ansys workbench121屈曲分析
(ANSYS屈曲分析)
7.1 特征值屈曲分析的步骤 7.2 构件的特征值屈曲分析 7.3 结构的特征值屈曲分析
第7章 结构弹性稳定分析
结构失稳或结构屈曲: 当结构所受载荷达到某一值时,若增加一微小的 增量,则结构的平衡位形将发生很大的改变,这种现 象叫做结构失稳或结构屈曲。 结构稳定问题一般分为两类: ★第一类失稳:又称平衡分岔失稳、分枝点失稳、特 征值屈曲分析。结构失稳时相应的荷载可称为屈曲荷 载、临界荷载、压屈荷载或平衡分枝荷载。 ★第二类失稳:结构失稳时,平衡状态不发生质变, 也称极值点失稳。结构失稳时相应的荷载称为极限荷 载或压溃荷载。 ●跳跃失稳:当荷载达到某值时,结构平衡状态发生 一明显的跳跃,突然过渡到非邻近的另一具有较大位 移的平衡状态。可归入第二类失稳。
7.1 特征值屈曲分析的步骤--查看结果
⑴ 列表显示所有屈曲荷载系数 命令格式:SET,LIST SET栏对应的数据为模态数阶次,TIME/FREQ栏对应的数据 为该阶模态的特征值,即屈曲荷载系数。荷载步均为1,但每个 模态都为一个子步,以便结果处理。 ⑵ 定义查看模态阶次 命令格式:SET,1,SBSTEP ⑶ 显示该阶屈曲模态形状 命令格式:PLDISP ⑷ 显示该阶屈曲模态相对应力分布 命令格式:PLNSOL或PLESOL等。 模态形状归一化处理,位移不表示真实的变形。 直接获取第N阶屈曲模态的特征值(屈曲荷载系数): *get,freqN,mode,N,freq 其中FREQN为用户定义的变量,存放第N阶模态的屈曲荷载系 数,其余为既定标识符。
第7章 结构弹性稳定分析
★结构弹性稳定分析=第一类稳定问题 ANSYS特征值屈曲分析(Buckling Analysis)。 ★第二类稳定问题 ANSYS结构静力非线性分析,无论前屈曲平衡状态 或后屈曲平衡状态均可一次求得,即“全过程分析”。 这里介绍ANSYS特征值屈曲分析的相关技术。在本 章中如无特殊说明,单独使用的 “ 屈曲分析 ” 均指 “ 特 征值屈曲分析”。
ansys 屈曲分析详细过程
KD KG F
非线性屈曲分析的流程图如下:
图 2 非线性屈曲分析流程图
2
3、非线性方程组求解方法 (1)增量法 增量法的实质是用分段线性的折线去代替非线性曲线。增量法求解时将荷载
分成许多级荷载增量,每次施加一个荷载增量。在一个荷载增量中假定刚度矩阵 保持不变,在不同的荷载增量中,刚度矩阵可以有不同的数值,并与应力应变关 系相对应。
QSV QH / (1 y2 ) 和QSP QH y / (1 y2 ) 其中,y=df (x) / dx,当单元足够小时,可采用y y / y
图 3 曲梁均布荷载等效与分解
3
5、问题的描述 矩形截面圆弧拱桥,在梁上受均布荷载,荷载及截面尺寸如图 1 所示,要求
用 ANSYS 进行拱圈的非线性屈曲分析,求极限荷载。本作业进行了圆弧拱的弹 性屈曲分析和非线性屈曲分析,分线性分析时引入初始几何缺陷。
题目:跨径 L=89m,矢跨比 f/L=1/5 的圆弧拱,梁高 h/L=1/30,梁宽 b/L=1/15 求:1.弹性屈曲荷载; 2.非线性极限承载能力。
ansys结构屈曲分析
退出求解器
命令: 命令:finish GUI:close the : solution menu
ANSYS 结构屈曲分析 二 结构屈曲分析的基本步骤
(3)扩展解:无论采取哪种特征值提取方法,如果想要得到屈曲模 )扩展解:无论采取哪种特征值提取方法, 态的形状,就必须执行扩展解。 态的形状,就必须执行扩展解。可以 把扩展解简单理解为将屈曲 模态的形状写入结果文件。具体操作步骤如下: 模态的形状写入结果文件。具体操作步骤如下:
注意二: 注意二: 材料的弹性模量 EX必须定义。
ANSYS 结构屈曲分析 二 结构屈曲分析的基本步骤
(2)获得静力解:与一般静力解类似,但需注意以下几点: )获得静力解:与一般静力解类似,但需注意以下几点:
注意一: 注意一:
必须激活预应力影响。 必须激活预应力影响。
注意二: 注意二:
通常只需施加一个单位荷 载即可。当施加单位荷载 载即可。 时,求解得到的特征值就 表示临界荷载, 表示临界荷载,施加非单 位荷载时, 位荷载时,求解得到的特 征值乘以施加的载荷就得 到临界荷载; 到临界荷载;
• 命令:mxpand,nmode,,,elcalc • GUI:main menu 〉solution 〉loads step opts 〉 expasionpass 〉single modes 〉expand modes
扩展求解
• 命令:solve • GUI:main menu 〉solution 〉solve 〉current LS
列出现在所有的屈曲荷载因子
命令:set,list 命令 GUI: mian menu 〉 general postproc 〉results summary
读取指定的模态来显示屈曲模态形状
AnsysMechanical屈曲分析技术
AnsysMechanical屈曲分析技术1. 屈曲分析的基本概念当受拉杆件的应力达到屈服极限或强度极限时,将引起塑性变形或断裂。
这些是由于强度不足所引起的失效。
在工程中,我们会注意到当细长杆件受压时,表现出与强度失效完全不同的性质。
当杆件受压超过某一临界值时,再增加压力,杆件会产生很大的完全变形,最终折断。
内燃机配气机构中的挺杆,空气压缩机,蒸汽机的连杆等都是这样的受压构件。
日常生活中,我们也有很多这样的经验。
此时如果根据拉压杆件的强度公式进行校核,会发现此时杆件所受的压应力远小于屈服极限或强度极限。
此时,我们说结构丧失了稳定性,属于结构稳定性分析的范畴。
同样,对于薄板结构(如筒仓,钢塔),也同样存在受压载荷作用下的稳定性问题。
稳定性问题根据失稳发生的区域又分为整体稳定性与局部稳定性。
国内外的设计规程规范详细地规定了稳定性设计的技术指标,从结构设计方面保证了结构在稳定性方面的技术要求,如《钢结构设计标准GB50017-2010》、《空间网格结构技术规程JGJ7-2010》等。
对于非标构件,使用有限元校核也提出了明确的方法。
