4-ANASY-约束和载荷详解-Enviroment-工具栏

载荷和约束是ANSYS Workbench–Mechanical求解计算的边界条件

它们是以所选单元的自由度的形式定义的。

1.约束和载荷

mechanical 提供了四种载荷：

（1）惯性载荷：专指施加在定义好的质量点上的力（PointMasses），惯性载荷施加在整个模型上，进行惯性计算时必须输入材料的密度。

（2）结构载荷：指施加在系统零部件上的力或力矩。

（3）结构约束：限制部件在某一特定区域内移动的约束，也就是限制部件的一个或多个自由度。

（4）热载荷：施加热载荷时系统会产生一个温度场，使模型中发生热膨胀或热传导，进而在模型中进行热扩散。

载荷和约束都是有方向的，要在detail中定义Define By。

2.惯性载荷 intertial

惯性载荷（Inertial）是通过施加加速度实现的，加速度是通过惯性力施加到结构上的，

惯性力的方向与所施加的加速度方向相反它

包括线性加速度Acceleration、重力加速度Standard earth gravity及角速度(转动速度)rotational velocity等，如图4-22所示。

2.1 acceleration 加速度：

线性加速度，施加在整个模型上，单位为m/s2m/s^2m/s2

2.2 standard earth gravity 重力加速度

这是一个定值，方向定义为整体坐标系或局部坐标系的其中一个坐标轴方向

2.3 rotational velocity 旋转速度

+表示整个模型以给定的速率绕旋转轴转动，它可以以分量或矢量的形式定义，输入单位可以是弧度每秒（默认选项），也可是度每秒。

3. 力载荷 loads

在Mechanical中，力载荷集成到结构分析的Loads（载荷）下拉菜单中，它是进行结构分析所必备的

3.1 压力 pressure

定义：该载荷以与面正交的方向施加在面上，指向面内为正，反之为负，单位是单位面积的力。

施加在一个面上
单位是Pa or F/m^2

3.2 静水压力 Hydrostatic Pressure

该载荷表示在面（实体或壳体）上施加一个线性变化的力，模拟结构上的流体载荷。

流体可能处于结构内部，也可能处于结构外部。

施加该载荷时，需要指定加速度的大小和方向、流体密度、代表流体自由面的坐标系，对于壳体，还提供了一个顶面/底面选项。

3.3 集中力 Force

集中力可以施加在点、边或面上。

它将均匀地分布在所有实体上，

单位是质量 Kg 与长度 m 的乘积比上时间的平方 s^2 。(也就是牛顿 F)

可以以矢量或分量的形式定义集中力。

3.4 远程载荷 Remote Force

指给实体的面或边施加一个远离的载荷。

施加该载荷时需要指定载荷的原点（附着于几何上或用坐标指定）

该载荷可以以矢量或分量的形式定义。

remote force 比 force 多了一个力矩

通过coordinate system 可以定义力的位置、大小。

3.5 轴承负载（集中力）bearing load

指使用投影面的方法将力的分量按照投影面积分布在压缩边上。轴承负载可以以矢量或分量的形式定义。

施加轴承负载时，不允许存在轴向分量；每个圆柱面上只能使用一个轴承负载。在施加该载荷时，若圆柱面是断开的，一定要选中它的两个半圆柱面。

geometry选项不能选平面

3.6 螺栓预紧力 bolt pretension

圆柱形截面上施加预紧力以模拟螺栓连接，包括预紧力（集中力）或调整量（长度）。

在使用该载荷时需要给物体在某一方向上的预紧力指定一个局部坐标系。

求解时会自动生成两个载荷步，LS1——施加有预紧力、边界条件和接触条件；LS2——预紧力部分的相对运动是固定的，同时施加了一个外部载荷。

螺栓预紧力只能用于三维模拟，且只能用于圆柱形面体或实体，使用时需要精确的网格划分（在轴向上至少需要有2个单元）。

3.7 力矩载荷 Moment

对于实体，力矩只能施加在面上，如果选择了多个面，力矩则均匀分布在多个面上；
对于面，力矩可以施加在点上、边上或面上。

当以矢量形式定义时遵守右手螺旋法则。力矩的单位是 F*m

3.8 线压力 line pressure

线压力只能用于三维模拟中

它是通过载荷密度形式给一个边上施加一个分布载荷

线压力的单位是单位长度上的载荷。

线压力的定义方式(define by)有

幅值和向量
幅值和分量方向（总体或者局部坐标系）
幅值和切向

4. 热载荷 thermal condition

用于在结构分析中施加一个均匀温度载荷，施加该载荷时，必须制定一个参考温度。

由于温度差的存在，会在结构中导致热膨胀或热传导

5.常见约束 supports

在模型中除了要施加载荷外，还要施加约束，约束有的时候也称之为边界条件

5.1 固定约束 fixed support

用于限制点、边或面的所有自由度

对于实体，限制x、y、z方向上的移动

对于面体和线体，限制x、y、z方向上的移动和绕各轴的转动。

5.2 位移约束 Displacement

用于在点、边或面上施加已知位移

该约束允许给出x、y、z方向上的平动位移（在自定义坐标系下）

当为“0”时表示该方向是受限的，当空白时表示该方向自由。

5.3 弹性约束 elastic support

该约束允许在面、边界上模拟类似弹簧的行为

基础的刚度为使基础产生单位法向偏移所需要的压力。

5.4 无摩擦约束 Frictionless support

用于在面上施加法向约束（固定），对实体可用于模拟对称边界约束。

5.5 圆柱面约束 Cylindrical support

该约束为轴向、径向或切向约束提供单独的控制，通常施加在圆柱面上。

5.6 仅有压缩的约束 compression only support

该约束只能在正常压缩方向施加约束，它可以用来模拟圆柱面上受销钉、螺栓等的作用，求解时需要进行迭代（非线性）

5.7 简单约束 simply support

可以将其施加在梁或壳体的边缘或者顶点上，用来限制平移，但是允许旋转并且所有旋转都是自由的。

5.8 转动约束 Fixed Rotation

可以施加在壳或梁的表面、边缘或者顶点上。与简单约束相反，它用来约束旋转，但是不限制平移。