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：
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：
- 选出要施加荷载的面，并赋予SHELL63单元，划分面网格；
- 对生成的单元执行下面的循环操作；
- 计算每一个单元计算面积和中心X、Y、Z坐标
- 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；
- 将合力平均分配到四个节点上，并按照角度施加；
- 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
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
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：
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*get,enmax,elem,,num,max !得到选择集中最大的单元号 *get,enmin,elem,,num,min !得到选择集中最小的单元号 dofsel,s,fx,fy,fz !选择将进行操作的自由度 fcum,add !将力的施加方式设置为"累加",而不是缺省的"替代" *do,i,enmin,enmax !开始对第enmin号到第enmax号单元的循环 *if,esel(i),eq,1,then !选择语句，判断当前单元是否在选择集中 *get,ae,elem,i,area !得到单元真实面积 xe=centrx(i) !单元中心的X坐标(用于求解压力值) ye=centry(i) !单元中心的Y坐标(用于求解压力值) ze=centrz(i) !单元中心的Z坐标(用于求解压力值) !输入压力随坐标变化的公式 p_e=1.71e4*(ye-1) !压力公式 f_tot=p_e*ae !单元上的合力 esel,s,elem,,i !选择第i个单元 nsle,s,corner !选择单元角点上的节点 *get,nn,node,,count !得到当前选择集中节点的个数 f_n=f_tot/nn !得到每个节点上需施加的力 *do,j,1,nn !此循环对第i个单元上的每个节点施加集中力 f,nelem(i,j),fx,f_n*cos(16.5*3.14/180) !压力的作用方向为X方向 f,nelem(i,j),fy,f_n*sin(16.5*3.14/180) !压力的作用方向为Y方向 *enddo *endif esla,s !重新选择面上所有单元 *enddo |
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
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
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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