有限元静力分析

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1、1234 结构分析结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构结构这个术语是一个广义的概念，它包括这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程土木工程结构结构，如桥梁和建筑物；，如桥梁和建筑物；汽车结构汽车结构，如车身骨架；，如车身骨架；海洋结构海洋结构，如船舶结构；，如船舶结构；航空结构航空结构，如飞机机身等；，如飞机机身等；同时还包括同时还包括机械零部件机械零部件，如活塞，传动轴等等。，如活塞，传动轴等等。 在在ANSYS产品家族中有七种结构分析的类型。结构产品家族中有七种结构分析的类型。结构分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是分析中计算得出的

2、基本未知量（节点自由度）是位位移移，其他的一些未知量，如，其他的一些未知量，如应变应变，应力应力，和，和反力反力可可通过节点位移导出。通过节点位移导出。Definition56静力分析静力分析-用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。模态分析模态分析-用于计算结构的固有频率和模态。用于计算结构的固有频率和模态。谐波分析谐波分析-用于确定结构在随时间正弦变

3、化的载荷作用下的响应。用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。瞬态动力分析瞬态动力分析-用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。谱分析谱分析-是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入输入（随机振动）引起的应力和应变。（随机振动）引起的应力和应变。曲屈分析曲屈分析-用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。ANSYS可进行线性可进行线性（特征值）和非线性曲屈分析。

4、（特征值）和非线性曲屈分析。显式动力分析显式动力分析-ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。杂的接触问题。Guidelines7 此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的应用：此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的应用： 断裂力学 复合材料 疲劳分析 p-Method 结构分析所用的单元：绝大多数的结构分析所用的单元：绝大多数的ANSYS单元类型可用于结构分单元类型可用于结构分析，单元类型从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳析，单元类型从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元。单元和大应变实体单

5、元。 Guidelines8 910 静力分析静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的荷的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷）。荷）

6、。 Definition1112 静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移，应力，应变载荷作用于结构或部件上引起的位移，应力，应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。静力分载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括：析所施加的载荷包括： 外部施加的作用力和压力外部施加的作用力和压力 稳态的惯性力（如重力和离心力）稳态的惯性力（如重力和离心力） 位移载荷位移载荷 温度载荷温度载荷 Definition1314

7、 静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非非线性静力分析线性静力分析包括所有的非线性类型：大变形，塑包括所有的非线性类型：大变形，塑性，蠕变，应力刚化，接触（间隙）单元，超弹性性，蠕变，应力刚化，接触（间隙）单元，超弹性单元等。本节主要讨论线性静力分析，非线性静力单元等。本节主要讨论线性静力分析，非线性静力分析在下一节中介绍分析在下一节中介绍.Definition1516 1建模建模 2施加载荷和边界条件，求解施加载荷和边界条件，求解 3. 结果评价和分析结果评价和分析 17 1819在日常生活中在日常生活中,会经常遇到会经常遇到结构非线性。结构非线性

8、。例如，无论何时用钉书针钉书，金属钉书钉例如，无论何时用钉书针钉书，金属钉书钉将将永久永久地弯曲成一个不同的形状地弯曲成一个不同的形状 (图图11(a) 。如果你如果你在在一个木架一个木架上放置上放置重物，随着时间的迁移它重物，随着时间的迁移它将越来越下垂。将越来越下垂。(图图11(b)。当当在在汽车或卡车上汽车或卡车上装货时装货时，它的，它的轮胎轮胎和下面路面间和下面路面间接触接触将将随随货物重量而变化货物重量而变化 (看图看图11) 。如果如果将上面例子所载荷变形曲线画出来将上面例子所载荷变形曲线画出来,你将发现你将发现它们都显它们都显示了非线性结构的基本特征示了非线性结构的基本特征-变化

9、的结变化的结构刚性构刚性. Definition20图11 非线性结构行为的普通例子 2122引起结构非线性的原因很多引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要，它可以被分成三种主要类型：类型： 状态变化状态变化（包括接触）（包括接触） 几何非线性几何非线性 材料非线性材料非线性Procedure1. .2. .3. . 2324 许多普通结构许多普通结构表现出一种表现出一种与状态相关的非线性行为与状态相关的非线性行为,例例如，如，一根只能拉伸的一根只能拉伸的电缆可能是松散的电缆可能是松散的,也可能是绷紧的。轴也可能是绷紧的。轴承套可能是接触的承套可能是接触的,也可能是不接触的也可能是不接

10、触的。冻土可能是冻结冻土可能是冻结的的,也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改变在不同的值之间突然变化。变在不同的值之间突然变化。状态改变也许和载荷直接状态改变也许和载荷直接有关（如在电缆情有关（如在电缆情况中），况中）， 也可能由某种外部原因引起也可能由某种外部原因引起（如在冻土中的紊乱热力学条件）。（如在冻土中的紊乱热力学条件）。ANSYS程序中单元程序中单元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。接触接触是一种很普遍的非线性行为，是一种很普遍的非线性行为，接触接触是是状态状态变化变化非线性非

11、线性类型形类型形中一个特殊而重要的子集。中一个特殊而重要的子集。 LessonObjectives25 如果结构经受大变形，它如果结构经受大变形，它变化变化的几何形状可的几何形状可能会引起能会引起结构结构的的非线性地响应非线性地响应。例如一根钓鱼竿，例如一根钓鱼竿，随着随着垂垂向载荷向载荷的的增加，杆增加，杆不断不断弯曲以致弯曲以致于于动力臂动力臂明显地减明显地减少，导致杆少，导致杆端显示出端显示出在在较高载荷下较高载荷下不断不断增长的刚性。增长的刚性。 LessonObjectives26 非线性非线性的的应力应变关系是应力应变关系是结构结构非线性非线性的常见原因的常见原因。许多因素可以影响