Ansys Workbench的机械应用(二)——分析和求解设置
对于结构静力学中简单的线性问题，不需要设置，但是对于复杂的分析，需要设置一些控制选项。分析设置在机械分析树的静态结构下的分析设置的详细设置中。
本文主要介绍载荷步控制、求解器控制、重启控制、非线性控制、输出控制和分析数据管理。
1负载步进控制
步长控制用于指定求解的步数和时间。在非线性分析中，它用于控制时间步长。步长控制也用于创建多载荷步长，例如螺栓预载荷。
1.1加载步骤和子步骤
载荷步、子步和平衡迭代是控制载荷求解过程的三个载荷时间历史节点。
加载步骤
在线性静态分析或稳态分析中，不同的载荷步可以施加不同的载荷组合。
在瞬态分析中，可以将多个加载步骤加载到同一加载历史曲线的不同时间点。
注意:载荷可以步进，但约束不能步进。
1.例如，固定矩形条的一端，分三步加载另一端。第一步只加载100N的力，第二步只加载10000Nm的逆时针扭矩，第三步推力和扭矩一起求每步的变形。
第一步，设置零件材料、接触关系、网格划分和工艺大纲。
第二步，分析设置，设置加载步长为3，其余默认。
第三步，设置边界条件，如下图所示。
默认情况下，负载逐渐增加(斜坡)，负载在一个负载步长内从0增加到设定值。
在分析树中选择“力”( Force ),信息窗口中会出现表格数据表和图形图表，表示力的加载历史。第一步，力从0到100逐渐变化，第二、三步保持。
对于静态分析，增加载荷和恒定载荷计算没有区别。在此示例中，力和扭矩被更改为恒定载荷，数字被更改为表格第一行中的设定值。
如果在第二步中Force不起作用，只需点击图表的第二步区域或者表格的相应行，右键选择激活/去激活这一步！(在此步骤中激活/停用)，负载在第二步中消失。
还要设置力矩载荷，使其在第一步不起作用。
第三步。添加结果，点击分析树的解决方案(A6)，解决方案工具栏出现在工具栏中，点击变形-总，总变形项目出现在分析树中。默认值是最终结果，但现在我们需要检查第一步结果。
在总变形的详细设置中，By被更改为结果集，集编号被更改为1，这意味着第一步的结果。当然也可以设置成时间，然后在下一行把显示时间改成1s。还要设置第二步和第三步的结果。
第四步，计算，结果如下
2.例子，螺栓预紧的问题:螺栓预紧时，我们可以分两步加载预紧力，第一步是斜坡加载，第二步是锁紧。
在分析设置中将负载步长设置为2。
选择“载荷”下的“螺栓预紧力”，单击图表的第一步，设置“定义方式”以加载螺栓预紧力，并输入预紧力。单击第二步的Graph chart，并将Define By设置为Lock。
子步骤
子步骤是在加载步骤中插入几个点的点。通常，一个子步骤解需要多次迭代，每次迭代称为平衡迭代。子步骤对于溶液过程的控制非常重要。在许多情况下，需要使用不同的子步骤来满足不同的加载和解决方案需求。step的主要功能如下:
1.在非线性静力和稳态分析中，采用分步骤逐步施加载荷来提高求解精度，甚至可以使求解结果由不收敛变为收敛。后面的文章会讲到子步骤在非线性屈曲中的应用。
2.在线性或非线性暂态分析中，采用子步长来满足时间步长的需要，得到更精确的解，即满足暂态时间累积规律。子步骤在瞬态分析中的应用将在以后的文章中讨论。
3.在谐波响应分析中，子步骤用于获得响应频率范围内多个频率的解。子步骤在瞬态分析中的应用将在以后的文章中讨论。
以矩形条固定端的加载力为例，说明了子步长的设置方法。
在“分析设置”中，将“自动时间步进”设置为“开”,并将“由”定义为“子步”。然后你需要设置三个参数。
初始子步数:用于计算初始载荷(即确定初始子步数)。最小子步和最大子步用于计算子步之间的增量。三者的数值关系必须满足:最小子步≤初始子步≤最大子步。大多数情况下，为了便于控制和计算，设置:最小子步=初始子步=最大子步。
例如，用100N的力加载一个矩形杆，加载步长为1，初始子步长为8，最小子步长为4，最大子步长为10。
那么力的初始加载值为100N/8=25N，子步数为4~10(由程序选择)，子步之间的增量范围为100N/10~100N/4，即10N~25N。最小子步不能大于最大子步，初始子步必须在最小子步和最大子步的值之间)
经过计算，在图中可以看到，共生变成了五个子步骤。
1.2倍
与时间相关的选项经常出现在加载和子步骤中，但这里的1s不一定代表1s时间。无论负载类型是否依赖于时间，Workbench都使用时间作为跟踪参数，这样计算出的结果将是与时间相关的函数。
1.在静态线性分析中，时间值是常数0，即计算与时间无关。因此，在情况1中，我们可以在不影响计算结果的情况下，将逐渐增加的载荷改为恒定载荷。
2.在瞬态分析中，时间作为代表实时过程的变量而变化。
3.在其他分析中，时间仅用作计算器，以确定解决方案中使用的不同负载步骤。
4.时间也可以用作***，以识别加载步骤和加载子步骤。载荷步是在指定时间间隔内作用的一系列载荷，载荷子步是载荷步中的时间节点，平衡迭代在子步时间节点上获得中间解。
2 求解器控制
2解算器控制
2.1求解器类型
求解器类型包括直接求解器和迭代求解器。我们通常使用程序控制。
直接求解器可以处理任何情况，主要用于薄曲面和细长体的模型。
在处理大型模型时，迭代求解器非常有效。
2.2弱弹簧
弱弹簧:在某些时候，希望模型在平衡状态下计算，而不是约束所有方向，然后使用弱弹簧。例如，以下几何图形在左右方向上受到方向相反且大小相等的力。理论上几何处于平衡状态，不会发生刚体平移。但是在有限元软件中，网格离散化后，几何形状可能会出现轻微的不平衡，而弱弹簧是用来平衡这种轻微的不平衡力的。
但是，约束刚体所有可能的平移方向是用户最好的习惯。比如上图中的模型，可以采用1/2或者1/4模型来施加对称约束。
2.3大变形
大挠度挠度用于几何非线性计算，非线性的概念将在非线性分析中详细解释。当大变形闭合时，计算器使用模型的初始刚度矩阵；当大变形打开时，计算器将在每次迭代后重新生成刚度矩阵。
当变形超过5%或旋转角度超过10°时，必须打开大变形开关。
2.4惯性释放
通常在做静力分析时，需要保证结构没有刚体平移，否则求解器无法计算。但为了计算飞机飞行或船舶航行时的机构，需要利用惯性释放对结构施加一个虚拟的约束反作用力，以保证合力平衡。惯性释放允许对完全无约束的结构进行静态分析。
3其他控制3.1重启控制
重启控制在静态分析和瞬态分析中设置多个重启点，以获得从某一时刻重启分析所需的数据库。
3.2非线性控制
非线性控制可以修改收敛准则和一些其他控制选项，并增加稳定控制和稳定能量的结果。
3.3输出控制
输出控制允许在结果的后处理中，特别是在非线性分析中，得到所需的时间点结果，中间载荷的结果也很重要。
3.3分析数据管理
分析数据管理用于管理其他分析系统的分析数据的存储结果文件。
写在最后，除了在需要时设置载荷步与子步外，其余选项使用默认设置已经足以解决我们工作中的绝大部分需求。本文对不常用的设置只做了简单介绍，在以后的详细实例中还会根据具体需求讲解。
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