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:互聯網
導讀: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象和對應的屈曲變形。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,直尺會突然產生如圖a所示的側向變形。進一步增加壓力,變形也會相應的增大。本實驗演示了兩端鉸支桿件的屈曲現象。
(b) 兩端固支
(2)用手指將塑料尺的兩端捏緊,防止其發生選裝和平動。然后對直尺逐漸施加壓力直至出現如圖b所示的側向變形。本實驗演示了兩端固定桿件的屈曲現象?？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向約束
(3)如果在塑料尺中部設置一側向支撐,以保證尺子在這點不會發生平動,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:英國曼徹斯特大學季天健教授。
二、定義和概念
穩定性:平衡物體在其原來平衡狀態下抵抗干擾的能力。
失穩:不穩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:使結構介于穩定平衡和不穩定平衡之間的載荷,或使結構處于屈曲臨界狀態的載荷。
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,對應的邊界條件見下圖所示。
臨界載荷計算結果:
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設置單元選項:Options→Element behavior K3:CubicForm(三次形函數) →OK。默認情況下Elementbehavior是一次形函數,為了提高計算精度和減少單元個數,改成三次形函數。
(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,截面默認分2份。
(3)設置材料屬性:MainMenu > Preprocessor > Material Props > Material Models → Structural→Linear →Elastic → Isotropic → EX:2e5,PRXY:0.3→ OK。
3.建立幾何模型
(1)生成關鍵點:Main Menu>Preprocessor >Modeling >Create >Keypoints >In Active CS →依次輸入關鍵點的編號和坐標:1 (0,0,0),2 (0,500,0) →OK。
(2)創建直線:Main Menu >Preprocessor>Modeling >Create >Lines >Lines >Straight Line →拾取關鍵點1和2→OK。
4.劃分網格
(1)設置線的單元屬性: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 →拾取關鍵點1 → OK → Lab2:UX、UY、UZ和ROTY→ Apply →拾取關鍵點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)有預應力的靜力分析
①指定分析類型為靜力分析:MainMenu >Solution >Analysis Type >New Analysis → Static → OK。
②打開預應力選項: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(提取模態數)→OK。
③指定擴展解:MainMenu >Solution >Load Step Opts >ExpansionPass >Single Expand >Expand Modes →NMODE:1(擴展模態數)→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
Fcr=pi**2*Ex*I/(miu*Len)**2 !第1階失穩載荷解析解
/PREP7
ET,1,BEAM188 !單元類型
KEYOPT,1,3,3 !形函數
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, !創建關鍵點
K,2,0,500,0
L,1,2 !創建直線
LESIZE,1,50, , , , , , ,1 !單元尺寸mm
LMESH,1 !分網
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 !打開預應力
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, !擴展模態數
SOLVE !求解
FINISH
/POST1
SET,LIST !列表查看特征值
/GFORMAT,F,12,3, !數據格式
/DSCALE,ALL,30 !變形比例
PLNSOL, U,SUM, 0,1.0 !屈曲變形
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