1、June 3, 19961制訂分析方案是很重要的。一般考慮下列問題：制訂分析方案是很重要的。一般考慮下列問題：. 分析領域分析領域. 分析目標分析目標. 線性線性/ /非線性問題非線性問題. 靜力靜力/ /動力問題動力問題. 分析細節的考慮分析細節的考慮. 幾何模型對稱性幾何模型對稱性 奇異奇異 單元類型單元類型 網格密度網格密度 單位制單位制 材料特性材料特性 載荷載荷 求解器求解器June 3, 19962制訂得分析方案好壞直接影響分析的制訂得分析方案好壞直接影響分析的精度精度和和成本成本（人耗工時，計算機資源等），（人耗工時，計算機資源等），但通常情況下精度和成本是相互但通常情況下精度和

2、成本是相互沖突，沖突，特別是分析較大規模和具有切割邊界的模特別是分析較大規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致分析資源緊張和分析方式受得限制型時更為明顯。一個糟糕的分析方案可能導致分析資源緊張和分析方式受得限制。June 3, 19963.實體運動，承受壓力，或實體間存在接觸實體運動，承受壓力，或實體間存在接觸.施加熱、高溫或存在溫度變化施加熱、高溫或存在溫度變化.恒定的磁場或磁場恒定的磁場或磁場.電流（直流或交流）電流（直流或交流）.氣（液）體的運動，或受限制的氣體氣（液）體的運動，或受限制的氣體/ /液體液體.以上各種情況的耦合以上各種情況的耦合結構結構熱熱磁磁流體

3、流體電電耦合場耦合場準則準則June 3, 19964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：案：“利用利用FEAFEA我想研究結構哪些方面的情況？我想研究結構哪些方面的情況？”結構分析結構分析:.要想得到極高精度的應力結果，必須保證影響精度的任何結構部位有理想要想得到極高精度的應力結果，必須保證影響精度的任何結構部位有理想 的單元網格，不對幾何形狀進行細節上的簡化。應力收斂應當得到保證，的單元網格，不對幾何形狀進行細節上的簡化。應力收斂應當得到保證，而任何位置所作的任何簡化都可能引起明顯誤差。而任

4、何位置所作的任何簡化都可能引起明顯誤差。.在忽略細節的情況下，使用相對較粗糙的單元網格計算轉角和法向應力。在忽略細節的情況下，使用相對較粗糙的單元網格計算轉角和法向應力。.復雜的模型要求具有較好的均勻單元網格，并允許忽略細節因素。復雜的模型要求具有較好的均勻單元網格，并允許忽略細節因素。準則準則June 3, 19965模態分析模態分析:.簡單模態振型和頻率可以忽略細節因素而使用相對較粗糙的單元網格進行簡單模態振型和頻率可以忽略細節因素而使用相對較粗糙的單元網格進行分析計算。分析計算。熱分析：熱分析：.溫度分布梯度變化不大時可以忽略細節，劃分均勻且相對稀疏的單元網格溫度分布梯度變化不大時可以忽

5、略細節，劃分均勻且相對稀疏的單元網格。.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格。梯度越大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格。梯度越大，單元劃分就越細密。，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力，但熱和應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力，但熱和應力模型都是相對獨立的。力模型都是相對獨立的。June 3, 19966“我的物理系統是在線性還是非線性狀態下工作？線性求解能滿足我的需要嗎？我的物理系統是在線性還是非線性狀態下工作？線性求解能滿足我的需要嗎？如果不能，必須考慮哪種非線性特性？如果不能，必須考慮哪

6、種非線性特性？” 許多情況和物理現象都要求進行非線許多情況和物理現象都要求進行非線性計算。性計算。(a) 訂書釘訂書釘Fut0t1t2 t3Fu (b) 木制書架木制書架b1b2 (c) 氣動帶氣動帶FuJune 3, 199671. 幾何非線性幾何非線性2. 2. 材料非線性材料非線性3 3. 不斷變化的工作狀態造成的非線性不斷變化的工作狀態造成的非線性非線性最大的特性就是非線性最大的特性就是變結構剛度。變結構剛度。它由多種原因引起的，其中主要有以下三它由多種原因引起的，其中主要有以下三個方面的因素：個方面的因素：June 3, 19968.幾何非線性幾何非線性大變形大變形/ /大轉角大轉角

