Ansys多载荷步分析流程.pdf

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1、ANSYS多载荷步分析流程中国机械CAD论坛dengguide1.流程概述1.1线弹性计算按照ANSYS帮助文件中的叙述，ANSYS中有3种方法可以用于定义和求解多载荷部问题：（1）多次求解法，每一个载荷步运行一次求解；（2）载荷步文件法，通过LSWRITE命令将每一个载荷步输出为载荷步文件，然后通过LSSOLVE命令一次求解所有的载荷步；（3）矩阵参数法，通过矩阵参数建立载荷-时间列表，然后再加载求解。按照以上方法进行线弹性结构分析时，每一个载荷步的求解结果都是独立的，前后载荷步的求解结果之间没有相互关系，后一载荷步的求解

2、结果并不是在前一个载荷步计算结果的基础之上叠加的。例如，2个载荷步都定义150MPa内压并不会在容器上产生300MPa内压的累积效果。换一个角度理解，对于线弹性结构分析也没有必要将300MPa内压拆分为2个载荷步计算，直接定义1个300MPa的载荷步并在求解设置中定义和输出2个载荷子步，可以分别得到150MPa和300MPa内压对应的结构响应。1.2弹塑性计算当结构有塑性变形产生时，由于结构弹塑性响应与载荷历程相关，同一载荷值可能对应不同的位移和应变值，在进行多载荷步求解时必须考虑响应的前后累积效应。例如，对厚壁容器进行自增

3、强弹塑性分析必须考虑应变强化效应的影响。ANSYS中有3中方法可以实现弹塑性连续分析。第1、2种方法就是载荷步文件法和矩阵参数法，具体设置同线弹性计算时相同，一旦有塑性变形产生程序会自动累积多次加载效应。第3种方法是重启动法，在第1个载荷步计算结果的基础上，重新定义载荷并运行重启动计算。在与线弹性求解不同的是，多次求解法不能直接用于弹塑性多载荷步计算。下面我们将通过一个具体的算例来具体说明结构的多载荷步弹塑性分析。2.算例验证一根均匀圆棒两端受到均匀的轴向拉应力P，圆棒半径为5mm、长度为10mm，材料为如图1所示的双线性等

4、向强化材料，弹性模量E=200GPa，泊松比μ=0，屈服强度σ=200sMPa，切线模量E=100GPa，计算圆棒上的轴向应变ε。计算采用1/4模型，单位采用tg-mm-ms单位制，应力单位为MPa。400300200/MPa应力100000.050.10.150.20.250.3应变/%图1双线性等向强化材料关系2.1多载荷步线弹性加载定义3个载荷步，每个载荷步P值都为100MPa，通过载荷步文件法求解。图2所示为3个载荷步对应的轴向总应变分布，3个载荷步对应总应变相等都等于0.05%，等于理论计算应变值P/E。第3个载荷

5、步计算结果中没有塑性应变产生，表明在无塑性应变产生时结构响应没有累积效应，不会产生如图3所示的载荷历程效果。矩阵求解法和重启动法的结果与载荷步文件法相同。（a）第1载荷步（b）第2载荷步（c）第3载荷步图2多载荷步弹性加载350300250200150拉应力/MPa1005000123载荷步图3设想载荷历程2.2多载荷步弹塑性加载施加的拉应力载荷历程如图3所示，首先施加300MPa拉应力，然后卸载至0，再施加250MPa拉应力。350300250200150拉应力/MPa1005000123载荷步图4载荷历程（1）载荷步文件

6、法设置3个载荷步，第1个载荷步在圆棒两端施加300MPa拉应力，通过LSWRITE储存为载荷步文件Jobname.s01；第2个载荷步在圆棒两端施加0MPa拉应力，通过LSWRITE储存为载荷步文件Jobname.s02；第3个载荷步在圆棒两端施加250MPa拉应力，通过LSWRITE储存为载荷步文件Jobname.s03，然后通过LSSOLVE命令一次性求解3个载荷步。3个载荷步对应的计算应变结果如表1所示，图5-7所示为3个载荷步对应的弹性应变、塑性应变和总应变情况。第1次加载300MPa拉应力后，由于应力超过了材料的屈

7、服强度，圆棒轴向产生了0.2%的总应变，当中0.05%为塑性应变，0.15%为弹性应变。载荷卸载到0后，弹性应变恢复到0，塑性应变保留为0.05%不变。再次加载到250MPa后，由于材料经过应变强化，屈服强度已经提高到了300MPa，因此圆棒上不会产生新的塑性变形，塑性变形保持为0.05%，弹性变形为0.125%。这表明当结构中有塑性应变产生时，多载荷步加载求解可以产生累积效应，能够实现弹塑性连续分析。表1计算应变结果载荷步弹性应变εe塑性应变εp总应变εtotal10.15%0.05%0.2%200.05%0.05%30.

8、125%0.05%0.175（a）第1载荷步（b）第2载荷步（c）第3载荷步图5弹性应变（a）第1载荷步（b）第2载荷步（c）第3载荷步图6塑性应变（a）第1载荷步（b）第2载荷步（c）第3载荷步图7总应变（2）矩阵参数法定义一个4行1列的列表型矩阵Pressure，行变量定义为Time，