规定位移

此平动或转动的速度取决于应用平动或转动的载荷曲线。位移等于速度的积分(d = V dt 积分)。因此根据相应的速度,可以计算位移与时间的关系图。此位移与时间数据将输入载荷曲线。对于恒定速度,

d = d0 + V*t

其中 d0 为初始位置,V 是恒定速度,t 是时间。请注意,对于恒定速度,由于位移是线性位移,因此通过两个点即可获得载荷曲线,且可根据需要在每个时间步处对载荷曲线进行线性插值。

若要在分析期间仿真加速,则可以通过表示加速条件下节点位移的二阶方程来定义载荷曲线。位移等于加速度的二阶积分(d = A dt 二阶积分)。因此根据加速度,可以计算位移与时间的关系图并将其输入载荷曲线。对于恒定加速度,

d = d0 + V0*t + 0.5*A*t2

其中 d0 为初始位置,V0 为初始速度,A 为恒定速度,t 为时间。请注意,对于恒定加速度,通过两个点无法获得载荷曲线;位移与时间是非线性关系,因此线性插值将无法产生恒定加速度。若要生成平滑的理论加速度,载荷曲线上的时间步必须小于分析过程中出现的最小时间步。请参见图 1。

位移

时间

(a) 在载荷曲线中定义了时间步 18、19、20 处的位移以遵循理论加速度(虚线)。如果分析使用相同的时间步,则计算得出的位移也遵循理论加速度。

位移

时间

(b) 如果分析减小时间步,中间时间步(时间步 19 和 21)处的位移将通过载荷曲线数据点(时间步 18、20 22)进行线性插值。在时间步 18 和 20 之间,线性位移产生了恒定速度、零加速度。在时间步 20 和 22 之间,通过插值载荷曲线产生了不同的恒定速度、零加速度。在时间步 20 处,速度的突变可能导致很大的力和收敛问题。
图 1:用于仿真加速度的位移载荷曲线

应用规定位移

选择节点、边、表面或部件后,可以在显示区域中单击鼠标右键,然后选择“添加”下拉菜单。选择“规定位移”命令。

通过在“类型”部分中选择相应的单选按钮,确定要规定位移将平动还是转动应用于节点。通常,转动仅可应用于具有转动自由度的单元节点,例如梁或壳单元。

“数值”字段中指定将应用于每个选定项的规定位移大小,并在“方向”部分中指定规定位移的方向。如果选择“标量 X”“标量 Y”“标量 Z”单选按钮,则将仅约束该方向的平动或转动,其他方向可自由移动。如果选择“矢量”单选按钮,则将约束所有三个方向上的平动或转动。例如,如果添加大小为 -1 英寸的规定位移并选择“标量 Y”单选按钮,则分析将仅生成沿 Y 方向的反作用力。节点将沿 X 或 Z 方向自由移动。如果添加大小为 1 英寸的规定位移、选择“矢量”单选按钮并定义矢量 (0,-1,0),则分析将生成沿 X、Y 和 Z 方向的反作用力。X 和 Z 方向上的平动将保持为 0。

指定将用于乘以“载荷工况/载荷曲线”字段中数值的载荷曲线。在“载荷曲线编辑器”中按“曲线”按钮定义载荷曲线,或使用“设置”“模型设置”“参数”“分析参数”对话框进行定义。

提示

由于可在分析中随时激活规定位移(使用有效范围中的出生时间,请参见下文),因此如果时间 T 处的位移突然将节点从其原始位置移至规定位移的数值乘以载荷曲线乘子暗示的位置,则模型可能会变得不稳定或生成不可预测的结果。因此,规定位移不使用典型的规则,即时间 T 处的载荷等于载荷的数值乘以载荷曲线乘子 [D(T) = mag x LCM(T)]。而是时间步期间的运动等于规定位移的指定数值乘以载荷曲线乘子的更改值 [ΔD(T) = mag x LCM(T)-LCM(T-1)]。因此,无论规定位移的数值多大,这两个载荷曲线都指明在分析的前两秒节点不移动(保留在原位):

载荷曲线 1
索引 时间 乘子
1 0 5
2 2 5
3 2.5 6
载荷曲线 2
索引 时间 乘子
1 0 0
2 2 0
3 2.5 2

在 2 到 2.5 秒之间,载荷曲线 1 的乘子变化量为 1 (= 6-5)。如果指定为遵循载荷曲线 1 的规定位移数值为 5 mm,则节点将在 2 到 2.5 秒的时间内移动 5 mm (= 5 mm x (6-5))。

如果使用载荷曲线 2,在 2 到 2.5 秒之间,乘子的变化量为 2。因此,在此间隔内,数值为 5 mm 的规定位移会使节点移动 10 mm (= 5 mm x (2-0)) 的总距离。

在其他示例中,假设在 2.25 秒(出生时间)时激活了其他规定位移。由于在前 2.25 秒期间位移可以自由移动,请假设在 2.25 秒时 X 位移为 0.3481 英寸。(这取决于模型中的其他假设载荷。)如果使用规定位移数值为 0.1 英寸的载荷曲线 1,则节点将移动到 0.3981 英寸的 X 位置(= 0.3481 英寸 + 0.1 英寸 X (6-5.5),其中 5.5 是在 2.25 秒时间处插值的载荷曲线乘子)。

通过设置“有效范围”字段中的数字可将规定位移指定给有效范围。请注意,指定给有效范围 1 的所有规定位移将具有相同的出生和消亡时间,指定给有效范围 2 的规定位移将具有相同的出生和消亡时间,依此类推。可以随时将规定位移应用到模型;如果为有效范围 1 指定多个位移,则这些位移将具有相同的出生和消亡时间。

按下“有效范围”字段旁的“数据”按钮可为规定位移指定有效范围(时间跨度)。电子表格的“索引”编号或行对应于指定给位移的有效范围编号。在“出生时间”列中可指定规定位移开始遵循载荷曲线的时间。将从该时刻节点的当前位置开始应用规定位移的数值和方向。在“消亡时间”列中可指定规定位移变为非活动状态(从分析中移除)的时间。若要使规定位移再次变为活动状态,可在“再生索引”列中指定值。这将参考另一个“索引”行。规定位移将在此索引的“出生时间”列中指定的时间再次变为活动状态。

注: 将为所有规定位移显示相同的“有效范围”电子表格。因此在指定第一个规定位移/有效范围时还是指定最后一个规定位移/有效活动范围时定义所有激活范围无关紧要。
提示: 有关如何在重复角点处应用节点载荷的信息,请参见载荷和约束页面上的“在重复节点处应用载荷和约束”标题下的备注。