7、當結構位移相對于結構最小尺寸顯得較大時，該因素不當結構位移相對于結構最小尺寸顯得較大時，該因素不可忽略。如，鉤魚桿前稍承受較小的橫向載荷時，會產生很大的彎曲變形。可忽略。如，鉤魚桿前稍承受較小的橫向載荷時，會產生很大的彎曲變形。隨著載荷增加，鉤魚桿的變形增大而使彎矩的力臂減小，結構剛度增加。隨著載荷增加，鉤魚桿的變形增大而使彎矩的力臂減小，結構剛度增加。ABFTIPuTIPAB準則準則June 3, 19969.幾何非線性幾何非線性(續續)應力剛化應力剛化 (也稱作也稱作幾何或微分剛化幾何或微分剛化 ) 如果一個方向的應力明顯引起其他如果一個方向的應力明顯引起其他方向的剛度時，這個效應十分重要

8、。方向的剛度時，這個效應十分重要。 受拉纜繩或薄膜，或者旋轉結構都受拉纜繩或薄膜，或者旋轉結構都是典型的例子。是典型的例子。ANSYS只要作簡單設置就能將幾何非線性考慮進來，并只要作簡單設置就能將幾何非線性考慮進來，并建議完全不考慮幾何非線性時也最好打開應力剛化開關。建議完全不考慮幾何非線性時也最好打開應力剛化開關。June 3, 199610 材料非線性材料非線性線彈性線彈性是基于材料的應力和應變關系是常是基于材料的應力和應變關系是常數關系的假設數關系的假設“彈性模量彈性模量”或或“楊氏模楊氏模量量”為常數。為常數。因此，非線性材料應力應變關系是非線因此，非線性材料應力應變關系是非線性的性的

9、。應變應變應力應力彈性模量彈性模量(EX)應變應變應力應力屈服點屈服點.材料極限材料極限塑性應變塑性應變June 3, 199611 材料非線性材料非線性(續續)實際當中，沒有那種材料的應力實際當中，沒有那種材料的應力 應變關系是完全遵循線性關系的，應變關系是完全遵循線性關系的，線性假設只不過是一種近似處理。對于大多數工程材料而言，在外載荷線性假設只不過是一種近似處理。對于大多數工程材料而言，在外載荷不足使結構破壞情況下，這種近似是非常好的，能較好地確定設計中的不足使結構破壞情況下，這種近似是非常好的，能較好地確定設計中的許可應力或應力限值。許可應力或應力限值。ANSYSANSYS規定的非線性

10、材料特性：規定的非線性材料特性：.塑性塑性 永久的，不隨時間變化的變形永久的，不隨時間變化的變形.蠕變蠕變 永久的，隨時間變化的變形永久的，隨時間變化的變形.非線性彈性非線性彈性.粘彈粘彈 類似玻璃的材料類似玻璃的材料.超彈超彈 類似于橡膠的材料類似于橡膠的材料June 3, 199612材料非線性材料非線性(續續)一些結構存在局部屈服，即在一些小的區一些結構存在局部屈服，即在一些小的區域內應力超過了屈服極限（域內應力超過了屈服極限（“彈性極限彈性極限”）。與結構線性假設相反，充分考慮材料）。與結構線性假設相反，充分考慮材料非線性特性并不會改變遠離屈服區域的應非線性特性并不會改變遠離屈服區域的

