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第5章 施加载荷 施加载荷是有限元分析的一个重要步骤，不同的分析类 型几乎都是以载荷（如力，温度，速度等）作为条件，研究 载荷下系统的变化情况。例如结构静力学分析用来求解外载 荷引起的位移、应力和力的变化，结构动力学分析用来求解 随时间变化的载荷对结构或部件的影响，主要考虑随时间变 化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。结构非线性分析结 构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化情况 。 5.1 概述 本节主要介绍载荷的定义，载荷的分类方法，载荷施加 的对象，载荷步、子步和平衡迭代，时间参数等基本概念。 5.1.1 载荷的定义 在不同的应用场合载荷有不同的定义和度量，通常将某 种能引起机械结构内力的非力学因素称为载荷。例如机械设 计中主要指施加于机械或结构上的外力；动力机械设计中指 完成工作所需的功率；电机设计中指电气装置或元件从电源 所接受的功率。在ANSYS术语中，载荷（loads ）包括边界 条件和外部或内部作用力函数。 5.1.2 载荷施加的对象 载荷施加的对象是指载荷作用的实体或者有限元模型， ANSYS 中载荷可以施加在实体模型或者有限元模型上。实际 上，最终的载荷都是施加在有限元模型上的载荷。所以，如 果载荷施加在实体模型上，求解过程中将实体模型上的载荷 自动转换为有限元模型上的载荷。 5.1.3 载荷步、子步和平衡迭代 载荷步是指分布施加的载荷，可以使用不同的载荷步来 施加不同的载荷组合。可以将载荷步理解为一系列不同的载 荷配置，ANSYS只计算每个载荷配置下的应力应变等。在 每一个载荷步内，为了逐步加载可以控制程序来执行多次求 解（子步或时间步）。荷载步比如说桥梁中的荷载有施工荷 载、风载、二期恒载等，要根据自己的分析需要进行加载就 要用到荷载步。 5.1.4 时间参数 在静态分析和瞬态分析中，不论分析是否依赖于时间，ANSYS使用 时间作为跟踪参数，优点是时间总是单调增加的，并且在所有情况下可 以使用一个不变的“计数器”或“跟踪器”，不需要依赖于分析的术语。在 指定载荷历程曲线的同时，在每个载荷步结束点赋时间值。可以使用 TIME命令赋时间值。 5.2 载荷的初始设置 在施加载荷前，ANSYS提供一些较为常用的初始设置，这 对某些载荷的施加以及之后的求解都有一定的影响，因此需要了 解如何进行这些常用的初始设置。主要涉及到均布温度和参考温 度，面载荷梯度，重复加载方式，设定载荷步选项等内容。主要 通过选择Main Menu|Solution|Loads|Settings菜单进行设置。 5.2.1 均布温度和参考温度 进行产品的热分析时候，首先要设定温度。包括均布温 度和参考温度。均布温度是指施加载荷前，模型所有部分有 指定的统一的温度值。其主要用于热分析和相关的耦合分析 中。如果已知模型的起始温度是均匀的，可通过以下方式设 定所有节点初始温度： 命令：TUNIF 。 GUI：Main Menu|Solution|Loads|Settings|Uniform Temp 。 5.2.2 面载荷梯度 如果为模型施加的面载荷不是等值均匀分布，而是沿着 某一方向递增，则需要设置面载荷梯度。设置面载荷梯度主 要用于产品的结构分析。可以通过一个图示讲解面载荷梯度 的概念。例如，在结构分析中，压力面载荷从x ＝0开始，F ＝10N，而在X=10m处，压力增加到210牛顿。若设面宽为l 个单位，则压力面载荷梯度就等于（210-10 ）N/ （10－0 ）m ＝20N/m 。 5.2.3 重复加载方式 在多载荷步求解的分析问题中，经常会碰到需要在同一 位置施加不同大小的同一类型的载荷的情况。为了处理后施 加的载荷与前一次施加的载荷之间的关系，ANSYS提供了 替代方式和累加方式来处理。 ANSYS 的默认设