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書名： ANSYS 17.0中文版有限元分析從入門到精通
作者名： CAD/CAM/CAE技術聯盟編著
本章字數： 3979字
更新時間： 2020-11-28 15:08:24

4.4 設定載荷步選項

載荷步選項（Load step options）是各選項的總稱，這些選項用于在求解選項中及其他選項（如輸出控制、阻尼特性和響應頻譜數據）中控制如何使用載荷。載荷步選項隨載荷步的不同而異。有6種類型的載荷步選項。

通用選項。

動態選項。

非線性選項。

輸出控制。

Biot-Savart選項。

譜選項。

4.4.1 通用選項

通用選項包括瞬態或靜態分析中載荷步結束的時間，子步數或時間步大小，載荷階躍或遞增，以及熱應力計算的參考溫度。以下是對每個選項的簡要說明。

1．時間選項

TIME命令用于指定在瞬態或靜態分析中載荷步結束的時間。在瞬態或其他與速率有關的分析中，TIME命令指定實際的、按年月順序的時間，且要求指定時間值。在與非速率無關的分析中，時間作為跟蹤參數。在ANSYS分析中，決不能將時間設置為0。如果執行TIME,0或TIME, <空 > 命令，或者根本就沒有發出TIME命令，ANSYS使用默認時間值；第一個載荷步為1.0，其他載荷步為1.0加前一個時間。要在0時間開始分析，如在瞬態分析中，應指定一個非常小的值，如TIME,1E-6。

2．子步數與時間步大小

對于非線性或瞬態分析，要指定一個載荷步中需要的子步數。指定子步的方法如下。

          命令：DELTIM
          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time
    & Time Step
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Sol'n Control
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time & Time Step
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time & Time Step
          命令：NSUBST
          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > Time/Frequenc > Freq
    & Substeps
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Sol'n Control
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Freq & Substeps
              Main Menu > Solution > Unabridged Menu > Time/Frequenc > Freq & Substeps

NSUBST命令指定子步數，DELTIM命令指定時間步的大小。在默認情況下，ANSYS程序在每個載荷步中使用一個子步。

3．時間步自動階躍

AUTOTS命令激活時間步自動階躍。等價的GUI路徑如下。

          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time
    & Time Step
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Sol'n Control
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time & Time Step
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time & Time Step

在時間步自動階躍時，根據結構或構件對施加載荷的響應，程序計算每個子步結束時最優的時間步。在非線性靜態或穩態分析中使用時，AUTOTS命令確定了子步之間載荷增量的大小。

4．階躍或遞增載荷

在一個載荷步中指定多個子步時，需要指明載荷是逐漸遞增還是階躍形式。KBC命令用于此目的：KBC,0指明載荷是逐漸遞增；KBC,1指明載荷是階躍載荷。默認值取決于分析的學科和分析類型（與KBC命令等價的GUI路徑和與DELTIM和NSUBST命令等價的GUI路徑相同）。

關于階躍載荷和逐漸遞增載荷的幾點說明。

（1）如果指定階躍載荷，程序按相同的方式處理所有載荷（約束、集中載荷、表面載荷、體積載荷和慣性載荷）。根據情況，階躍施加、階躍改變或階躍移去這些載荷。

（2）如果指定逐漸遞增載荷，那么：

在第一個載荷步施加的所有載荷，除了薄膜系數外，都是逐漸遞增的（根據載荷的類型，從0或從BFUNIF命令或其等價的GUI路徑所指定的值逐漸變化，參見表4-13）。薄膜系數是階躍施加的。

表4-13 不同條件下逐漸變化載荷（KBC=0）的處理

注：

（1）對慣性載荷，其本身是線性變化的，因此，產生的力在該載荷步上是二次變化。

（2）TUNIF命令在所有節點指定一均布溫度。

（3）在這種情況下，使用的TUNIF或BFUNIF值是之前載荷步的值，而不是當前值。

（4）總是以溫度函數所確定的值的大小施加溫度相關的膜層散熱系數，而不論KBC的設置如何。

（5）BFUNIF命令僅是TUNIF命令的一個同類形式，用于在所有節點指定一均布體積載荷。

注意：階躍與線性加載不適用于溫度相關的薄膜系數（在對流命令中，作為N輸入），總是以溫度函數所確定的值大小施加溫度相關的薄膜系數。

在隨后的載荷步中，所有載荷的變化都是從先前的值開始逐漸變化。

注意：在全諧波（ANTYPE, HARM和HROPT, FULL）分析中，表面載荷和體積載荷的逐漸變化與在第一個載荷步中的變化相同，且不是從先前的值開始逐漸變化，但是PLANE2、SOLID45、SOLID92和SOLID95是從之前的值開始逐漸變化的。