初始缺陷的施加是稳定性分析中一个重要的环节,我们看到《钢结构设计标准GB50017-2010》中给出了确定方法。
试验方法和有限元方法的结合广泛应用在强度设计和稳定性设计中。
2. ANSYS Mechanical屈曲分析下图是一端固定,另一端受压的柱子,当F增加到一个临界值后,此时如果有一个侧向的扰动,柱子顶端会产生很大的横向变形,此时结构处于不稳定状态。
对于理想的无缺陷的杆件,F的临界值对应右图的分支点,对应于ANSYS Mechanical中的特征值屈曲分析。
实际结构中,由于存在制造,安装误差,或者材料局部有缺陷,并不能达到分支点失稳,而是在极限载荷位置即丧失稳定性,此时需要使用ANSYS Mechanical的非线性屈曲分析。
3. ANSYS Mechanical特征值屈曲分析ANSYS Mechanical特征值屈曲是一种形式的线性扰动分析,上游的静力分析模型可以是线性的,也可以是非线性的。
最新Workbench屈曲分析总结资料
Workbe nch屈曲分析1、基础概念结构在载荷作用下由于材料弹性性能发生变形,若变形后结构上的载荷保持平衡,这种状态称为弹性平衡。
如果结构在平衡状态时,受到扰动而偏离平衡位置,当扰动消除后仍能恢复原来平衡状态,这种平衡状态称为稳定平衡状态,反之,如果受到扰动而偏离平衡位置,即使扰动消除,结构仍不能恢复原来的平衡状态,而结构在新的状态下平衡,则原来的平衡状态就成为不稳定平衡状态。
当结构所受载荷达到某一值时,若增加一微小的增量,则结构平衡状态将发生很大的改变,这种现象叫做结构失稳或结构屈曲。
根据失稳的性质,结构稳定问题可分为以下三类:第一类失稳是理想化情况,即达到某个载荷时,除结构原来的平衡状态存在外,出现第二个平衡状态,故又叫做平衡分叉失稳,数学上就是求解特征值问题,又叫做特征值屈曲分析。
第二类失稳是结构失稳,变形将大大发展,而不会出现新的变形形式,即平衡状态不发生质变,也叫极顶失稳,结构失稳时,相应载荷叫做极限载荷,理想结构或完善结构不存在,总是存在这样那样的缺陷,大多数问题属于第二类失稳问题。
第三类失稳是当在和达到某值时,结构平衡状态发生一明显跳跃,突然过渡到非临近的另一具有较大位移的平衡状态,称为跳跃失稳,跳跃失稳没有平衡分叉点,也没有极值点,如坦拱、扁壳、二力杆的失稳都属于此类。
结构弹性稳定分析属于第一类失稳对应workbench的线性特征值分析(Eigenvalue Buckling),考虑缺陷,非线性影响的第二类结构属于workbe nch的非线性特征值分析( Eige nvalue Buckling),第三类的失稳对应workbench的Static Structural,无论前屈曲平衡状态或后屈曲平衡状态均可一次计算求出,即全过程分析。
1.1屈曲分析基础理论在平衡状态,考虑到轴向力或中面内力对弯曲变形的影响,根据势能驻值原理得到结构平衡方程为kJ K G〕U—p:式中K E 1为结构弹性刚度矩阵,K G I为结构几何刚度矩阵,也称为初应力刚度矩阵,<U '为节点位移向量;"P*为节点载荷向量,上式也为几何非线性分析平衡方程。
ANSYS分析(特征值屈曲与接触)
H
3
分析进阶_特征值屈曲分析
对于结构的稳定性计算可以使用特征值屈曲分析(续)
④ExpansionPass/single Expand/Expand Modes NMODE填1(与②的设置数值一样) Elcalc Calculate elem results? Yes(可以查看屈曲变形的云图)
⑤求解 Step3:查看结果
新建接触对 编辑属性
删除接触对
1.点击新建接触对后出现右侧窗口 通过这个窗口设置分析中可能接触的几何体(面,
设置目标面
体,节点…)
1.选择几何体类型
2.选择几何体性质 (柔性,刚性…)
3.点击选择目标面
(中键确认)
4.进入下一步
HHale Waihona Puke 8分析进阶_接触分析
接触面设置
Step2:Modeling / Contact Pair 弹出Contact Manager对话框
接触分析的一般步骤如下: Step1:建立几何模型(与前面的方法相同,略) Step2:设置接触面 Step3:计算及查看结果
用螺栓连接的法兰面分析结果
(变形方法500倍)
用螺栓预紧力作用下的分析H结果
7
分析进阶_接触分析
接触面设置
Step2:Modeling / Contact Pair 弹出Contact Manager对话框
H
6
分析进阶_接触分析
结构件连接处作为一体化处理可以解决整体钢结构的应力分析问题,但是如果 想要研究连接处的应力情况,则前面提到的方法无法得到准确的结果。
例如:通过螺栓连接的表面之间会在外载荷的作用下可能发生相互挤压,或者 发生分离。当结构件受到复杂外载荷作用时,在计算之前我们无法预知接触面之 间的接触范围。此时我们需要更加智能和精确计算方法-接触分析
Workbench屈曲分析详细教程
4、在分析设置中更改期望的扭曲分析的模态的阶数,这里定为5。在solution中添加5个总变形计算项,点击修改其对应模数。
5、开始计算solve,查看结果
一阶模态计算结果பைடு நூலகம்23.025,与理论计算结果22.941相差0.367%,可以接受。
附各阶位移形变图:
2点击workbench界面左侧的newsimulation进入分析界面添加静态static分析设置材料参数划分网格并在杆一端添加固定约束fixedsupport另一端添加force大小为1方向向内点击开始solve3添加线性屈曲分析linerbuckling在initialcondition中更改定义为static
Workbench屈曲分析详细教程
1、从SW中导入到Workbench,比转换为STP模型质量更高。
2、点击Workbench界面左侧的NEW Simulation进入分析界面,添加静态static分析,设置材料参数、划分网格并在杆一端添加固定约束fixed support,另一端添加force大小为1、方向向内,点击开始solve
workbench屈服分析ANSYS接触分析及四个强度理论文件
14. 在结果明细窗口中显示 “Load Multiplier” 值为 65610. 记得我 们曾经施加过一个单位力,所以,此结果与我们精确计算的结果 65648非常接近