11、應力場，甚至不改變這些區域內的總應變（力場，甚至不改變這些區域內的總應變（彈性和塑性應變之和）。低周疲勞破壞計彈性和塑性應變之和）。低周疲勞破壞計算完全不受其影響。算完全不受其影響。僅僅在孔周圍發生屈曲僅僅在孔周圍發生屈曲June 3, 199613 接觸和其它狀態改變的非線性接觸和其它狀態改變的非線性這類非線性特性是隨狀態變化的，例如，只能承受張力的纜索的松馳與張這類非線性特性是隨狀態變化的，例如，只能承受張力的纜索的松馳與張緊；滾輪與支撐的接觸與脫開；凍土的凍結與解凍。隨著它們狀態的變化緊；滾輪與支撐的接觸與脫開；凍土的凍結與解凍。隨著它們狀態的變化，它們的剛度在不同值之間顯著變化。，它們

12、的剛度在不同值之間顯著變化。June 3, 199614靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應當進行那種動力分析？動力分析的靜力求解能否滿足你的分析要求？如果不能，應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。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，激勵頻率低于結構最小固有頻率的一般情況下，激勵頻率低于結構最小固有頻率的1/31/3時靜力求解就足夠時靜力求解就足夠了。了。.慣性力是動力問題不同于靜力問題的關鍵之處慣性力是動力問題不同于靜力問題的關鍵之處。準則準則June 3, 199615在建立分析模型之前

13、必須制訂好建模方案：在建立分析模型之前必須制訂好建模方案： 必須考慮那些細節問題？必須考慮那些細節問題？ 對稱對稱/ /反對稱反對稱/ /軸對稱？軸對稱？ 模型中存在應力奇異？模型中存在應力奇異？ 選用那種類型的單元？選用那種類型的單元？.線單元線單元.殼單元殼單元.X XY Y平面單元平面單元-平面應力或應變單元平面應力或應變單元-軸對稱單元軸對稱單元-諧單元諧單元.實體單元實體單元.專用單元專用單元.線性單元線性單元/ /高階單元高階單元/ /P P單元單元.四邊形單元四邊形單元/ /三角形單元，塊單元三角形單元，塊單元/ /四面體單元四面體單元June 3, 199616.對于分析不重要

14、的細節不應當對于分析不重要的細節不應當包含在分析模型中。當從包含在分析模型中。當從CADCAD系統傳一個模型到系統傳一個模型到 ANSYSANSYS程序程序中時往往可以作大量的簡化處中時往往可以作大量的簡化處理。理。.然而，諸如倒角或孔等細節可然而，諸如倒角或孔等細節可以是最大應力出現的位置，這以是最大應力出現的位置，這些細節對于你的分析目的是十些細節對于你的分析目的是十分重要的。分重要的。帶倒角帶倒角不帶倒角不帶倒角準則準則June 3, 199617對稱對稱 當物理系統的形狀、材料和載荷具有對稱性時，就可以只對實際結當物理系統的形狀、材料和載荷具有對稱性時，就可以只對實際結構中具有構中具有

15、代表性代表性的部分或截面進行建模分析，再將結果映射到整個模型上的部分或截面進行建模分析，再將結果映射到整個模型上，就能獲得，就能獲得相同精度的結果相同精度的結果。物理系統對稱分析要求具有以下對稱性條件：物理系統對稱分析要求具有以下對稱性條件： 幾何結構對稱幾何結構對稱 材料特性對稱材料特性對稱 具有零位移約束具有零位移約束 存在非零位移約束存在非零位移約束定義定義June 3, 199618對稱類型對稱類型軸對稱軸對稱即繞某一軸線存在對稱性即繞某一軸線存在對稱性，這類結構如：電燈泡，直管，這類結構如：電燈泡，直管，圓錐體，圓盤和圓屋頂。對稱面圓錐體，圓盤和圓屋頂。對稱面就是旋轉形成結構的橫截面

