ANSYS复杂面荷载施加

ANSYS

在分析中,可能涉及到复杂的面荷载的施加,比如切向的面荷载或者呈一定角度的面荷载,ANSYS的面荷载仅仅能施加垂直于面方向的荷载,这样的角度控制往往是一个问题。另外一种情况就是面荷载的大小随着位置的不同而不同,这样的荷载也比较难以施加。

本次分析一个挡土墙,墙体底部全部约束,但是侧面受到和水平方向呈16.5度的土压力,大小随着埋深的增加而增加,如下图所示:

挡土墙模型

荷载表达式如下所示:

\[P = 1.71 \times {10^4} \times (h + 1)\]

根据模型情况,荷载的施加大致具有两种方式,一是采用表面效应单元,比如SURF153或者SURF154添加;而是可以通过APDL语言进行程序编制,本文将采用第二种方式进行施加,基本方法如下:

  1. 选出要施加荷载的面,并赋予SHELL63单元,划分面网格;
  2. 对生成的单元执行下面的循环操作;
  3. 计算每一个单元计算面积和中心X、Y、Z坐标
  4. 将坐标带入表达式计算函数值,并乘以单元面积得到单元的合力;
  5. 将合力平均分配到四个节点上,并按照角度施加;
  6. 对每一个面完成操作后,删除SHELL63单元。

根据上述的思路,首先建立有限元模型,如下图所示:

有限元模型

有限元模型

下面建立完成之后,增加一个新的单元SHELL63,并选择墙体背面的面,如下图所示:

选择面

选择面

将选择的面直接从新赋予SHELL63号单元,之后划分网格,并采用下面的语句进行荷载加载:

加载完成之后,删除面上的SHELL63号单元即可,这样做是因为在加载完成之后,ANSYS会将荷载转换到有限元模型的节点上,与单元已经无关,因此可以直接删除该单元。加载完成之后如下图所示:

荷载施加示意图

荷载施加示意图

之后全选所有模型,进行求解,求解结果如下图所示:

x方向位移场

x方向位移场

等效应力图

等效应力图

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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