14 13
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-11
线性屈曲
. . .作业7 – 结果
• 将力的大小变为预定的载荷 (10000 lbf).
作业7
线性屈曲
线性屈曲
作业7 – 目标
• • •
Workshop Supplement
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
线性屈曲
作业7 - Solution
• 在求解命令条中插入屈曲工具:
11. 点击求解命令条. 12. “RMB > Insert > Buckling”.
Workshop Supplement
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-5
线性屈曲
作业7 – 前处理
1. 将工作单位设置为 U.S. customary单位制:
– “Units > U.S. Customary (in, lbm, psi, F, s)”.
Workshop Supplement
ansys屈曲分析
3.1 几何非线性3.1.1 大应变效应一个结构的总刚度依赖于它的组成部件(单元)的方向和单刚。
当一个单元的结点经历位移后,那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变。
首先,如果这个单元的形状改变,它的单元刚度将改变(图3-1(a))。
其次,如果这个单元的取向改变,它的局部刚度转化到全局部件的变换也将改变(图3-1(b))。
小的变形和小的应变分析假定位移小到足够使所得到的刚度改变无足轻重。
这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移(什么时候使用“小”变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级)。
相反,大应变分析考虑由单元的形状和取向改变导致的刚度改变。
因为刚度受位移影响,且反之亦然,所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移。
通过发出 NLGEOM,ON(GUI路径Main Menu>Solution>Analysis Options),来激活大应变效应。
这种效应改变单元的形状和取向,且还随单元转动表面载荷。
(集中载荷和惯性载荷保持它们最初的方向。
)在大多数实体单元(包括所有的大应变和超弹性单元),以及部分的壳单元中大应变特性是可用的。
在ANSYS/Linear Plus程序中大应变效应是不可用的。
图3-1 大应变和大转动大应变过程对单元所承受的总旋度或应变没有理论限制。
(某些ANSYS单元类型将受到总应变的实际限制──参看下面。
)然而,应限制应变增量以保持精度。
因此,总载荷应当被分成几个较小的步,这可用〔 NSUBST, DELTIM, AUTOTS〕命令自动实现(通过GUI路径 MainMenu>Solution>Time/Frequent)。
无论何时如果系统是非保守系统,如在模型中有塑性或摩擦,或者有多个大位移解存在,如具有突然转换现象,使用小的载荷增量具有双重重要性。
3.1.2 应力-应变在大应变求解中,所有应力─应变输入和结果将依据真实应力和真实(或对数)应变(一维时,真实应变将表示为ε=Ln(l/l) 。
ANSYS WORKBENCH 11.0线性屈曲分析
ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程(DS)第七章线性屈曲分析本章概述•在本章中将讲述DS中的线性屈曲分析的应用.–在DS中,进行线性屈曲分析类似于应力分析.–假设用户在此之前已经讨论过第四章线性静力结构分析的内容.•本章所讨论的性能通常适用于ANSYS DesignSpace Entra licenses及更高licenses.–许多本章当中所讨论的选项需要更高级别的licenses,但这些都没有直接的指出.–简谐和非线性静态结构分析在此没有讨论,但是在相关章节当中会有介绍.屈曲分析的背景•许多结构需要估计结构的稳定性。
细长柱、压缩部件、以及真空容器都是需要考虑稳定性的例子.•在不稳定(屈曲)开始时,结构在本质上没有变化的载荷作用下(超过一个很小的动荡)在x方向上的位移{∆x}会有一个很大的改变.F FStable Unstable…屈曲分析的背景•特征值或线性屈曲分析预测的是理想线弹性结构的理论屈曲强度(分歧点).•特征值方程决定了结构的分歧点.教科书上相应的方法近似于线弹性屈曲分析方法.–Euler柱的特征值屈曲方法与经典的Euler方法匹配.…屈曲分析的背景•然而,非理想和非线性行为阻止许多真实的结构达到它们理论上的弹性屈曲强度。
线性屈曲通常产生非保守的结果, 应当谨慎使用.–把屈曲当成苏打水罐:•材料响应是非弹性的。
需要考虑几何非线性的影响,接触也是需要的。
因此这些类型的非线性行为都不被考虑.•在苏打水罐上的小的瑕疵,例如一个小的缺陷,将会影响响应并且使模型不对称.然而,这些小的瑕疵在线性屈曲分析中不予考虑.…屈曲分析的背景•尽管屈曲分析是非保守的,但是也有许多优点:–它比非线性屈曲计算省时,并且应当作第一步计算来评估临界载荷(屈曲开始时的载荷).–线性屈曲分析可以用来作为决定产生什么样的屈曲模型形状的设计工具.•结构可能发生屈曲的方法可以作为设计中的向导…线性屈曲分析基础•对于线性屈曲分析,下面的特征值方法用来得到屈曲载荷乘子λi 和屈曲模态ψi :这个结论在分析中有一些相对的假设:–[K]和[S] 是常量:•假设为线弹性材料行为•应用小变形理论,并且不包括非线性特性•基于载荷{F}的响应是一个线性的关于λi 的函数–附加的约束条件:•不允许非零位移约束或热载荷•在DS 中涉及到应用线性屈曲分析,记住这些假设是很重要的.[][](){}0=+i i S K ψλB. 屈曲分析步骤•线性屈曲分析步骤与线性静力分析很相似,因此不是每个步骤都详细介绍.