是一个未格式化的直接访问文件,其中包含节点反作用力、节点指定力以及不同节点的力差。此文件与 .do 文件类似,可用于“结果”环境(当然,载荷工况数是其三倍之多)。反作用力的文本结果将写入 filename.l 文件。

结构分析求解以下方程组:

K D = F (Kij Dj = Fi j sum)

其中

K 是刚度矩阵

D 是节点位移/转动的矢量

F 是外施载荷和边界条件的矢量

A 是装配件运算符

ke 是单元级的刚度矩阵

fe 是单元级的指定力矢量(包括面力、体积力、热载荷等)

是指定离心力的单元级矢量

de 定义为单元位移矢量(即,从矢量 D 获值,对应于单元节点)

Fn 是节点指定力/力矩的矢量

内部力计算器使用以下定义:

R = -KD = 节点反作用力

F = 指定节点力

F - KD = 节点残余力 (R + F)

-ke de = 单元反作用力

fe + = 单元指定力

注: R 表示模型施加于其他对象的节点反作用力矢量。因此,R 必须平衡模型上的外部指定力 F。(R + F = 0)。结构分析忽略对应于 KD=F 中的约束节点的方程。内部力计算器作用于整个方程组。

结构分析将离心力作为节点力(而非单元级体积力)计算。边界、间隙和刚性单元没有质量,因此不会产生离心载荷。

若要准确计算反作用力,处理器必须一致;即,内部力处理器和线性应力处理器的单元例程应该相同。异步处理器在不受约束的节点处产生非零残余力。请注意,如果矩形单元产生零残余力,而扭曲单元并非如此,这表示可能存在同步问题。

有时,为了便于计算反作用力,可以忽略某些单元(例如,若要查找附着到边界单元的节点上的反作用力,不应将边界单元刚度组合到 K)。此操作可以通过按下“设置”按钮完成。生成的对话框包含一个表,其中第一列指出部件编号,第二列指出可以添加的说明,第三列(如果单击)提供以下选项:

载荷和单元

如果模型中存在边界单元(1D 弹簧、3D 弹簧或规定位移),则必须激活“忽略边界单元组”复选框,才能获取精确的反作用力结果。这将导致处理器不计算边界单元的反作用力,从而抵消附着边界单元的模型节点处的反向反作用力。默认情况下,“忽略边界单元组”选项已激活。

“求解器”选项

“分析参数”对话框的“解”选项卡的“求解器类型”下拉菜单中,您可选择静态应力分析的求解器类型。另请参见可用的求解器类型,了解背景信息。可用的选项如下所示:

提示: 如果模型包含板或壳单元,建议使用稀疏求解器,即便针对大型模型也是如此。对于大型模型,选择稀疏求解器可防止自动选择迭代求解器。

如果出于某些原因,您需要在不执行分析的情况下创建刚度矩阵,请激活“刚度计算后停止”复选框。仅当出于其他目的(例如,从其他程序访问)使用刚度矩阵时,这才有用。系统在运行分析时始终计算刚度矩阵,因此正常情况下使用此选项没有益处。

对于稀疏和迭代求解器,“内存分配百分比”字段可控制有多少 RAM 可用于读取单元数据并装配矩阵。建议使用较小的值。(如果值小于或等于 100%,则使用可用的物理内存。如果此输入的值大于 100%,则内存分配将使用可用的物理内存和虚拟内存。)

如上所示,某些求解器可利用计算机上的多个线程/内核。在这些情况下,将启用“线程/内核数”下拉菜单控件。您需要使用所有可用的线程/内核来确保以最快速度求解。但是,如果您需要在分析的同时利用某些计算能力运行其他应用程序,则可能会选择使用较少的线程/内核。

“迭代求解器”部分

如果选中“迭代求解器”,则系统将启用“迭代求解器”部分。此部分的输入如下:

注意:
  • 解的精确度取决于收敛容差;容差越小,解越精确,但所需的迭代次数也有可能越多。与所有迭代求解一样,您应检查结果,确认达到所需的精确度。在某些情况下,使用不同的收敛容差执行两次分析,这是确认精确度的最佳方式。
  • 对于静态应力分析,需要检查反作用力的精度。摘要文件(可从“报告”环境中的浏览器或通过使用记事本编辑摘要文件进行查看)的末尾包括反作用力和其他参数的摘要。如果存在大量未固定方向残余力,可能表示解的收敛性较差。当然,也可以在“结果”环境中检查残余力(支承反作用力)的总和是否匹配外施载荷。

“稀疏求解器”部分

如果选择“稀疏求解器”,则系统将启用“稀疏求解器”部分。此部分的输入如下:

控制输出文件中的数据

执行分析之前,您可选择要创建的其他输出。使用“分析参数”对话框的“输出”选项卡,您可控制输出的数据。所有输出将转换为各种文本文件,但以下选项除外: