搜索徹底明白什么是ANSYS特征值屈曲分析
2017-02-22 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
導(dǎo)讀:掌握壓桿不同約束條件的施加和特征值屈曲分析方法,臨界載荷等于施加的載荷乘以特征值。
一、模型演示
以下模型實驗演示了不同邊界條件下受壓桿件的屈曲現(xiàn)象和對應(yīng)的屈曲變形。實驗中采用塑料尺來模擬桿件,我們可以感受到使塑料尺發(fā)生屈曲時所需力的大小。
(a) 兩端鉸支
(1)將塑料尺的一端置于桌面上,另一端用手掌加以固定,下壓塑料尺的頂部并逐步增加壓力,直尺會突然產(chǎn)生如圖a所示的側(cè)向變形。進一步增加壓力,變形也會相應(yīng)的增大。本實驗演示了兩端鉸支桿件的屈曲現(xiàn)象。
(b) 兩端固支
(2)用手指將塑料尺的兩端捏緊,防止其發(fā)生選裝和平動。然后對直尺逐漸施加壓力直至出現(xiàn)如圖b所示的側(cè)向變形。本實驗演示了兩端固定桿件的屈曲現(xiàn)象?？梢悦黠@感受到本實驗所需的臨界壓力要大于前一個實驗。
(c) 兩端鉸支并在跨中側(cè)向約束
(3)如果在塑料尺中部設(shè)置一側(cè)向支撐,以保證尺子在這點不會發(fā)生平動,則需要施加比第一個實驗更大的壓力才能使塑料尺發(fā)生如圖c所示的屈曲變形。
模型演示圖片來源:英國曼徹斯特大學(xué)季天健教授。
二、定義和概念
穩(wěn)定性:平衡物體在其原來平衡狀態(tài)下抵抗干擾的能力。
失穩(wěn):不穩(wěn)定的平衡物體在任意微小的外界干擾下的變化或破壞過程,也稱為屈曲。
臨界載荷:使結(jié)構(gòu)介于穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡之間的載荷,或使結(jié)構(gòu)處于屈曲臨界狀態(tài)的載荷。
三、問題描述
鋼板尺子長度500mm,寬度39mm,厚度1.2mm。彈性模量E= 200 GPa,泊松比u =0.3。分別受以下4種約束作用:(1)兩端鉸支,(2)一端固定、另一端自由,(3)一端固定、另一端鉸支,(4)兩端固定。計算在各種約束情況下的臨界載荷。
問題分析:對于這4種約束作用,對應(yīng)的邊界條件見下圖所示。
臨界載荷計算結(jié)果:
四、GUI步驟
1.進入ANSYS
程序→ ANSYS → ANSYS Product Launcher → 改變working directory到指定文件夾 → 在jobname輸入:file→ Run。
2.定義單元屬性
(1)定義單元類型:
①指定BEAM188單元:MainMenu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete →Add →在左列表框中選擇Beam,在右列表框中選擇2node 188 →OK。
②設(shè)置單元選項:Options→Element behavior K3:CubicForm(三次形函數(shù)) →OK。默認情況下Elementbehavior是一次形函數(shù),為了提高計算精度和減少單元個數(shù),改成三次形函數(shù)。
(2)定義截面:MainMenu >Preprocessor >Sections >Beam >Common Sections →ID:1,Sub-Type:矩形,B:1.2,H:39,Nb:0,Nh:0 → Meshview →Meshview →OK。Nb和Nh是橫截面的份數(shù),截面默認分2份。
(3)設(shè)置材料屬性:MainMenu > Preprocessor > Material Props > Material Models → Structural→Linear →Elastic → Isotropic → EX:2e5,PRXY:0.3→ OK。
3.建立幾何模型
(1)生成關(guān)鍵點:Main Menu>Preprocessor >Modeling >Create >Keypoints >In Active CS →依次輸入關(guān)鍵點的編號和坐標(biāo):1 (0,0,0),2 (0,500,0) →OK。
(2)創(chuàng)建直線:Main Menu >Preprocessor>Modeling >Create >Lines >Lines >Straight Line →拾取關(guān)鍵點1和2→OK。
4.劃分網(wǎng)格
(1)設(shè)置線的單元屬性:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →在ElementAttributes下方選擇Lines Set→ 拾取線1→OK →選擇MAT:1,TYPE:1,SECT:1→OK。單元類型編號、截面編號和材料編號只有一種,可默認,不需要指定,此步驟可省略。
(2)設(shè)置單元尺寸:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →在SizeControls下方選擇Global Set →SIZE:50→OK。每50mm劃分一個單元。
(3)劃分梁單元:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →Mesh:Lines→ Mesh → Pick All。
5.施加邊界條件