其中的黄色斜体的步骤是屈曲分析的特殊步骤.–生成几何体–分配材料属性–定义接触(假如需要的话)–定义网格控制(可选择的)–定义载荷和约束–定义屈曲结果–求解模型–查看结果…几何模型和材料属性•与线性静力分析类似,任何DS支持的类型的几何体都可以使用:–实体–壳体(定义适当厚度)–线(定义适当的截面形状)•对于线模型仅有屈曲模态和位移结果是可以得到的.•对于材料特性,最少需要定义杨氏模量和泊松比ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional xStructural xMechanical/Multiphysics x…接触对•屈曲分析中可以定义接触对.但是,由于这是一个纯粹的线性分析,因此接触行为不同于非线性接触类型:•以下各方面需要重点注意:–Pinball 范围将影响一些接触类型–所有非线性接触类型被简化为“绑定”或“不分离”接触.•没有分离的接触在屈曲分析中带有警告,因为它在切向没有刚度.这将产生许多过剩的屈曲模态.如果合适的话,考虑应用绑定接触来代替.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra DesignSpace x Professional x Initially Touching Inside Pinball Region Outside Pinball Region BondedBondedBonded Free No Separation No Separation No Separation Free RoughBondedFree Free FrictionlessNo SeparationFree FreeContact Type Linear Buckling Analysis…载荷和约束•至少要施加一个能够引起屈曲的结构载荷到模型上:–所有的结构载荷都要乘上载荷系数来决定屈曲载荷.因此不支持不成比例或常值的载荷(参考下一张幻灯片)–允许刚性约束(即无位移约束)–允许无热载荷–仅有压缩的约束是非线性,因此不推荐使用在屈曲分析中•结构可以是全约束–在模型中可以施加刚性位移.确定模型上的约束适当.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…载荷和约束•假如施加常值和成比例的载荷则需要给出特殊的指定.–用户可以重复屈曲分析,调整可变载荷直到载荷乘数为1.0或接近1.0.–讨论一个柱子在自重W O和表面集中力A作用下的例子.可以通过重复计算,调整A的值直到λ= 1.0.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…需求结果•许多屈曲分析的选项与静力分析选项相似.但是当在求解下拉菜单下的屈曲分析工具被选择时DS会分辨并执行屈曲分析:–屈曲工具在求解下拉菜单下增加了另一个菜单.–详细的屈曲菜单允许用户指定屈曲模态的阶数.缺省的时候只计算第一阶屈曲模态.增加模态阶数会增加计算时间.但是,通常只有少数屈曲模态是希望的.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x Although most users are only concerned with the first buckling mode, it is generally a good idea to request the first 2 or 3 buckling modes. There may be closely-space buckling modes, so this would tell the user if the model may be susceptible to more than one failure mode.…需求结果•需要求解的结果位于屈曲菜单下:–屈曲分析的模态受控于在屈曲菜单下有详细介绍的模态阶数–应力,应变或某方向的位移等附加结果可以在屈曲下拉菜单下指定•如果已指定,则每阶屈曲模态的应力,应变或位移结果都会得到•假如一个模型的应力和应变已经得到,那么另外的计算也是需要的.–在“Solution”下拉菜单下没有结果直接被指定.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional xStructural x…求解选项•求解下拉菜单提供了详细的将要执行分析的类型–对于屈曲分析,求解下拉菜单的详细选项通常都不需要改变.•在大多情况下,“Solver Type”通常在默认的“ProgramControlled”选项的左边.它仅仅控制在初始静力分析中的求解器而不是屈曲求解方法.•“Weak springs”也意味着初始的静力分析.•屈曲分析不支持“Large Deflection”.–“Analysis Type”在线性屈曲分析情况下可以显示“Buckling”.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…求解模型•设定好模型以后,可以像其它分析一样选择Slove按钮求解屈曲分析.–对于同一个模型,线性屈曲分析比静力分析要耗费很多时间.这是因为此时静力分析和屈曲分析同时进行.–求解下拉菜单的Worksheet工具条提供了详细的计算输出,包括使用内存的大小以及多少阶模态已经扩展了.–假如在求解完成后应力或应变或再多的屈曲模态需要考虑,那么需要一个新的求解.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…观察结果•求解结束可以观察屈曲的模态–每一阶屈曲模态的的乘子都有详细的描述.载荷乘子与真实载荷的乘积代表临界载荷.–屈曲模态代表相对体积而不是绝对尺寸.但是这些可以用来判定失效的模态的形状.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…观察结果•屈曲载荷乘子(λ)的说明:–下面的塔模型被求解了两次. 首先施加一单位载荷.第二次施加了所希望的载荷(见下页)…观察结果屈曲载荷乘子(λ)的说明Load Unit ad BucklingLo _*λ=λLoadActual ad BucklingLo _=•第一个算例,屈曲载荷乘子(λ)就是屈曲载荷•第二个算例,屈曲载荷乘子(λ)可以解释为安全因子。
