论文推送：高强度钢I型截面框架基准试验和数值分析研究

实际例子|惯性释放一个示例有助于解释带有惯性释放的静态分析。考虑一个具有质量的结构，以及超过其重量的垂直载荷，在没有垂直方向约束的情况下，全局刚度矩阵是奇异的，并且不存在解。如果有足够的约束来防止垂直运动，则应用垂直约束的地方将会产生很强的反作用力。在瞬态分析中，在没有垂直约束的情况下，结构将通过重量与施加的垂直力之间的力差加速，并且结构在瞬态分析期间会移动和振动。FEA模型中的惯性释放InertiaRelief使FEA模型能够精确平衡静态分析中的力差（施加的力减去重量）与整个结构上的加速度体力，从而使垂直约束的反作用力为零。根据所施加的力相对于重心的位置和方向，X、Y和Z上可能存在加速度，以及绕X、Y和Z的旋转加速度。在分析此类结构期间，惯性释放要求正确表示质量，应用足够的约束以防止自由体平移和旋转，施加载荷，并请求惯性释放。必须满足其他条件。Ansys在求解过程中使用IRLF命令。机械模型中的惯性释放在WorkbenchMechanical界面中，如果请求静态分析，分析设置里应开启InertiaRelief，如图2所示。使用InertiaRelief假定满足模型中的限定条件：图2：静态分析中惯性释放的选择必须考虑来自ANSYSHelp的以下条件和限制：惯性释放–仅线性静态结构分析计算加速度以平衡所施加的载荷。结构上的位移约束应该仅为防止刚体运动所必需的约束（对于3D结构为6）。约束点处的反作用力之和为零。加速度根据单元质量矩阵和施加的力计算。必须输入计算质量所需的数据（例如密度）。可以计算平移加速度和旋转加速度。此选项仅适用于线性静态结构分析。不允许存在非线性、在节点坐标系中运行的单元以及轴对称或广义平面应变单元。不建议使用同时具有2D和3D元素类型或具有对称边界约束的模型。负载可以照常输入，位移和应力照常计算。对称模型对于惯性释放分析无效。请注意，需要“刚好足够”的约束来防止刚体运动，并且需要模型中的质量。以下示例将描述惯性释放模型的设置。“弱弹簧”应该关闭。具有惯性释放的静态结构有限元分析模型的建立如图1所示，已创建平面体并使用壳单元进行网格划分。身体上有一个圆形的印记。压力负载已施加到印记上，定向以便它可以抬起身体。重力向下拉。图3：施加提升压力的静态结构模型在图3和图4中，远程位移已应用于圆形压印边缘，在X、Y和Z方向上设置为零位移和旋转，并设置为可变形，以便结构可以局部变形。如下文进一步提到的，顶点处的约束可能是首选。图4：防止刚体运动的远程位移–6个自由度受到约束作为后处理过程中的检查，如图5所示，测量了力反作用力和力矩反作用力，发现它们几乎为零，正如惯性释放时应该发生的那样。图5：测量远程位移处的力和力矩反作用结构的偏转呈现预期的形式，如图6所示。结构在中心被拉起，被重力下拉，并被所施加的惯性释放加速度下拉，以使净施加的力匹配用于提供惯性释放的惯性加速度。图6：Y方向的变形在载荷步求解结束时，输出文本列表提供有关惯性释放平移加速度和旋转加速度的信息，这些信息可平衡模型，以便不存在反作用力：*********总负载摘要*********X轴Y轴Z轴质心力………………0.80779E-2610.1890.96935E-26关于起源的时刻………………….-0.57601E-060.10340E-24-0.44384E-07关于质心的矩…………..-0.76797E-060.10340E-24-0.40969E-07*********惯性缓解摘要*********X轴Y轴Z轴惯性消除平移加速度0.12250E-210.15452E+060.14701E-21惯性释放旋转加速度…-0.38801E-040.13836E-23-0.74542E-06******************************************************************已完成LS1的求解**************此示例在除Y轴之外的所有方向上的加速度几乎为零，因为所施加的压力集中在模型上。加速度是平衡所施加的载荷的加速度，这样在阻止刚体运动的约束下就不应该有反作用力。如果响应中没有振动，它们是在瞬态分析中看到的加速度。力反作用力几乎为零，如图7所示：图7：远程位移上的力反作用力几乎为零还应对力矩反应进行检查，如图8所示：图8：远程位移处的力矩反作用力几乎为零反作用力为零，因为惯性释放加速度正在平衡所施加的载荷。替代约束|带惯性消除的静态分析可以使用阻止刚体运动的替代约束，如图9所示，其中在三个顶点处阻止UY，在两个顶点处阻止UX，在一个顶点处阻止UZ：图9：防止刚体运动的约束的替代选择-涉及三个顶点约束支反力几乎为零，并且位移结果相似但不相同。在图10中，垂直位移范围在0.0到0.027502mm之间，而在图6中，范围在-0.025613到0.0020924之间。净位移的差异可能是由于影响壳体旋转的远程偏转造成的。一般来说，约束顶点可能是首选。图10：在3个角顶点处有约束的垂直位移产生的应力相同，如图11所示：图11：采用不同方法防止刚体运动的相同应力结论当满足某些条件时，AnsysWorkbenchMechanical支持静态结构分析中的惯性消除；用户必须在静态结构环境的分析设置中打开惯性释放，并提供足够的约束以防止X、Y、Z、ROTX、ROTY和ROTZ中的刚体运动；分析结果约束处的反作用力应为零，输出文本列表将报告力不平衡所暗示的结构加速度。来源：ABAQUS仿真世界