在隨后的載荷步中新引入的所有載荷是逐漸變化的（根據載荷的類型，從0或從BFUNIF命令所指定的值逐漸遞增，參見表4-13）。

在隨后的載荷步中被刪除的所有載荷，除了體積載荷和慣性載荷外，都是階躍移去的。體積載荷逐漸遞增到BFUNIF命令所指定的值，不能被刪除而只能被設置為0的慣性載荷，則逐漸變化到0。

在相同的載荷步中，不應刪除或重新指定載荷。在這種情況下，逐漸變化不會按用戶所期望的方式發揮作用。

5．其他通用選項

還可以指定下列通用選項。

（1）熱應力計算的參考溫度，其默認值為0°。指定該溫度的方法如下。

          命令：TREF
          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > Other > Reference Temp
              Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Settings > Reference
    Temp
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Other > Reference Temp
              Main Menu > Solution > Define Loads > Settings > Reference Temp

（2）對每個解（即每個平衡迭代）是否需要一個新的三角矩陣，僅在靜態（穩態）分析或瞬態分析中，使用下列方法之一，可用一個新的三角矩陣。

          命令：KUSE
          GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>Load Step Opts>Other>Reuse Tri Matrix
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Other > Reuse Tri Matrix

默認情況下，程序根據DOF約束的變化、溫度相關材料的特性，以及New-Raphson選項確定是否需要一個新的三角矩陣。如果KUSE設置為1，程序再次使用之前的三角矩陣。在重新開始過程中，該設置非常有用：對附加的載荷步，如果要重新進行分析，而且知道所存在的三角矩陣（在文件Jobname.TRI中）可再次使用，通過將KUSE設置為1，可節省大量的計算時間。KUSE, -1命令迫使在每個平衡迭代中三角矩陣再次用公式表示。在分析中很少使用它，主要用于調試中。

（3）模式數（沿周邊諧波數）和諧波分量是關于全局X坐標軸對稱還是反對稱。當使用反對稱協調單元（反對稱單元采用非反對稱加載）時，載荷被指定為一系列諧波分量（傅里葉級數）。要指定模式數，使用下列方法之一。

          命令：MODE
          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > Other > For Harmonic Ele
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Other > For Harmonic Ele Main Menu >
    Solution > Load Step Opts > Other > For Harmonic Ele

（4）在4-D磁場分析中所使用的標量磁勢公式的類型，通過下列方法之一指定。

          命令：MAGOPT
          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > Magnetics > potential
    formulation method
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Magnetics > potential formulation
    method

（5）在縮減分析的擴展過程中，擴展的求解類型通過下列方法之一指定。

            命令：      ，
            GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > ExpansionPass > Single
      Expand > Range of Solu's
                Main Menu > Solution > Load Step Opts > ExpansionPass > Single Expand >
      Range of Solu's
                Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > ExpansionPass > Single
      Expand > By Load Step
                Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > ExpansionPass > Single
      Expand > By Time/Freq
                Main Menu > Solution > Load Step Opts > ExpansionPass > Single Expand >
      By Load Step
                Main Menu > Solution > Load Step Opts > ExpansionPass > Single Expand >
      By Time/Freq

4.4.2 動力學分析選項

動力學分析選項主要用于動態和其他瞬態分析的選項，如表4-14所示。

表4-14 動態和其他瞬態分析命令

4.4.3 非線性選項

非線性選項主要是用于非線性分析的選項，如表4-15所示。

表4-15 非線性分析命令

4.4.4 輸出控制

輸出控制用于控制分析輸出的數量和特性，有兩個基本輸出控制，如表4-16所示。

表4-16 輸出控制命令

下面說明了OUTERS和OUTPR命令的使用方法。

          OUTRES, ALL,5     ！寫入所有數據：每到第5子步寫入數據
          OUTPR, NSOL, LAST  ！僅打印最后子步的節點解

可以發出一系列OUTER和OUTERS命令（達50個命令組合）以精確控制解的輸出。但必須注意命令發出的順序很重要。例如，以下命令把每到第10子步的所有數據和第5子步的節點解數據寫入數據庫和結果文件中。

          OUTRES, ALL,10
          OUTRES, NSOL,5

如果顛倒命令的順序（如下所示），那么第二個命令優先于第一個命令，使每到第10子步的所有數據被寫入數據庫和結果文件中，而每到第5子步的節點解數據則未被寫入數據庫和結果文件中。