最新Workbench屈曲分析总结资料
Workbe nch屈曲分析1、基础概念结构在载荷作用下由于材料弹性性能发生变形,若变形后结构上的载荷保持平衡,这种状态称为弹性平衡。
如果结构在平衡状态时,受到扰动而偏离平衡位置,当扰动消除后仍能恢复原来平衡状态,这种平衡状态称为稳定平衡状态,反之,如果受到扰动而偏离平衡位置,即使扰动消除,结构仍不能恢复原来的平衡状态,而结构在新的状态下平衡,则原来的平衡状态就成为不稳定平衡状态。
当结构所受载荷达到某一值时,若增加一微小的增量,则结构平衡状态将发生很大的改变,这种现象叫做结构失稳或结构屈曲。
根据失稳的性质,结构稳定问题可分为以下三类:第一类失稳是理想化情况,即达到某个载荷时,除结构原来的平衡状态存在外,出现第二个平衡状态,故又叫做平衡分叉失稳,数学上就是求解特征值问题,又叫做特征值屈曲分析。
第二类失稳是结构失稳,变形将大大发展,而不会出现新的变形形式,即平衡状态不发生质变,也叫极顶失稳,结构失稳时,相应载荷叫做极限载荷,理想结构或完善结构不存在,总是存在这样那样的缺陷,大多数问题属于第二类失稳问题。
第三类失稳是当在和达到某值时,结构平衡状态发生一明显跳跃,突然过渡到非临近的另一具有较大位移的平衡状态,称为跳跃失稳,跳跃失稳没有平衡分叉点,也没有极值点,如坦拱、扁壳、二力杆的失稳都属于此类。
结构弹性稳定分析属于第一类失稳对应workbench的线性特征值分析(Eigenvalue Buckling),考虑缺陷,非线性影响的第二类结构属于workbe nch的非线性特征值分析( Eige nvalue Buckling),第三类的失稳对应workbench的Static Structural,无论前屈曲平衡状态或后屈曲平衡状态均可一次计算求出,即全过程分析。
1.1屈曲分析基础理论在平衡状态,考虑到轴向力或中面内力对弯曲变形的影响,根据势能驻值原理得到结构平衡方程为kJ K G〕U—p:式中K E 1为结构弹性刚度矩阵,K G I为结构几何刚度矩阵,也称为初应力刚度矩阵,<U '为节点位移向量;"P*为节点载荷向量,上式也为几何非线性分析平衡方程。
基于ANSYS Workbench变截面压杆屈曲分析方法
摘要 : 以工 程 应 用 中 变 截 面 压 杆 为 例 , 用 AN YS Wok e c 中概 念 建 模 方 法 进 行 3 运 S rb n h D建 模 , 据 实 际 根 应 用 条 件 对 压 杆 两 端 施 加 约 束 , 在 A YS Wok e c NS rb n h的 屈 曲分 析 模 块 中通 过 施 加 单 位 载 荷 计 算 出 变 截 面
在 机 械 工 程 中 ,有 不 少 构 件 属 于 变 截 面 压 杆 形
式 , 起 重 机 吊臂 、 幅 油 缸 等 承 受 压 力 作 用 的 支 柱 如 变 都 可 简化 为 阶梯 形 状 的受 压 件来 分 析 其 承载 能 力 。 这 类 构 件 在 受 到 轴 向压 力 作 用 时 容 易 出 现 弯 曲 或 失
文 章 编 号 : 6 2 0 2 ( 01 ) 4 0 7 — 3 17 — 1 12 2 0 — 0 0 0
基 于 ANS o k e c YS W r b n h变 截 面 压 杆 屈 曲分 析 方 法
闵 加 丰 ,阚 伟 良 ,朱 海 清
( 南 大 学 机 械 工 程 学 院 , 苏 无 锡 21 1 2 江 江 42 )
即 设 该 构 件 中各 个 不 同横
硕 士在读 , 主攻机械设计 及理论 学习
论 为 基 础 ,分 析 中 不 考 虑 结 构 在 受 载 变 形 过 程 中 结
构构形 的变 化 , 就是在 外力施 加 的各个 阶段 , 是 也 总
步 求 解 这 些 方 程 往 往 遇 到数 学 上 的 困 难 , 因此 对 这 类 问 题 进 行 深 入 研 究 很 有 必 要 。 本 文 应 用 ANS YS
算 简 便 , 有 较 强 的 通 用 性 , 对 于 截 面 变 化 较 大 或 具 但
基于ANSYS Workbench的真空管道屈曲分析
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟基于ANSYS Workbench 的真空管道屈曲分析利用ANSYS Workbench 对某装置中设计的真空管道进行了屈曲分析,并把有限元分析结果和解析法计算结果进行对比,验证了有限元屈曲分析的可靠性。
同时,提出真空管道优化设计方法,并对优化结果进行校核。
计算结果表明:通过合理设置加强圈,既能有效提高真空管道抗外压失稳能力,又能减轻管道重量,从而显著降低制造成本。
大型真空管道为薄壁结构件,其主要失效形式不是强度失效而是失稳失效。
所谓的压力容器失稳是指压力容器所承受的载荷超过某一临界值时突然失去原有几何形状的现象。
研究外压容器稳定性的目的在于研究容器的临界压力及相应的失稳模态,以改进加强措施,提高结构的抗失稳能力。
由于外压容器很难进行外压试验,直接考核大型外压容器承受外压时的稳定性是不现实的,因此大型外压容器的稳定性计算往往多采用理论或有限元分析方法。
ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件,在压力容器的屈曲稳定分析中有着广泛的应用,它提供了两种预测结构屈曲临界载荷和屈曲模态的技术,一种是特征值屈曲分析,可以预测结构屈曲形状,得到失稳临界载荷的上限。
另一种是非线性屈曲(包括几何非线性和几何及材料双非线性)分析。
使用非线性技术,模型中就可以包括诸如初始缺陷、塑性行为、间隙、大变形响应等特征,因此,非线性屈曲分析更接近工程实际的真实情况。
本文利用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析方法,对某装置中设计的真空管道进行屈曲分析,并把有限元分析结果和解析法计算结果进行对比,得出真空管道稳定性的分析结论。
