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边界条件与荷载

在 FrontISTR 中，结构分析、热传导分析和动力分析的边界条件与荷载均使用关键字定义。在结构静力分析中，将已定义的边界条件和荷载按组 ID 汇总，并通过 !STEP 的 BOUNDARY 行或 LOAD 行按分析步启用。在动力分析中，!BOUNDARY、!CLOAD、!VELOCITY、!ACCELERATION 以及隐式方法的 !SPRING 也可以通过 !STEP 以组为单位启用。具有时间变化的条件使用 !AMPLITUDE 给定倍率，多个自由度之间的线性关系使用 !EQUATION 定义。

功能概览

边界条件与荷载可按分析类型分类如下。

分析类型 主要关键字 用途
结构分析 !BOUNDARY 施加固定约束、规定位移以及绕旋转中心的规定转动。
结构分析 !CLOAD 施加节点集中力、旋转自由度上的力矩以及绕旋转中心的扭矩。
结构分析 !DLOAD 施加表面压力、表面荷载、体积力、重力和离心力。
结构分析 !SPRING 对节点自由度施加弹簧支承。
结构分析 !TEMPERATURE 直接指定热应力分析中使用的节点温度，或从结果文件读取。
动力分析 !VELOCITY，!ACCELERATION 施加初始速度、初始加速度，或随时间变化的规定速度、规定加速度。
热传导分析 !FIXTEMP，!CFLUX，!DFLUX，!SFLUX，!FILM，!SFILM，!RADIATE，!SRADIATE 施加固定温度、热流、对流和辐射。
通用 !AMPLITUDE 以表格形式指定边界条件和荷载的时间变化倍率。
网格定义 !EQUATION 定义多点约束方程。

在结构分析中，自由度编号通常将 1、2、3 作为平移自由度，将 4、5、6 作为旋转自由度。旋转自由度在壳单元、梁单元等具有 6 个自由度的模型中具有意义。对于仅包含二维或三维实体单元的模型，应在目标节点实际拥有的自由度范围内指定约束和荷载。

结构分析中的位移约束

位移约束使用 !BOUNDARY 指定。对节点或节点组给出自由度范围和值。值为 0 时表示固定约束，非 0 值表示规定位移或规定转动。

在结构分析中，!BOUNDARY 接受 1 到 6 的自由度范围。1 到 3 对应平移位移，4 到 6 对应具有旋转自由度的节点上的旋转约束。由于可以成组指定自由度范围，例如可同时固定 1 到 3 以约束平移。

指定 AMP 参数后，约束值会依据幅值函数随时间变化。在通常的指定方式下，规定位移根据分析步内的荷载系数或幅值函数的变化量以增量形式施加。指定 TOTAL=YES 时，指定值作为总位移的目标值处理。

指定 ROT_CENTER 后，可相对于中心节点组施加旋转约束。此时，根据转动量计算目标节点组的平移位移并施加约束。由于不支持 ROT_CENTER 与 TOTAL=YES 的组合，因此绕旋转中心的旋转约束应作为增量指定使用。

结构分析中的集中荷载

节点集中荷载使用 !CLOAD 指定。给出节点或节点组、自由度编号和荷载值后，该荷载会作为对应自由度的右端项载荷加入。

对平移自由度 1 到 3 指定的值作为各坐标方向的节点力处理。在具有旋转自由度的模型中，对 4 到 6 指定值可向旋转自由度施加力矩。指定 AMP 参数后，集中荷载会乘以幅值函数的值。

指定 ROT_CENTER 后，荷载作为绕中心节点组的扭矩施加。此时，指定的扭矩向量根据从中心到目标节点组的位置向量分配为节点力。若中心与目标节点处于同一位置，则无法分配扭矩，因此需要确认旋转中心与荷载作用点的几何关系。

对于将 !CLOAD 指定到节点组、同时使用 !MESH 的 REFINE（网格细化，Refiner）的模型需要注意。进行细化时，会在原节点组所含边上生成新的中间节点，这些中间节点也会加入同一节点组。由于 !CLOAD 会对节点组内每个节点施加相同的集中荷载值，因此新增中间节点也会施加同样的集中荷载，从而导致总荷载与细化前的预期不同。按节点组指定集中荷载时，应考虑细化导致荷载作用点增加，或最好直接指定各个节点。

结构分析中的分布荷载与体积力

分布荷载和体积力使用 !DLOAD 指定。!DLOAD 用于对单元组或表面组给出荷载类型和参数。时间变化通过 AMP 参数指定。

主要荷载类型如下。

荷载类型 内容
P0，PP，P1〜P6 对单元表面施加压力。面编号与单元表面的对应关系取决于单元类型。
PX，PY，PZ 显式指定坐标方向的压力。输入时转换为方向向量。
S... 对表面组施加表面荷载。面编号从表面组定义中取得。
BX，BY，BZ 施加坐标方向的体积力。
GRAV 给出重力加速度向量，与材料密度组合后作为体积力加入。
CENT 根据旋转轴和角速度施加离心力。