(1)施加約束:MainMenu >Solution >Define Loads >Apply >Structural >Displacement >On Keypoints →拾取關(guān)鍵點1 → OK → Lab2:UX、UY、UZ和ROTY→ Apply →拾取關(guān)鍵點2 → OK → Lab2:UX和UZ→ OK。
(2)施加集中力:MainMenu >Solution >Define Loads >Apply >Structural >Force/Moment >OnKeypoints → 拾取關(guān)鍵點2 → OK → Lab:FY,VALUE:-1 → OK。
(3)求解前保存模型:UtilityMenu > Files > Save as → 輸入file.db→ OK。
6.求解
(1)有預(yù)應(yīng)力的靜力分析
①指定分析類型為靜力分析:MainMenu >Solution >Analysis Type >New Analysis → Static → OK。
②打開預(yù)應(yīng)力選項:MainMenu >Solution >Analysis Type >Sol’n Controls → Basic → Calculate prestress effects →勾選 → OK。
③求解:MainMenu > Solution > Solve > Current LS → File > Close → Solve CurrentLoad Step → OK → Solution is done → Close。
④退出求解器:MainMenu >Finish。
(2)特征值屈曲分析
①指定分析類型為特征值屈曲分析:MainMenu >Solution >Analysis Type >New Analysis →Eigen Buckling → OK。
②定義特征值屈曲分析選項:MainMenu >Solution >Analysis Type >Analysis Options →Method:Block Lanczos,NMODE:1(提取模態(tài)數(shù))→OK。
③指定擴展解:MainMenu >Solution >Load Step Opts >ExpansionPass >Single Expand >Expand Modes →NMODE:1(擴展模態(tài)數(shù))→OK。
④求解:MainMenu > Solution > Solve > Current LS → File > Close → Solve CurrentLoad Step → OK → Solution is done → Close。
7.后處理
(1)列表查看特征值:MainMenu >Genenral Postproc >Results Summary → 記錄特征值,對應(yīng)的是TIME/FREQ。臨界載荷等于施加的載荷乘以特征值。
(2)查看臨界屈曲變形:UtilityMenu >Plot >Results >Contour Plot >Nodal Solution → Displacement vector sum→OK。
8.退出ANSYS軟件
Utility Menu> File > Exit → Quit-No Save → OK。
五、APDL步驟
Ex=2e5 !彈性模量MPa
b=1.2 !截面寬度mm
h=39 !截面長度mm
Len=500 !壓桿長度mm
I=h*b**3/12 !慣性矩
pi=ACOS(-1)
miu=1 !長度因數(shù)
Fcr=pi**2*Ex*I/(miu*Len)**2 !第1階失穩(wěn)載荷解析解
/PREP7
ET,1,BEAM188 !單元類型
KEYOPT,1,3,3 !形函數(shù)
SECTYPE, 1, BEAM, RECT, , 0 !截面屬性
SECOFFSET, CENT
SECDATA,1.2,39,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
MP,EX,1,2e5 !材料屬性
MP,PRXY,1,0.3
K,1,0,0,0, !創(chuàng)建關(guān)鍵點
K,2,0,500,0
L,1,2 !創(chuàng)建直線
LESIZE,1,50, , , , , , ,1 !單元尺寸mm
LMESH,1 !分網(wǎng)
DK,1,UX !下端鉸支
DK,1,UY
DK,1,UZ
DK,1,ROTY
DK,2,UX !上端鉸支
DK,2,UZ
FK,2,FY,-1 !施加單位載荷
FINISH
/SOLU
PSTRES,1 !打開預(yù)應(yīng)力
SOLVE !求解
FINISH !退出求解器
/SOLU
ANTYPE,1 !分析類型-特征值屈曲
BUCOPT,SUBSP,1,0,0 !特征值屈曲分析選項SUBOPT,0,0,0,0,0,ALL
MXPAND,1,0,0,0,0.001, !擴展模態(tài)數(shù)
SOLVE !求解
FINISH
/POST1
SET,LIST !列表查看特征值
/GFORMAT,F,12,3, !數(shù)據(jù)格式
/DSCALE,ALL,30 !變形比例
PLNSOL, U,SUM, 0,1.0 !屈曲變形
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