同时,提出真空管道优化设计方法,为提高真空。
ANSYS经典案例在Workbench中实现之薄壁结构的屈曲与后屈曲分析
文章来源:安世亚太官方订阅号(搜索:peraglobal)案例背景屈曲分析对于一个成功的结构设计,尤其是包含壳和梁的结构,是至关重要的。
虽然线性特征值屈曲分析相对直接与简便,但是也有其自身缺点:因为实际屈曲过程是一个非线性(大变形)过程,如果不能考虑结构非线性,分析只能得到近似结果,另外线性屈曲分析对于结构后屈曲分析无能为力。
非线性屈曲分析过程较为复杂,同时可能需要多次尝试才能得到较为可信的结果,但是由于其不存在线性屈曲分析的局限性,所以工程上倾向通过非线性屈曲来评价结构的稳定性。
实际中,工程师很难判断结构究竟何时开始发生屈曲。
从工程和科研角度看,人们在整个屈曲过程中,最感兴趣的阶段其实是结构将要产生大变形,但是尚未产生较大变形的阶段,有时结构甚至还未产生变形,因为此时对应的载荷是结构的临界屈曲载荷。
非线性屈曲分析可以很好得在这方面提供工程意义上的指导。
非线性屈曲分析通过使用以下一些方法,控制整个仿真计算的收敛性,达到用户的工程需求:1 非线性稳定性控制(nonlinearstabilization)该方法可以应对屈曲分析中的局部和整体不稳定性,并且可以与其它非线性控制技术联合使用进行仿真(弧长法除外);2 弧长法该方法只能处理力载荷下的结构整体失稳。
3 将稳态分析处理成“准静态”的动力学问题该方法通过使用动力学效应防止计算发散,但是具体操作较为复杂。
本案例通过承受外部静水压力载荷的周向加强筋圆柱薄壁结构,说明如何通过仿真分析,预测结构的屈曲载荷和后屈曲状态,同时介绍控制非线性屈曲分析中,控制计算收敛性的方法。
问题描述圆柱薄壁的材料为2024-T3铝合金,由五层横截面为Z型的周向加强筋支撑,圆柱薄壁两端由两个厚盖板(厚度为25mm)密封,并分别由一个L型的铆接条加固。
圆柱薄壁承受外部均匀压强,从而使圆柱薄壁上两个Z型加强筋之间的局部屈曲,最终导致结构失效。
尺寸(mm)圆柱薄壁截面半径355.69圆柱薄壁深度431.8圆柱薄壁厚度 1.034盖板半径380盖板厚度25Z型加强筋厚度0.843L型铆接条厚度 1.64Z型加强筋横截面尺寸如下图所示:图1 Z型加强筋横截面形状及尺寸L型铆接条横截面尺寸为19*19mm,厚度为1.64mm。
workbench屈服分析ANSYS接触分析及四个强度理论文件
线性屈曲
作业7 – 假设
• • •
Workshop Supplement
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模型是一个钢管,一端固定,另一端自由,并在这个自由端施加 了纯压缩载荷。管的尺寸和材料属性如下: OD = 4.5 in ID = 3.5 in. E = 30e6 psi, I = 12.7 in^4, L = 120 in. 在这样的情况下,我们假设管子遵循手册中的如下公式:
⎡ π2 •E•I ⎤ P' = K • ⎢ ⎥ 2 L ⎣ ⎦
对于应力结果进行快速检查表明,模型在受载荷后仍保持在材料允 许的力学性能范围内。 正如前面所述,这一步在屈曲分析中并不是必要的,但却被认为是 比较符合工程实际情况的。
Workshop Supplement
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8
9 10
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-9
•
Solve.
11
12 注意:默认的屈曲的设置为求解第一阶模态
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线性屈曲
作业7 –结果
• 当求解完成后,可以查看屈曲结果:
13. 点击 “1st Buckled Mode” 的目标结果。
基于ANSYS Workbench变截面压杆屈曲分析方法
基于ANSYS Workbench变截面压杆屈曲分析方法I. 绪论A. 研究背景B. 研究问题C. 研究目的D. 研究方法E. 预期结果II. 变截面压杆屈曲理论分析A. 压杆的屈曲基本理论B. 变截面压杆的屈曲形式与影响因素C. 基于ANSYS Workbench的变截面压杆屈曲分析方法III. ANSYS Workbench变截面压杆屈曲仿真建模A. ANSYS Workbench基本介绍B. 变截面压杆的建模方式C. 加载条件与分析过程IV. 实验数据分析与结果比对A. 实验数据采集B. 屈曲载荷与形变数据分析C. 模拟结果与实验结果的比对V. 结论与展望A. 结论总结B. 未来研究方向第一章:绪论A. 研究背景随着工程领域的发展,越来越多的设计师和工程师开始采用轻量化的设计方案,以减少材料成本和节约能源。
压杆作为一种常用的结构元件,在许多机械结构和建筑结构中起着重要的作用。
而变截面压杆,则是压杆结构中一种重要的设计方案。
B. 研究问题在实际工程设计中,变截面压杆的屈曲分析是一项非常重要的工作。
由于其结构的复杂性和曲率变化的巨大性,传统的理论计算方法难以进行准确的分析。
因此,为了能够更好地理解和优化该结构,需要采用一种有效的数值仿真分析方法进行计算、分析和优化。
C. 研究目的本篇论文的研究目的是探究在ANSYS Workbench软件平台下,采用有限元分析方法进行变截面压杆屈曲分析的可行性,并进一步探讨优化设计策略和建议,以提高压杆的屈曲强度和性能。
D. 研究方法本研究将采用文献研究与数值仿真方法相结合的实验研究方法,首先对变截面压杆的相关理论背景进行探讨。
接着,将基于ANSYS Workbench的有限元分析方法建立变截面压杆屈曲模型,进行屈曲载荷的模拟计算。
然后,将通过分析模拟结果和实验数据的比对,验证计算的准确性和可信度,并提出相应的结论和建议。
E. 预期结果本研究预期将为工程设计师和研究者提供一种有效的变截面压杆屈曲分析方法,并为改进和优化该结构提供有理有据的数据和理论支持。
ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第六章屈曲分析
