5.1 载荷与载荷步
5.1.1 载荷
在ANSYS 2020中，载荷的施加方式有两种，分别为单步载荷施加和多步载荷施加。单步载荷施加是指先将所有的载荷一次加载完，然后求解，是与时间无关的载荷施加方式；多步载荷施加是指将载荷分布在不同的载荷步中进行加载，可分析时变的工况。
一般可将载荷分为6类，如表5-1所示。
表5-1 载荷的分类
按照学科，ANSYS 2020可以加载的载荷可以分为如下5类。
● 力场：位移、速度、加速度、力、热应变、重力。
● 热场：温度、热流率、对流、内部生成热、无限大表面。
● 磁场：磁势、磁通量、磁流段、电流源密度。
● 电场：电压、电流、电荷、电荷密度、无限大表面。
● 流场：速度、压力。
5.1.2 载荷步
ANSYS 2020的载荷加载过程涉及的概念有载荷步（Load Steps）、载荷子步（Load Substeps）、斜坡载荷（Ramped Loads）、阶跃载荷（Stepped Loads）、时间（Time）、时间步（Time Steps）、平衡迭代（Equilibrium Iteration）。这些概念是分析求解的基本组成部分，读者应注意在实践中加深理解，下面对这些概念进行简要介绍。
1．载荷步、载荷子步、平衡迭代
载荷步是为求解定义的载荷配置，可根据载荷的历程（时间与空间上）在不同的载荷步内施加不同的载荷。在时间上，ANSYS 2020支持斜坡载荷与阶跃载荷，并且以不同的载荷步表示。
载荷子步是某个载荷步内的求解点（由程序定义载荷增量），不同分析中的载荷子步有不同的目的。例如，在瞬态分析中使用载荷子步可以得到较小的积分步长，从而满足瞬态时间积累条件。
平衡迭代是在指定载荷子步的情况下为了收敛进行的附加计算。在非线性分析中，平衡迭代对迭代修正起着重要的作用，迭代计算在多次收敛后得到该载荷子步的解。
2．阶跃载荷、斜坡载荷
如果在一个载荷步中设置了两个或更多个载荷子步，那么必须定义该载荷是阶跃载荷还是斜坡载荷，如图5-1所示。
图5-1 阶跃载荷与斜坡载荷
阶跃载荷是指将载荷全值施加于第一个载荷子步中，在其余载荷子步中保持不变。
斜坡载荷是指在每个载荷子步中，载荷逐渐增加，在该载荷步结束时达到载荷全值。
3．时间、时间步
在所有静态分析或稳态分析中，无论是否与时间有关，ANSYS 2020都会使用时间作为跟踪参数。可以将时间看作一个单调递增的计数器。
在瞬态分析或与速率有关的静态分析中，时间代表通常意义上的时间，单位可以用时、分、秒，在指定载荷历程时，在每个载荷步终点给时间赋值。
在与速率无关的静态分析中，时间仅为载荷步与载荷子步的计数器，每个载荷步与载荷子步都与一个时间点对应，故载荷子步又称为时间步。此时的时间可使用任意时间单位，程序会在默认情况下给时间自动赋值。
当采用弧长求解时，时间等于载荷步开始的时间加上弧长载荷系数的值，此时的时间可以不单调递增。
载荷步和载荷子步都与时间对应，平衡迭代是为了收敛而在指定的时间点上进行迭代求解的方法。