Ansys第21例非线性屈曲分析实例

第21例非线性屈曲分析实例—悬臂梁本例通过计算悬臂梁的临界载荷，介绍了利用ANSYS进行非线性屈曲分析的方法、步骤和过程。21.1非线性屈曲分析过程1．建立模型非线性屈曲分析的建模过程与其他分析相似，包括选择单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、定义横截面、建立几何模型和划分网格等。2．求解(1)进入求解器。(2)指定分析类型。非线性屈曲分析属于非线性静力学分析。(3)定义分析选项。激活大变形效应。(4)施加初始几何缺陷或初始扰动。可以先进行线性屈曲分析，将分析所得到的屈曲模态形状乘以一个较小的系数后作为初始扰动施加到结构上，本例即采用该方法。(5)施加载荷。所施加的载荷应比预测值高10%一21%。(6)定义载荷步选项。(7)设置弧长法。(8)求解。3.查看结果在POST26时间历程后处理器中，建立载荷和位移关系曲线，从而确定结构的临界载荷。21.2问题描述及解析解图21-1(a)所示为一悬臂梁，图21-1(b)为梁的横横截面形状，分析其在集中力P作用下的临界载荷。已知截面各尺寸分别为H=50mm、h=43mm、B=35mm、b=32mm，梁的长度L=1m。钢的弹性模量E=2xl011N/m2，泊松比p=0.3。图21-1工子悬臂梁21.3分析步骤21.3.1改变任务名拾取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname，弹出如图21-2所示的对话框，在“[/FJLNAM]”文本框中输入EXAMPLE21，单击“OK”按钮。21.3.2选择单元类型拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete，弹出如图21-3所示的对话框，单击“Add.”按钮，弹出如图21-4所示的对话框，在左侧列表中选“StructuralBeam”，在右侧列表中选“3node189”，单击“OK”按钮，返回到如图21-3所示的对话框，单击“Close”按钮。图21-2改变任务名对话框图21-3单元类型对话框图21-4单元类型库对话框21.3.3定义梁的横截面拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Sections→Beam→CommonSections，弹出如图21·5所示的对话框，选择“Sub-Type”为“I”（横截面形状），在“W1”、“W2”、“W3“、“t1”、“t2”、“t3”文本框中分别输入0.035、0.035、0.05、0.0035、0.0035、0.003，单击”OK“按钮。21.3.4定义村料模型拾取菜单MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels，弹出如图21-6所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出如图21-7所示的对话框，在“EX”文本框中输入2e11（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比），单击“OK”按钮，然后关闭如图21-6所示的对话框。图21-5设置横截面对话框图21-6材料模型对话框21.3.5创建关键点拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints—InActiveCS，弹出如图21-8所示的对话框，在“NPT”文本框中输入1，在“X，Y，Z”文本框中分别输入0，0，0，单击“Apply”按钮；再在“NPT”文本框中输入2，在“X，Y，Z”文本框中分别输入1，0，0，单击“Apply按钮；再在“NPT”文本框中输入3，在“X,Y，Z”文本框中分别输入0.5，0.5，0，单击“OK”按钮。图21-7材料特性对话框图21-8创建关键点对话框21.3.6显示关键点号拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Numbering，在所弹出的对话框中，将Keypointnumbers（关键点号）打开，单击“OK”按钮。21.3.7创建直线拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→→StraightLine,出拾取窗口，拾取关键点1和2，单击“OK”按钮。21.3.8划分单元拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool，弹出“MeshTool”对话框。选择“ElementAttributes”的下拉列表框为“Lines”，单击下拉列表框后面的“Set”按钮，弹出拾取窗口，选择线，单击“OK”按钮，弹出如图21-9所示的对话框，选择“PickOrientationKeypoint(s)”为Yes，单击“OK”按钮。弹出拾取窗口，选择关键点3，单击“OK”按钮，则横截面垂直于关键点1、2、3所在的平面，Z轴（见图21-1）指向关键点3。单击“MeshTool”对话框中“SizeControls”区域“Lines”后面的“Set”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线，单击“OK”按钮，弹出如图21-10所示的对话框，在“NDIV”文本框中输入50，单击“OK”按钮单击“MeshTool”对话框中“Mesh”区域的“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线，单击“OK”按钮，关闭“MeshTool”对话框。图21-9单元属性对话框图21-10单元尺寸对话框以下进行静力学分析，为线性屈曲分析做准备。21:3.9施加约束拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement-On，Keypoints，弹出拾取窗口，拾取关键点1，单击“OK”按钮，弹出如图21-11所示的对话框，在列表中选“AllDOF”，单击“OK”按钮。21.3.10施加单位载荷拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Force/Moment→OnKeypoints，弹出拾取窗．