ANSYS初应力的获取与施加

ANSYS

上次分析一个钢结构残余应力的问题,发现结构施加残余应力总是施加不上,一直没有找到问题。直到最近看到一个关于施加残余应力的案例,才有点发现。在ANSYS中施加初应力可以将初应力指定为一个荷载,但是只能在静态分析和瞬态分析中使用。恒定的初应力可以采用ISTRESS来施加。

但在实际情况中,初应力的施加一般是采用初应力文件进行施加,初应力文件存储着结构的实际初应力分布情况,此文件的获得可以通过残余应力分布计算公式计算结构的残余应力分布而获得,也可以按照结构前期受荷载而产生的初应力生成。该文件需要使用ISFILE命令进行读取,在读取时,ISFILE命令中的LOC变量允许指定从文件中读取初始残余应力,并且可以施加到单元或者积分点上,对于单元质心LOC默认为0,对于积分点施加可以使LOC为1,而设定LOC为2可以为每一个单独的单元指定不同的初应力位置。在此情况下,初应力文件中应该给出每一个单元初始应力的应力位置标识符。当LOC=3时,指定的网格中每隔单元的初始应力状态都相同。

本次分析一个在重力和均匀压力作用下的岩层简化模型,根据模型可以分为一般分析和初应力分析。

一般分析

一般分析直接施加重力以及均不压力,有限元模型如下图所示:

有限元模型

有限元模型

岩层取为2×2m,考虑到计算量,采用PLANE42单元进行模拟,材料为弹性材料,上部承受1E5Pa的均布地层压力,除此之外还有重力荷载,结构施加底部竖向约束以及侧向水平约束。结构受荷如下所示:

外荷载

外荷载

直接求解可以得到结构的等效应力图,如下图所示:

等效应力

等效应力

初应力分析

初应力分析的思路是采用重力生成重力荷载初应力,并写入初应力文件,之后从新绘制模型,固定所有单元和节点,读取初应力文件并施加,之后获取所有节点的反力,将节点反力写入文件,在从新绘制模型,施加节点反力和相应的均布压力进行求解。

上述过程对于此模型比较繁琐,主要是因为初应力来自于实际的求解。而往往在实际情况中,初应力文件可能是直接给出,由试验测得或者直接根据公式计算得来,因此必须要了解初应力施加的具体步骤:

第一步:建立模型,并施加重力场,此步骤与上述基本一致,施加完成之后在求解之前使用ISWRITE,1之后求解,这样计算所得到的的初应力将会写入Jobname.ist文件中,如下图所示:

初应力文件

初应力文件

上图为标准的初应力文件,文件由注释行“!”开头,之后每一个单元的记录第一行应该以字符串“EIS”开始,之后是单元号和可选的位置符,这些必须用“,”分隔开,接着便是单元的应力记录了。

第二步:重新建立模型,采用约束约束所有节点,并用下面的语句读取初应力进行施加:

可以使用下面的命令列出所施加的初应力:

之后直接求解即可。这样可以得到Jobname2.rst文件,这个文件为第二步施加初应力文件之后的结果文件,这个文件需要在第三步中读取。

第三步:从新建立模型,施加均布压力荷载,并使用下面的命令读取相应的等效节点力进行施加:

求解之后可以得到下面的等效应力图:

等效应力

等效应力

仔细对比两次分析所得的云图,可以发现两者一致,这表明初应力施加正确。
APDL代码以如下所示:

模型为测试模型,APDL代码不公开,如有需要请留言。

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2条评论

  1. 王启兴   •  

    求apdl学习下

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