工程中很多结构需要进行结构稳定性计算,如细长杆、压缩部件、真空容器等,这些构件在不稳定(屈曲)开始时,结构本质上没有变化的载荷作用下(超过一个很小的动荡),在x 方向上的微小位移会使得结构有一个很大的改变,这类问题除了要考虑强度之外,还要分析其屈曲稳定性的问题。
本章所要学习的内容包括: ¾ 了解线性屈曲分析基础¾ 掌握ANSYS Workbench 屈曲分析的操作流程 ¾ 了解线性屈曲分析的应用场合 ¾ 理解屈曲分析的结果6.1 线性屈曲分析基础特征值或线性屈曲分析预测的是理想线弹性结构的理论屈曲强度(分歧点);而非理想和非线性行为阻止许多真实的结构达到它们的理论上的弹性屈曲强度。
线弹性通常产生非保守的结果,但也是有优点的。
(1)它比非线性屈曲计算省时间,并且应当做第一步计算来评估临界载荷(屈曲开始的载荷)。
(2)线性屈曲分析可以用来作为决定产生什么样的屈曲模型形状的设计工具,为设计做指导。
线性屈曲的分析方程为:{}([][])0i i K S λΨ+=式中各个符号的含义如下。
S 表示应力刚度矩阵; i λ表示屈曲载荷乘子;i Ψ表示屈曲模态。
实际上,线性屈曲方程和自由振动方程很相似,两者都是利用相似的矩阵方法来求解特征值问题的。
线性屈曲的分析步骤与之前的静力学分析非常相似,过程如下。
(7)求解计算并保存。
ANSYS Workbench1 4.5屈曲模态分析步骤与其他有限元分析步骤大同小异,软件支持模态分析中存在接触对,但因为屈曲分析是线性分析,所以接触行为不同于非线性接触行为,接触设置的线性屈曲分析设置如表6-1所示。
表6-1 存在接触设置的线性屈曲分析设置Linear Buckling Analysis(线性屈曲分析)Contact Type (接触类型) Initially Touching (初始接触) Inside Pinball Region (Pinball 区域内) Outside Pinball Region (Pinball 区域外) Bonded (绑定) Bonded (绑定) Bonded (绑定) Free (自由) No Separation (不分离) No Separation (不分离) No Separation (不分离) Free (自由) Rough (粗糙) Bonded (绑定) Free (自由) Free (自由) Frictionless (光滑)No Separation (不分离)Free (自由)Free (自由)6.2 案例图解6.2.1 斜撑杆受压屈曲分析分析起落架中承受轴向压力的斜撑杆,杆为空心圆管,外径为52mm ,内径为44mm ,L =950mm 。
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May 5, 2009 Inventory #002593
Linear Buckling
… Background on Buckling
Training Manual
• Although unconservative, linear buckling has various advantages:
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May 5, 2009 Inventory #002593
Linear Buckling
… Geometry and Material Properties
Training Manual
– Material response that is inelastic. – Nonlinear effects. – Imperfections in the structure which are not modeled (dents etc.).
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Workbench - Mechanical Introduction 12.0
Chapter 7 Linear Buckling Analysis
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May 5, 2009 Inventory #002593
– The eigenvalue buckling solution of a Euler column will match the classical Euler solution.
• Imperfections and nonlinear behavior prevent most real world structures from achieving their theoretical elastic buckling strength. Linear buckling generally yields unconservative results. • Linear buckling will not account for:
– It is computationally cheaper than a nonlinear buckling analysis, and should be run as a first step to estimate the critical load (load at the onset of buckling).
([K] + λi [S]){ψi } = 0
Assumptions:
– [K] and [S] are constant:
• Linear elastic material behavior is assumed • Small deflection theory is used, and no nonlinearities included
Linear Buckling Analysis Inside Pinball Region Outside Pinball Region Bonded Free No Separation Free Free Free Free Free