口，拾取关键点2，单击“OK”按钮，弹出如图21-12所示的对话框，选择“Lab”为“FY”，在“VALUE”文本框中输入—1，单击“OK”按钮。21.3.10施加单位载荷拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoad→Apply→Structural→Force/Moment→OnKeypoints，弹出拾取窗口，拾取关键点2，单击“OK”按钮，弹出如图21-12所示的对话，；框，选择“Lab”为FY”，在“VALUE”文本框中输-1，单击“OK”按钮。图21-11施加约束对话框图21-12在关键点施加载荷对话框21.3.11打开预应力效果拾取菜单MainMenu→Solution→AnalysisType→AnalysisOptions，弹出如图21-13所示的对话框，在“SSTIF”与“PSTRES”下拉列表框（将滚动条滚动到下方，以显示该下拉列表框）中选择“PrestressON”，单击“OK”按钮。提示：如果该菜单项未显示在界面上，可以以拾取菜单MainMenu→solution→UnabridgedMenu，以显示MainMenu→Solution下的所有菜单项。图21-13分析选项对话框21.3.12显示单元形状拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Style→SizeandShape，弹出如图21-14所示的对话框，选择单选按钮“/SHAPE”为ON，单击“OK”按钮。图21-14尺寸和形状对话框21.3.13改变视点拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→PanZoomRotate，在所弹出的对话框中单击“Iso”按钮，或者单击图形窗口右侧显示控制工具条上的剧按钮。21.3.14求解拾取菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS，单击“SolveCurrentLoadStep，，对话框中的“OK”按钮。当出现“Solutionisdone!”提示时，求解结束，即可查看结果。21.3.15退出求解器拾取菜单MainMenu→Finish。以下开始线性屈曲分析。21.3.16指定分析类型为线性屈曲分析拾取菜单MainMenu→Solution→AnalysisType→NewAnalysis，在所弹出的“Newanalysis”对话框中，选择“Typeofanalysis”为“EigenBuckling，单击“OK”按钮。21.3.17指定分析选项拾取菜单MainMenu→Solution→AnalysisType→AnalysisOptions，弹出如图21-15所示的对话框，在“NMODE”文本框中输入1，单击“OK”按钮。21.3.18指定扩展解拾取菜单MainMenu→Solution→LoadStepOpts→Expansionpass→SingleExpand→Expandmodes，弹出如图21-16所示的对话框，在“NMODE”文本框中输入1，选择“Elcalc”为Yes（计算单元结果），单击“OK”按钮。图21-15分析选项对话框图21-16扩展模态对话框21.3.19确定输出到数据库和结果文件的内容拾取菜单MainMenu→Solution→LoadStepOpts→OutputCtrls→DB/ResultsFile,弹出如图21-17所示的对话框，选择下拉列表框“Item”为ALLitems”，选中“Everysubstep”，单击“OK”按钮。图21-17输出控制对话框21.3.20求解拾取菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS，单击“SolveCurrentLoadStep”对话框中的“OK”按钮。。当出现Solutionisdone!”提示时，线性屈曲分析结束，即可查看线性屈曲分析的结果。21.3.21退出求解器拾取菜单MainMenu→Finish。21.3.22显示屈曲载荷系数和临界载荷拾取菜单MainMenu→GeneralPostproc→ResultsSummary，结果如图21-18所示，显示屈曲载荷系数即临界载荷为3002.6N。图21-18结果摘要以下进行非线性屈曲分析。21.3.23施加屈曲模态形状作为初始扰动拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→UpdateGeom，弹出如图21-19所示的对话框，在“FACTOR”、“LSTEP”、“SBSTEP”、“Filename,Extension,Directory”文本框中分别输入0.0001、1、1、EXAMPLE21．RST，单击“OK”按钮。图21-19用结果文件更新节点位置对话框21.3.24指定分析类型为静力学分析拾取菜单MainMenu→Solution→AnalysisType→NewAnalysis，在所弹出的“Newanalysis”对话框中，选择“Typeofanalysis”为“Static”，单击“OK”按钮。21.3.25打开大变形选项拾取菜单MainMenu→Solution→AnalysisType→Sol’nControls→Basic，弹出如图21-20所示的对话框，选择“AnalysisOptions”为“LargeDisplacementStatic”，单击“OK”按钮。图21-20求解控制对话框21.3.26设置弧长法拾取菜单MainMenu→Solution→LoadStepOpts→Nonlinear→Arc_LengthOpts,弹出如图21-21所示的对话框，选择选项“Key”为“On”（使用弧长法），单击“OK”按钮.图21-21弧长法选项对话框21.3.27指定求解子步数拾取菜单MainMenu→Solution→LoadStepOpts→Time/Frequenc→TimeandSubstps，弹出如图21-22所示的对话框，在“NSUBST”文本框中输入1000，单击“OK”按钮。图21-22时间和不长选项对话框21.3.28施加载荷拾取菜单MainMenu→