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干货 | ANSYS Workbench常用载荷类型

纵横CAE

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根据应用场景，正确施加载荷和约束边界条件是进行有限元分析的关键步骤。上篇文章详细介绍了ANSYS Workbench常用约束类型。本篇文章将详细介绍ANSYS Workbench的主要载荷类型，如下图所示。

ANSYS Workbench载荷类型

1.Force

集中力。Loads—>Force，作用在点、线、面上，均匀的分布在所有面上。可以矢量或分量的形式定义，输入数值大小，确定作用方向。

2.Pressure

压力。Loads—> Pressure，只能作用在面上，方向通常垂直于面，指向面内为正，反之为负。可以矢量或分量的形式定义，输入数值大小和方向。

3.Line Pressure

线压力。Loads—> Line Pressure，以载荷密度的形式均布作用在边线上，输入数值大小和方向。只能用于三维模拟中。可以用三种方式定义：幅值和向量、幅值和分量、幅值和切向。

4.Moment

力矩。Loads—> Moment，施加在点、线、面上。对于实体，力矩只能施加到面上。施加在面上的力矩，力矩的旋转中心为所选面的几何形心。如果选择多个面，力矩均布在多个面上。遵守右手螺旋法则，可以矢量或分量的形式定义，输入数值大小，确定力矩方向。

5.Reomote Force

远程载荷。Loads—>Reomote Force，施加在点、线、面上，相当于给点、线、面施加一个等效力或等效力矩。可以用矢量或分量的形式定义，输入数值，确定方向和作用点（一般默认）。大质量法中将加速度激励乘以节点质量，得到惯性力，施加在节点上。

6.Hydrostatic Pressure

静水压力。Loads—>Hydrostatic Pressure，在面上施加一个线性变化的压力，模拟结构上的流体载荷。可以分量或矢量的形式定义，输入数值，确定方向。另外，施加静水压力，需要设置流体密度、重力加速度和流体液面位置。

静水压力设置界面

7.Acceleration

加速度。Inertial—> Acceleration，施加在整个模型上。可以用矢量或分量的形式表示，输入数值，确定方向。惯性载荷，必须设置材料密度。加速度经常用于计算过载，动态静强度分析时，利用达朗贝尔法将动载荷变成静载荷，也就是施加一个和加速度方向相反的惯性力。注意：加速度施加在系统上，惯性将阻碍系统的速度变化，因此惯性力的方向与加速度方向相反。

8.StandardEarth Gravity

重力加速度。Inertial—> Standard Earth Gravity，施加在整个模型上，方向定义为整体或局部坐标系的一个坐标轴方向。惯性载荷，必须设置材料密度，物体运动方向与重力加速度的方向相同。

9.RotationalVelocity

角速度。Inertial—> Rotational Velocity，作用在旋转轴、圆孔、圆柱的表面。惯性载荷，必须设置材料密度。整个模型以给定的速率绕轴转动。以分量或矢量的形式定义，输入数值，确定方向。

10.Thermal Condition

热条件。Loads—>Thermal Condition，可以施加在点、线、面、体上，插入温度边界条件（前提是知道系统的温度分布情况）。使用热条件进行热固耦合分析时，需确认模型材料是否定义了热膨胀系数。

11.Bolt Pretension

螺栓预紧力。Loads—> Bolt Pretension，选择螺栓的圆柱面、单个体或多个体上，设置Define By为Load和预紧力Preload。给圆柱形截面上施加预紧力以模拟螺栓连接，需要指定一个坐标系，预紧力作用在该坐标系的原点，且方向沿轴向收缩。求解时，自动生成两个载荷步。

螺栓预紧力设置界面

12.Bearing Load

轴承载荷。Loads—>Bearing Load，作用在圆柱内表面或外表面，用于模拟轴与孔接触面上存在法向(径向)压力的作用。以矢量或分量的形式定义，输入数值大小，确定载荷方向。其径向分量将根据投影面积来分布压力载荷，不允许存在轴向分量。每个圆柱面上只能施加一个轴承载荷。注意：若圆柱面被分割为多个面，施加轴承载荷时要同时选中所有面。

来源：纵横CAE

ANSYS Workbench刚体动力学分析流程

在机械系统中，大量构件处于运动状态。刚体动力学用于计算机械系统的结构动态响应，以及考察机构的运动特性。ANSYS Workbench的刚体动力学(Rigid Dynamics)模块基于全新的模型处理和求解算法，可以结合瞬态动力学分析模块进行结构刚柔耦合分析，其分析系统如下图所示。ANSYS Workbench刚体动力学分析系统图Step 1：创建并导入几何模型步骤与结构静力学分析(参见：ANSYS Workbench线性结构静力分析实例操作)基本一致，只是模型都定义为三维属性，并且在DM界面生成模型前，需要点击Attach，在下方面板设置Simplify Geometry为Yes。Step 2：设置材料和部件属性1) 双击Engineering Data，添加所需材料，考虑惯性，添加密度。2) 双击Model，进入Mechanical界面，展开Geometry，依次点击所有部件，下方面板设置刚度属性(Stiffness Behavior)为刚体(Rigid)，并添加相应材料。Step 3：设置部件间连接关系1) 点击模型树中的Connections，删除自动生成的所有接触。2) 根据部件相对运动关系，依次添加各种运动副（固定副Fixed Joint、转动副Revolute Joint、移动副Translational Joint）。3) 对于高副机构，如凸轮副、齿轮副，添加接触(Contact)。参见文章：干货 | ANSYS Workbench常用接触类型。4) 粘性阻尼效应通过定义弹簧(Springs)来实现。Step 4：有限元网格划分由于均为刚性体，无变形，故不需要划分网格，右击模型树中的Mesh选择GenerateMesh即可。Step 5：施加约束和载荷1) 添加约束，可以是固定约束(Fixed)、位移约束(Displacement)等。参见文章：干货 | ANSYS Workbench常用约束类型。2) 输入载荷，可以是力矩(Moment)、加速度(Acceleration)、关节驱动(Joint)等。参见文章：干货 | ANSYS Workbench常用载荷类型。3) 选择Analysis Settings，在下方面板设置Initial Time Step，Minimum Time Step、Maximum Time Step等，其余保持默认。Step 6：求解及后处理点击模型树中的Solution，添加位移、速度、加速度、接触力等，求解后查看结果，从而分析运动过程中各个运动参数的变化。来源：纵横CAE