指定 FOLLOW=YES 后，表面压力会跟随变形后表面的方向。该指定在考虑有限变形的结构分析中有意义。在禁用非线性几何的分析中，实现上会禁用随动压力。

与 P1 到 P6 以及热分析侧的 S1 到 S6 类似，面编号的含义随单元类型而异。具体的面编号对应关系和数据行排列请参见关键字参考。

结构分析中的弹簧支承

弹簧支承使用 !SPRING 指定。给出节点或节点组、自由度编号和弹簧常数后，弹簧刚度会加入目标自由度的对角刚度，右端项中则加入与当前位移成比例的弹簧反力。

指定自由度 1 到 3 时作为平移弹簧处理。在具有旋转自由度的模型中，指定 4 到 6 可作为旋转弹簧使用。应确认自由度构成，避免向目标模型不存在的自由度施加弹簧。

在当前实现中，!SPRING 的弹簧刚度不会通过独立的幅值函数随时间变化。分析步内按分析步系数组装，因此若要切换弹簧支承的启用/禁用，应使用组 ID 和 !STEP 的 LOAD 指定按分析步控制。

结构分析中的温度荷载

在结构分析中施加由热应变引起的荷载时，使用 !TEMPERATURE。为每个节点或节点组指定温度后，会根据与参考温度或上一温度的差值组装热应力分析用等效节点力。热膨胀系数在材料定义中给出。参考温度使用 !REFTEMP 指定。

温度既可在控制文件中直接指定，也可从热传导分析等的结果文件中读取。指定 READRESULT 时，不读取数据行中的节点温度，而是读取由 SSTEP、INTERVAL、READTYPE 等参数指定的结果数据。使用结果文件时，结果文件的保存时刻或分析步编号必须与结构分析侧的指定对应。

由于 !TEMPERATURE 没有 AMP 参数，因此不受幅值函数倍率控制。若要改变温度历程，应通过温度数据本身、读取的热分析结果或分析步划分来控制。

动力分析中的初始条件与规定值（速度、加速度）

在动力分析中，可使用 !VELOCITY 和 !ACCELERATION 给出速度或加速度的初始条件与规定值。二者都指定节点或节点组、自由度范围和值。自由度范围为 1 到 6；在具有旋转自由度的模型中，4 到 6 分别对应角速度或角加速度。

TYPE=INITIAL 用于指定分析开始时的初始速度或初始加速度。给定初始速度时，会根据与运动方程的一致性计算初始加速度。给定初始加速度时，也存在计算初始速度的路径。

TYPE=TRANSIT 用于指定随时间变化的规定速度或规定加速度。省略 TYPE 时按 TRANSIT 处理。指定 AMP 后，会在动力分析时刻对幅值函数进行插值，并作为倍率乘到规定值上。

多点约束

当需要在多个节点自由度之间施加线性关系时，使用多点约束功能。对应关键字为 !EQUATION，可表达刚性耦合、周期边界、节点间位移关系等难以用单个节点、单个自由度固定约束表示的关系。

关于多点约束的使用区分、线性求解器侧的处理方式以及与其他自由度耦合功能（如接触 TIED）的关系，请参见 多点约束。

热传导分析中的边界条件

在热传导分析中，可将固定温度、热流、对流和辐射作为边界条件施加。与结构分析的 !STEP 分开，热分析的时间控制使用 !HEAT 指定。

关键字 对象 内容 幅值指定
!FIXTEMP 节点或节点组 固定温度。 AMP
!CFLUX 节点或节点组 施加节点集中热流。 AMP
!DFLUX 单元或单元组 对单元体积或单元面施加分布热流。 AMP
!SFLUX 表面组 对表面组施加热流。 AMP
!FILM 单元或单元组 对单元面施加对流边界。 AMP1，AMP2
!SFILM 表面组 对表面组施加对流边界。 AMP1，AMP2
!RADIATE 单元或单元组 对单元面施加辐射边界。 AMP1，AMP2
!SRADIATE 表面组 对表面组施加辐射边界。 AMP1，AMP2

在 !DFLUX 中，BF 表示体积发热，S0 到 S6 表示单元面上的热流。在 !FILM 中使用 F0 到 F6 指定单元面，在 !RADIATE 中使用 R0 到 R6 指定单元面。由于面编号与实际单元面的对应关系取决于单元类型，详情请参见各关键字的参考。

对流边界给出对流系数和外部温度。辐射边界给出相当于发射率的系数和环境温度。AMP1 对应系数侧，AMP2 对应外部温度或环境温度侧，可分别赋予独立的时间变化。

幅值函数

幅值函数是通过时刻和值的表格定义边界条件或荷载随时间变化的功能。输入中使用 !AMPLITUDE 定义带名称的时间表，并由目标关键字的 AMP、AMP1、AMP2 参数引用。

主要适用关键字如下。

!AMPLITUDE 以表格形式（DEFINITION=TABULAR）读取，时间类型按分析步时间（TIME=STEP）处理。值可定义为相对值或绝对值，但在各关键字中通常用作乘以基准值的系数。

!TEMPERATURE 不适用幅值函数。此外，由于 !SPRING 不会作为弹簧常数的独立时间变化进行组装，因此弹簧支承的切换通过分析步控制进行。

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