16、，它就是旋轉形成結構的橫截面，它可以在任何位置。大多數軸對稱可以在任何位置。大多數軸對稱分析求解必須假定非零約束（邊分析求解必須假定非零約束（邊界），集中力、壓力和體截荷均界），集中力、壓力和體截荷均具有軸對稱。然而，如果截荷不具有軸對稱。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，可以將截荷分成簡諧成分，進行獨立求解（然后進行疊加）行獨立求解（然后進行疊加）。定義定義June 3, 199619對稱類型對稱類型(續續)旋轉對稱旋轉對稱即結構由繞軸分布的幾個即結構由繞軸分布的幾個重復部分組成，諸如渦輪葉片這類重復部分組成，諸如渦輪葉片這

17、類物體。大多數旋轉對稱分析求解要物體。大多數旋轉對稱分析求解要求非零位移約束（邊界），集中力求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體載荷應具有對稱性。然、壓力和體載荷應具有對稱性。然而，如果載荷不對稱分布，并且如而，如果載荷不對稱分布，并且如果是線性分析，它們可以利用果是線性分析，它們可以利用周期周期對稱對稱求解求解。定義定義June 3, 199620對稱類型對稱類型(續續)平面平面 或或 鏡面對稱鏡面對稱即結構的一半與即結構的一半與另一半成鏡面映射關系，對稱位置另一半成鏡面映射關系，對稱位置（鏡面）稱為對稱平面。大多數平（鏡面）稱為對稱平面。大多數平面對稱分析求解要求非零位移約束面對稱分析

18、求解要求非零位移約束（邊界），集中力、壓力和體力應（邊界），集中力、壓力和體力應當對稱。但是，如果這些載荷不對當對稱。但是，如果這些載荷不對稱，并且是線性分析，它們可以分稱，并且是線性分析，它們可以分成成對稱對稱或或反對稱反對稱問題進行獨立求解問題進行獨立求解。定義定義該圖顯示了鏡面對稱和旋轉對稱該圖顯示了鏡面對稱和旋轉對稱June 3, 199621對稱類型對稱類型(續續)重復重復 或或 平移對稱平移對稱即結構是由即結構是由沿一直線分布的重復部分組沿一直線分布的重復部分組成，諸如帶有均勻分布冷卻成，諸如帶有均勻分布冷卻節的長管等結構。該對稱要節的長管等結構。該對稱要求非零位移約束，集中力、求

19、非零位移約束，集中力、壓力和體載荷應具有對稱性壓力和體載荷應具有對稱性。一個結構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。一個結構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。定義定義 圖示模型具有鏡面對稱圖示模型具有鏡面對稱 (2X) 和和 重復對稱重復對稱June 3, 199622.在實際當中，可以利用對稱模型進行分析能獲得在實際當中，可以利用對稱模型進行分析能獲得更好的分更好的分析結果析結果，因為可以建立更精確、綜合考慮各細節的模型。，因為可以建立更精確、綜合考慮各細節的模型。這里有一個真實的軸對稱（這里有一個真實的軸對稱（3 3D D）

20、模型。模型。準則準則June 3, 199623.在某些情況下，僅僅是那些較次要的結在某些情況下，僅僅是那些較次要的結構細節破壞了結構對稱性。有時，這些構細節破壞了結構對稱性。有時，這些細節可以忽略細節可以忽略（或認為它們是對稱的）（或認為它們是對稱的），進而利用對稱性的優點建立更小的分，進而利用對稱性的優點建立更小的分析模型。這樣計算獲得結果的精度損失析模型。這樣計算獲得結果的精度損失是很難估計的。是很難估計的。June 3, 199624應力奇異應力奇異 是有限元模型中由于幾何構造或載荷引起彈性理論計算應力值無是有限元模型中由于幾何構造或載荷引起彈性理論計算應力值無限大。即使是奇異點，材料的非線性特性不可能允許應力值出現無限增大情限大。即使是奇異點，材料的非線性特性不可能允許應力值出現無限增大情況，在理論上總體應變也是有限的（許多設計準則都是根據應力制訂的，例況，在理論上總體應變也是有限的（許多設計準則都是根據應力制訂的，例如設計疲勞曲線，但實際上是基于應變制訂的）。如設計疲勞曲線，但實際上是基于應變制訂的）。