ANSYS 有限元精品培训课件：15结构弹性稳定分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
正常求解：屈曲荷载=屈曲荷载系数×（恒载＋活载） 实际要求：屈曲荷载=1.0×（恒载＋K×活载） 其实现方法是通过调整所施加的活载大小（例如放大K 倍），然后进行屈曲分析，如果所求得的屈曲荷载系数不等于 1.0，则继续修改K值重新分析，直到屈曲荷载系数为1.0为止。 K的初值通常可采用第一次的屈曲荷载系数，然后调整3～ 4次即可达到要求。
第7章 结构弹性稳定分析
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。
*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。
7.2 构件的特征值屈曲分析--受压柱屈曲分析
两端简支的受压柱如图所示，设பைடு நூலகம்面尺寸为
B×H=0.03m×0.05m，柱长L=3m，弹性模量 E=210GPa， 密 度ρ=7800kg/m3。
前者定义向数据库及结果文件中写入的数据，而后者定义向 文件中写入的数据。 ⑹ 求解 命令格式：SOLVE
求解过程的输出主要有特征值（屈曲荷载系数）、屈曲模态 形状、相对应力分布等。 ⑺ 退出求解层 命令格式：FINISH
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
命令格式：/solu ⑵ 定义分析类型
命令格式：ANTYPE,BUCKLE或ANTYPE,1 需要注意的是在特征值屈曲分析中，重启动分析无效。 ⑶ 定义求解控制选项
命令格式：BUCOPT,Method,NMODE,SHIFT,LDMULTE 用此命令定义特征值提取方法、拟提取的特征值个数、特征
值计算的起始点等参数。一般情况下建议采用LANB（分块兰 索斯法）、特征值数目为1。
⑶ ANSYS容许的最大特征值是1000000。若求解时 特征值超过此限值，可施加一个较大的荷载值。若有 多种荷载，可全部放大某个倍数后施加。?????
7.1 特征值屈曲分析的步骤--获得静力解
⑷ 恒载和活载共同作用。分析中常常需要求解在恒载作用下活 载的屈曲荷载，而不是“恒载＋活载”的屈曲荷载，这就需要保 证在特征值求解时恒载应力刚度不被缩放。
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”。
7.1 特征值屈曲分析的步骤--获得特征值屈曲解
⑷ 定义模态扩展数目 命令格式：MXPAND,NMODE,FREQB,FREQE,Elcalc,SIGNIF
若想观察屈曲模态形状，应定义模态扩展数目，也可在提取
特征值后再次进入求解层单独进行模态扩展分析。 ⑸ 定义荷载步输出选项 命令格式：OUTRES,Item,FREQ,Cname 命令格式：OUTPR,Item,FREQ,Cname
P
B
P
P
L I取I1或I2
Y ZX
H
a) 两端铰支柱
b) BEAM3计算模型 c) BEAM4计算模型
7.2 构件的特征值屈曲分析--受压柱屈曲分析
BEAM3单元为2D梁单元，故只能计算荷载作用平面内的屈曲分 析。当用空间模型分析时，其1阶屈曲模态在XY平面内，而第2 阶屈曲模态就可能不在XY平面内，而在YZ平面内。
⑸ 非零约束。如同静力分析一样，可以施加非零约束。同样以 屈曲荷载系数对非零约束进行缩放得到屈曲荷载。
⑹ 静力求解完成后，退出求解层。
7.1 特征值屈曲分析的步骤--获得特征值屈曲解
该过程需要静力分析中得到的.EMAT和.ESAV文件，且数据库 中包含有模型数据，以备需要时恢复。如下步骤： ⑴ 进入求解层
7.1 特征值屈曲分析的步骤--获得静力解
注意几个问题：
⑴ 必须激活预应力效应。
命令PSTRES设为ON便可考虑预应力效应。
⑵ 由屈曲分析所得到的特征值是屈曲荷载系数，而屈 曲荷载等于该系数乘以所施加的荷载。若施加单位荷 载，则该屈曲荷载系数就是屈曲荷载；若施加了多种 不同类型的荷载，则将所有荷载按该系数缩放即为屈 曲荷载。
7.1 特征值屈曲分析的步骤--创建模型
①创建模型 ②获得静力解 ③获得特征值屈曲解 ④查看结果
注意三点： ⑴ 仅考虑线性行为。若定义了非线性单元将按线性单元处理。 刚度计算基于初始状态（静力分析后的刚度），并在后续计算 中保持不变。 ⑵ 必须定义材料的弹性模量或某种形式的刚度。非线性性质 即便定义了也将被忽略。 ⑶ 单元网格密度对屈曲荷载系数影响很大。例如采用结构自 然节点划分时（一个构件仅划分一个单元）可能产生100%的 误差甚至出现错误结果，尤其对高阶屈曲模态的误差可能更大， 其原因与形成单元应力刚度矩阵有关。经验表明，仅关注第1 阶屈曲模态及其屈曲荷载系数时，每个自然杆应不少于3个单 元。
