05 Load:分析步、载荷与边界条件

本系列保留原有八篇编号,将 Step 一并放在本页。实际建模时先创建分析步,再设置 相互作用 和 Load。Step 决定“如何求解”,Load 决定“施加什么作用与约束”。

1. 分析步不是载荷名称

过程研究问题注意
Static, General惯性可忽略的静力平衡,可包含非线性需检查平衡迭代与载荷路径
Frequency固有频率与振型需要质量信息,振型幅值不是实际响应幅值
Dynamic, Implicit考虑惯性的时程响应时间、密度、阻尼及激励需有物理含义
Dynamic, Explicit冲击、高速过程或特定强非线性问题稳定时间增量、能量与质量缩放需要检查

不能只因为 Standard 收敛困难就直接换 Explicit,并把结果当作同一个静力解。用 Explicit 做准静态分析需要另外核对加载速率、惯性效应和能量。

Initial 用于初始条件与初始约束,不是一个实际推进求解的静力步。多个普通分析步可描述加载、保持、卸载等过程;要核对前一步的载荷和边界条件是否传播到后一步。

2. 本例 Step 的创建

在 Initial 后创建 Load,过程选择 Static, General:

参数本例实际值
Time period1
Initial increment1
Minimum increment0.00001
Maximum increment1
NLGEOMOFF

本例线性静力过程一个增量完成。含接触、塑性或明显几何变化时,不能直接照搬这一增量设置,应给求解器足够的载荷推进分辨率。

增量 Increment 是载荷/时间推进的一小段;迭代 Iteration 是在同一增量内寻找平衡的过程。减小增量和增加最大迭代次数不是同一件事。

NLGEOM 控制几何非线性,不会自动把线弹性材料变成塑性材料。静力中的步时间在无时间相关材料和载荷机制时可作为加载参数;涉及蠕变、速率效应等机制时,时间有实际意义。Static Stress Analysis

3. 输出在求解前安排

输出特征示例
Field Output某些帧上较大区域的场分布全模型 U、S、RF 云图与区域统计
History Output小范围对象的时间历程RP 位移—时间、反力—时间、能量

本例场输出包含 U、RF、S。数据没有写入 ODB,就不能指望求解结束后凭空生成;输出太密则增大文件与后处理成本。

4. 载荷与边界条件的区别

对象指定的量结果中关注
力/压力/牵引外力作用位移、应力、支反力
位移边界条件指定运动或固定维持该运动所需的反力
预定义场温度、场变量等是否与材料或分析过程建立耦合

U1/U2/U3 是平移;梁、壳、RP 等对象还可能存在转动自由度 UR1/UR2/UR3。实体节点通常没有独立的转动自由度,不能机械地给所有节点都套用“六个自由度”。

位移输入框为空通常表示不约束该自由度,输入 0 表示明确约束为零,两者不同。创建对称边界条件时,要按对称平面的法向与单元自由度设置。

5. 本例固定端和端部面力

在 Initial 创建 Clamp,对 X=0 的整个 FixedEnd 端面施加 ENCASTRE。本例固定端 U1=U2=U3=0。

在 Load 创建 TipLoad:Surface traction → General → Uniform,选择 TipSurface,方向 (0,-1,0),大小 1 MPa;不按合力输入,Follower 关闭。

Pressure 是法向压力;自由端平面法向沿 X,因此不能用它代替本例沿 −Y 的切向力。面力的数值单位是 N/mm²,不是 N;若输入 100,合力将变成 10000 N。

实际 INP 可用于检查方向和大小:

*Dsload, follower=NO
TipSurface, TRVEC, 1., 0., -1., 0.

6. Amplitude 与步传播

Amplitude 描述载荷或边界条件随时间如何变化,通常作为给定幅值的比例因子。创建后必须关联到相应对象;还要区分 Step time 和 Total time 的含义。

多步分析中,用管理器检查对象在每一步是 Created、Propagated、Modified 还是 Deactivated。上一加载步中的力如果继续传播,下一步再创建同方向新载荷可能导致叠加。

Follower 影响力方向是否随变形更新,选择应符合真实加载机构。本例采用小变形和固定全局方向,不启用随动力。

7. 完成检查

先用力学草图检查是否有多余刚体运动和重复约束,再检查载荷合力、方向、区域、单位、步及幅值。求解后用反力平衡复核,而不只依靠显示箭头。

本例应得到沿 +Y 约 100 N 的固定端合反力和向下的端部位移。若载荷方向、反力符号或数量级不对,应回到本页检查。

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