ANSYS結(jié)構(gòu)分析基本原理

1、 ANSYS結(jié)構(gòu)分析基本原理1應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系本文將介紹結(jié)構(gòu)分析中材料線性理論，在后續(xù)再介紹材料非線性的理論。在線彈性理論中應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：二旳其中：。：應(yīng)力分量，即I化礙G即片在ANSYS軟件里以S代替。形式出現(xiàn)。D:彈性矩陣或彈性剛度矩陣或應(yīng)力-應(yīng)變矩陣。利用（14）（19）給出了其具體表達式。給出了其逆矩陣的表達式。通過給出完整的D可以定義少數(shù)的各向異性單元。在ANSYS中利用命令：TB,ANEL來輸入具體數(shù)值。&：總的應(yīng)變矢量，即：彈性應(yīng)變矢量。在ANSY中以EPEL形式輸出。h:熱應(yīng)變矢量，（3）給出了其定義式，在ANSYS中以EPTH形式給出。注意：&:是由應(yīng)力引起的應(yīng)變。軟件中的剪

2、切應(yīng)變（&、&和&）是工程應(yīng)變，他們是拉伸應(yīng)變的兩倍。&通常用xyyzxz來表示拉伸應(yīng)變，但為了簡化輸出而采用此表示。將在材料的非線性分析中說明總應(yīng)變的分量，以EPT0形式輸出。圖1單元的應(yīng)力矢量圖如圖1給出了單元應(yīng)力矢量圖。ANSYS程序中規(guī)定正應(yīng)力和正應(yīng)變拉伸是為正，壓縮時為負。(1)式還可以被寫作以下形式：三維情況下，熱應(yīng)變矢量為：=旳蘭町000其中：時:方向的正割熱膨脹系數(shù)。AT=T-TrefT：問題中節(jié)點當前溫度。T:參考溫度也就是應(yīng)變自由時的溫度。用TREF或MP命令輸入。ref柔度矩陣的定義：000-vy嗎000-%促-2嶇00a00%000040其中：E:方向上的楊氏模量，在M

3、P命令中用EX輸入。xv:主泊松比，在MP命令中用PRXY輸入。xyv:次泊松比，在MP命令中用NUXY輸入。yxG:平面上的剪切模量，在MP命令中用GXY輸入。xy此外，D-1是對稱矩陣，因此由（5）（7）,可知v、v、v、v、v和v是不獨立的，因此程序中必須輸入xyyzxzyxzyzxv、v和v（以PRXY,PRYZ,andPRXZ標記輸入）或v、v和v（以NUXY,NUYZ,andxyyzxzyxzyzxNUXZ標記輸入）。對于正交各向異性材料，泊松比的使用有時會發(fā)生混淆，為此應(yīng)該輸入所有的泊松比。假定E大于E,v大于v。因此v通常被稱作主泊松比，v通常被稱xyxyyxxyyx作次泊松比

4、。對于正交各向異性材料，使用者應(yīng)該查明材料屬性的來源，以便正確恰當?shù)妮斎牒褪褂?。實際中，正交個向異向材料通常支持主泊松比形式。對于各向同性材料，各方向上的泊松比和彈性模量相同，因此在數(shù)據(jù)輸入中沒有區(qū)別。利用（3）（7），可把（2）展開成以下形式：耳=毎AT+珂乞-遇-叫其中：xx方向上的垂直應(yīng)變。0 xx方向上的垂直應(yīng)力。xy:x-y平面上的剪切應(yīng)變(14)(15)。:x-y平面上的剪切應(yīng)力xy由(1)和(4),(3),(5)(7)式可以得六個應(yīng)力顯示方程:耳二即叩一心且嚀(心-&AG+場M軸+垃)簡-礙巧+爲他十叫黑理止門礙=湫衛(wèi)&十丫少蘆豆E訣忌;-癱-礙右7)十爲您+%V嚴壽毘-扛T)(

5、19)其中：如果剪切模量沒有輸入，那在計算各向同性材料時，利用下式計算:對于正交各向異性材料而言，使用者要搞清楚材料的性質(zhì)因為他飽含了剪切模量值，而次值在ANSYS中沒有默認值。矩陣D定要是正定的。為了確保D的正定性，程序會檢查沒一個被使用的單元。在后面將給出矩陣正定性的定義。在材料性質(zhì)與溫度相關(guān)的情況下，對于第一個載荷步程序會使用平均溫度來估計材料性質(zhì)。利用BFUNIF,TEMP可以輸入平均溫度。對于各向同性材料，材料性質(zhì)總是正定的。當使用主泊松比時，對于材料的正定性定義h定是正的。2對稱模型中正交各向異性材料變換把材料性質(zhì)參數(shù)從R-0-Z柱坐標系變換到x-y-z直角坐標系時，我們要十分謹慎

6、。楊氏模量的變換是最直接的，然而泊松比的正確變換比較難。首先，對于一個圓盤體我們研究如何利用軸對稱單元把楊氏模量從總體柱坐標系變換到總體的笛卡爾坐標系的方法：因此由圖2可知楊氏模量可以直接轉(zhuǎn)換，即E-E,E-E,E-E。在笛卡爾坐標系RX0zzy里給出沒有剪切項的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：圖2材料坐標系為了讓R-B-Z軸匹配x-y-z軸(i.e.,xR,yZ,zf9)1-11退_卜空z-%爲、F；%1化-叫工/鳳(23)v、v和yzxz這里假設(shè)vxy如果不滿足這種假設(shè)，則VRZVR9和V都是主泊松比9即EMEME和ExyzMEzME0(24)3與溫度相關(guān)的熱膨脹系數(shù)考慮一種典型的情況，可以從3)的熱應(yīng)變

7、得其中：ase(T)：與溫度相關(guān)正割熱膨脹系數(shù)(SCTE)ase(T)可以利用以下三種方式輸入：1、直接輸入ase(T)在ANSYS中利用MP直接輸入ALPX,ALPY,orALPZ2、使用(25)式并利用ain(T)來計算ase(T),ase(T)為瞬態(tài)熱膨脹系數(shù)，可以利用MP輸入CTEX,CTEY,orCTEZ3、使用(26)式并利用MT)來計算ase(T),th(T)為熱應(yīng)變，可以利用MP輸入THSX,THSY,orTHSZ可以把(25)改寫成以下形式：(26)式中假定當T=T,&訕二0。如果不是這樣的話，ref的熱膨脹系數(shù)基于用戶在臨近定義的數(shù)據(jù)點。因此，如果的熱膨脹系數(shù)將在下一步計算。refEith將自動移動一個常量。T處refEith的斜率與T不相等，T處refrefF面給出了Eith(T)和ain(T)的關(guān)系:把(27)代入(26)，得Noadjustmentisneededforain(T)asase(T)isdefinedtobeain(T)whenT=Trefam(T)不需要校正因為當T=T時，ain(T)就被定義成ase(T