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）：
第7章 结构弹性稳定分析
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。
*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。
7.2 构件的特征值屈曲分析--受压柱屈曲分析
两端简支的受压柱如图所示，设பைடு நூலகம்面尺寸为
B×H=0.03m×0.05m，柱长L=3m，弹性模量 E=210GPa， 密 度ρ=7800kg/m3。
前者定义向数据库及结果文件中写入的数据，而后者定义向 文件中写入的数据。 ⑹ 求解 命令格式：SOLVE
求解过程的输出主要有特征值（屈曲荷载系数）、屈曲模态 形状、相对应力分布等。 ⑺ 退出求解层 命令格式：FINISH
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
命令格式：/solu ⑵ 定义分析类型
命令格式：ANTYPE,BUCKLE或ANTYPE,1 需要注意的是在特征值屈曲分析中，重启动分析无效。 ⑶ 定义求解控制选项
命令格式：BUCOPT,Method,NMODE,SHIFT,LDMULTE 用此命令定义特征值提取方法、拟提取的特征值个数、特征
值计算的起始点等参数。一般情况下建议采用LANB（分块兰 索斯法）、特征值数目为1。
⑶ ANSYS容许的最大特征值是1000000。若求解时 特征值超过此限值，可施加一个较大的荷载值。若有 多种荷载，可全部放大某个倍数后施加。?????
7.1 特征值屈曲分析的步骤--获得静力解
⑷ 恒载和活载共同作用。分析中常常需要求解在恒载作用下活 载的屈曲荷载，而不是“恒载＋活载”的屈曲荷载，这就需要保 证在特征值求解时恒载应力刚度不被缩放。
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”。
7.1 特征值屈曲分析的步骤--获得特征值屈曲解
⑷ 定义模态扩展数目 命令格式：MXPAND,NMODE,FREQB,FREQE,Elcalc,SIGNIF
若想观察屈曲模态形状，应定义模态扩展数目，也可在提取
特征值后再次进入求解层单独进行模态扩展分析。 ⑸ 定义荷载步输出选项 命令格式：OUTRES,Item,FREQ,Cname 命令格式：OUTPR,Item,FREQ,Cname
P
B
P
P
L I取I1或I2
Y ZX
H
a) 两端铰支柱
b) BEAM3计算模型 c) BEAM4计算模型
7.2 构件的特征值屈曲分析--受压柱屈曲分析
BEAM3单元为2D梁单元，故只能计算荷载作用平面内的屈曲分 析。当用空间模型分析时，其1阶屈曲模态在XY平面内，而第2 阶屈曲模态就可能不在XY平面内，而在YZ平面内。
⑸ 非零约束。如同静力分析一样，可以施加非零约束。同样以 屈曲荷载系数对非零约束进行缩放得到屈曲荷载。
⑹ 静力求解完成后，退出求解层。
7.1 特征值屈曲分析的步骤--获得特征值屈曲解
该过程需要静力分析中得到的.EMAT和.ESAV文件，且数据库 中包含有模型数据，以备需要时恢复。如下步骤： ⑴ 进入求解层
7.1 特征值屈曲分析的步骤--获得静力解
注意几个问题：
⑴ 必须激活预应力效应。
命令PSTRES设为ON便可考虑预应力效应。
⑵ 由屈曲分析所得到的特征值是屈曲荷载系数，而屈 曲荷载等于该系数乘以所施加的荷载。若施加单位荷 载，则该屈曲荷载系数就是屈曲荷载；若施加了多种 不同类型的荷载，则将所有荷载按该系数缩放即为屈 曲荷载。
7.1 特征值屈曲分析的步骤--创建模型
①创建模型 ②获得静力解 ③获得特征值屈曲解 ④查看结果
注意三点： ⑴ 仅考虑线性行为。若定义了非线性单元将按线性单元处理。 刚度计算基于初始状态（静力分析后的刚度），并在后续计算 中保持不变。 ⑵ 必须定义材料的弹性模量或某种形式的刚度。非线性性质 即便定义了也将被忽略。 ⑶ 单元网格密度对屈曲荷载系数影响很大。例如采用结构自 然节点划分时（一个构件仅划分一个单元）可能产生100%的 误差甚至出现错误结果，尤其对高阶屈曲模态的误差可能更大， 其原因与形成单元应力刚度矩阵有关。经验表明，仅关注第1 阶屈曲模态及其屈曲荷载系数时，每个自然杆应不少于3个单 元。
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）：