          OUTRES, NSOL,5
          OUTRES, ALL,10

注意：程序在默認情況下輸出的單元解數據取決于分析類型。要限制輸出的解數據，使用OUTRES有選擇地抑制（FREQ=NONE）解數據的輸出，或首先抑制所有解數據（OUTRES、ALL、NONE）的輸出，然后通過隨后的OUTRES命令有選擇地打開數據的輸出。

第三個輸出控制命令ERESX允許用戶在后處理中觀察單元積分點的值。

          命令：ERESX
          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > Output Ctrls >
    Integration Pt
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Output Ctrls > Integration Pt

默認情況下，對材料非線性（例如，非0塑性變形）以外的所有單元，ANSYS程序使用外推法并根據積分點的數值計算在后處理中觀察的節點結果。通過執行ERESX, NO命令，可以關閉外推法，相反，將積分點的值復制到節點，使這些值在后處理中可用。另一個選項ERESX, YES，迫使所有單元都使用外推法，而不論單元是否具有材料非線性。

4.4.5 Biot-Savart選項

用于Biot-Savart（磁場分析）的選項有兩個命令，如表4-17所示。

表4-17 Biot-Savart命令

4.4.6 譜分析選項

這類選項中有許多命令，所有命令都用于指定響應譜數據和功率譜密度（PSD）數據。在頻譜分析中，使用這些命令時可參見幫助文件中的ANSYS Structural Analysis Guide說明。

4.4.7 創建多載荷步文件

所有載荷和載荷步選項一起構成了一個載荷步，程序用其計算該載荷步的解。如果有多個載荷步，可將每個載荷步存入一個文件，調入該載荷步文件，并從文件中讀取數據求解。

LSWRITE命令寫載荷步文件（每個載荷步一個文件，以Jobname.S01、Jobname.S02和Jobname.S03等識別），使用以下方法之一。

          命令：LSWRITE
          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > Write LS File
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Write LS File

所有載荷步文件寫入后，可以使用命令在文件中順序讀取數據，并求得每個載荷步的解。下面所示的命令組定義多個載荷步。

          /SOLU                ！輸入Solution
          0
          ！載荷步1：
          D, ...               ！載荷
          SF, ...
          ...
          NSUBST, ...          ！載荷步選項
          KBC, ...
          OUTRES, ...
          OUTPR, ...
          ...
          LSWRITE              ！寫入載荷步文件Jobname.S01
          ！
          ！載荷步2：
          D, ...               ！載荷
          SF, ...
          ...
          NSUBST, ...          ！載荷步選項
          KBC, ...
          OUTRES, ...
          OUTPR, ...
          ...
          LSWRITE              ！寫入載荷步文件Jobname.S02
           ...

關于載荷步文件的幾點說明如下。

載荷步數據根據ANSYS命令被寫入文件。

LSWRITE命令不捕捉實常數（R）或材料特性（MP）的變化。

LSWRITE命令自動地將實體模型載荷轉換到有限元模型，因此所有載荷按有限元載荷命令的形式被寫入文件。特殊的是，表面載荷總是按SFE（或SFBEAM）命令的形式被寫入文件，而不論載荷是如何施加的。

要修改載荷步文件序號為N的數據，執行命令LSREAD, n在文件中讀取數據，做所需的改動，然后執行LSWRITE, n命令（將覆蓋序號為N的舊文件）。還可以使用系統編輯器直接編輯載荷步文件，但這種方法一般不推薦使用。與LSREAD命令等價的GUI菜單路徑如下。

          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Load Step Opts > Read LS File
              Main Menu > Solution > Load Step Opts > Read LS File

LSDELE命令允許用戶從ANSYS程序中刪除載荷步文件。與LSDELE命令等價的GUI菜單路徑如下。

          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Operate > Delete LS Files
              Main Menu > Solution > Define Loads > Operate > Delete LS Files

與載荷步相關的另一個有用的命令是LSCLEAR，該命令允許用戶刪除所有載荷，并將所有載荷步選項重新設置為其默認值。例如，在讀取載荷步文件進行修改前，可以使用它“清除”所有載荷步數據。與LSCLEAR命令等價的GUI菜單路徑如下。

          GUI:Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Delete > All Load Data >
    data type
              Main Menu > Preprocessor > Loads > Reset Options
              Main Menu > Preprocessor > Loads > Define Loads > Settings > Replace vs
    Add
              Main Menu > Solution > Reset Options
              Main Menu > Solution > Define Loads > Settings > Replace vs Add > Reset
    Factors

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