5.1 线性静力学分析概述
线性静力学分析是最基本、应用最广的一种分析类型。
线性分析有两方面的含义:材料为线性,应力应变关系为线性,变形是可恢复的;结构发生的是小位移、小应变、小转动,结构刚度不因变形而变化。
5.1.1 线性静力学分析简介
所谓静力,就是结构受到的静态荷载作用,可以忽略惯性和阻尼。在静态载荷作用下,结构处于静力平衡状态,此时必须充分约束,但由于不考虑惯性,因此质量对结构没有影响。
ANSYS Workbench的线性静力学分析可以将多种载荷组合到一起进行分析。图5-1所示为ANSYS Workbench进行静力学分析的流程。其中,项目A为利用Samcef软件求解器进行静力学分析的流程卡,项目B为利用ANSYS软件自带求解器进行静力学分析的流程卡。
图5-1 静力学分析流程1
在项目A中有A1~A7共7个表格(如同Excel表格),从上到下依次设置即可完成一个静力学分析过程。
(1)A1:静力学分析求解器类型,即求解的类型和求解器的类型。
(2)A2:工程数据,即材料库,从中可以选择和设置工程材料。
(3)A3:几何数据,即几何建模工具或者导入外部几何数据的平台。
(4)A4:前处理,即几何模型材料赋予,以及网格设置与划分的平台。
(5)A5:有限元分析,即求解有限元分析模型。
(6)A6:后处理,即完成应力分布及位移响应等云图的显示。
(7)A7:分析结果,即完成分析的结果。
5.1.2 线性静力学分析流程
图5-2所示为静力学分析流程,在每个表格右侧都有一个提示符号,如对号(√)、问号(?)等。在分析过程中遇到的各种提示符号及解释如图5-3所示。
图5-2 静力学分析流程2
图5-3 提示符号及解释
5.1.3 线性静力学分析基础
由经典力学理论可知,物体的动力学通用方程为
(5-1)
式中,是质量矩阵;是阻尼矩阵;是刚度矩阵;是位移矢量;是力矢量;是速度矢量;是加速度矢量。
而在现行结构分析中,与时间t相关的量都将被忽略,于是上式简化为
(5-2)
下面通过几个简单的实例介绍一下静力学分析的方法和步骤。