Contact Type Bonded No Separation Rough Frictionless
– – – – – – – – – – – Attach Geometry Assign Material Properties Define Contact Regions (if applicable) Define Mesh Controls (optional) Include Loads and Supports Solve Static Structural Analysis Link a Linear Buckling Analysis Set Initial Conditions Request Results Solve the Model Review Results
• Relative comparisons can be made of the effect of differences in design to buckling
– Linear buckling can be used as a design tool to determine what the possible buckling mode shapes may be.
Training Manual
• Eigenvalue or linear buckling analysis predicts the theoretical buckling strength of an ideal linear elastic structure. • This method corresponds to the textbook approach of linear elastic buckling analysis.
• It is important to remember these assumptions related to performing linear buckling analyses in Simulation.
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Linear Buckling
Chapter Overview
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Training Manual
In this chapter, performing linear buckling analyses in Mechanical will be covered. Contents:
A. Background On Buckling B. Buckling Analysis Procedure C. Workshop 7-1
• For material properties, Young’s Modulus and Poisson’s Ratio are required as a minimum
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• Only buckling modes and displacement results are available for line bodies.
– Although Point Masses may be included in the model, only inertial loads affect point masses, so the applicability of this feature may be limited in buckling analyses
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Linear Buckling
B. Buckling Analysis Procedure
Training Manual
• A Static Structural analysis will need to be performed prior to (or in conjunction with) a buckling analysis. The steps in italics are specific to buckling analyses.
•
•
The capabilities described in this section are generally applicable to ANSYS DesignSpace Entra licenses and above.
– Some options discussed in this chapter may require more advanced licenses, but these are noted accordingly.
• Any type of geometry supported by Simulation may be used in buckling analyses:
– Solid bodies – Surface bodies (with appropriate thickness defined) – Line bodies (with appropriate cross-sections defined)
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Linear Buckling
… Contact Regions
Training Manual
• Contact regions are available in free vibration analyses, however, contact behavior will differ for the nonlinear contact types exactly as with modal analyses. • Discussed earlier (see chapter 5).