基于ANSYS的轴心受压杆屈曲分析(很好很全)

基于ANSYS的轴心受压柱屈曲分析

吕辉

哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院

摘要：为了了解和掌握轴心受压柱特征值屈曲和非线性屈曲差异，以及考虑在屈曲分析中划分不同单元数量对分析结果的影响，选取适当的单元数量，利用有限元软件ANSYS对结构进行分析。初步了解特征值屈曲与非线性屈曲所得结果差异。在此基础上进行了多例轴心受压柱的仿真模拟分析，同时考虑不同长细比对屈曲分析结果的影响，掌握了长细比变化对轴心受压柱特征值屈曲和非线性屈曲的计算结果的影响规律。提出工程中应尽量采取非线性屈曲分析，并在分析中采取正确的分析方法。

关键词：ANSYS仿真模拟；轴心受压柱；单元数量；特征值屈曲；非线性屈曲

The analysis of axial-compressed column buckling

based on ANSYS

Lv Hui

Harbin Engineering University, College of Aerospace and Civil Engineering

Abstracts: The finite element software ANSYS is used to understand and master the diffierences between axial-compressed column buckling and nonlinear buckling, and to consider different numbers of modules`s impact on analysis results in buckling analysis, and choose the appropriate element numebrs. The differences of the results of eigenvalue buckling and nonlinear buckling is preliminary understood. Based that, simulation analysis of a number of cases of axial-compressed column is made, meanwhile different slenderness ratio`s impact on buckling analysis is taken into account, so the impact by variable slenderness ratio on the results of axial-compressed column buckling and nonlinear buckling is unterstood. So the nonlinear buckling analysis in the project is proposed,and the right analysis method should be taken.

Key words:ANSYS Simulation; axial-compressed column; the number of element; eigenvalue buckling; nonlinear buckling

引言：

随着计算机的发展人类实现了一个又一个的突破，大大提高了产品开发、设计、分析和制造的效率和产品性能。有限元理论的发展对于建筑专业更是一个飞跃。在结构线弹性计算中，一般都假定在加载过程中用结构变形前的形状来代替结构变形后的形状。然而结构在实际工程结构中，往往存在大位移、大转角或大应变等问题。这时的平衡条件就应如实的建立在变形后的形状上，以考虑变形对平衡的影响，因此要考虑非线性屈曲分析。在进行ANSYS 分析时，如果单元数量选取不当，会使结果产生很大的误差，选取正确的单元数量是计算的前提条件。

一． 划分不同单元数量对特征值屈曲和非线性结果影响的分析

本节讨论特征值屈曲和非线性屈曲结果影响分析受单元网格密度的影响，通过分析时通过改变网格密度，所得计算结果提取第一阶特征值屈曲稳定系数和非线性屈曲系数。通过所得数据进行对比，当前后两个结果满足一定误差要求时，即可认为结果正确，否则应继续改变网格密度进行比较。最终找到本单元类型所需划分最佳的单元数量。 1.有限元模型参数 （1）单元类型：BEAM189

（2）截面尺寸：宽度B=0.05，高度H=0.05，长度L=5m

（3）材料属性：Q235钢， EX= 2.06×1011p a ，泊松比NUXY=0.3，

620010p a p σ=⨯

（4）划分单元数： 变量

（5）约束情况：上、下端均端为铰接 （6）分析类型：屈曲分析

（7）受力特征：上端集中力F=-1N 。 2. 建立计算分析模型

图（1）模型图3.ANSYS分析结果

表（1）分析结果

分析结果绘成曲线如图:

图（2）不同单元数量特征值屈曲结果

图（3）不同单元数量非线性屈曲结果

5.结果分析

通过beam189单元类型进行分析所得数据进行对比可知，当单元数量为100时，特征值屈曲和非线性屈曲前后两个结果已满足一定误差要求时，可认为结果正确。因此之后分析时选着单元数量为100。

二．轴心受压柱特征值屈曲和非线性屈曲的ANSYS分析在ANSYS 中，稳定分析分为两类：线性特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。

本节通过改变截面尺寸达到改变杆件长细比的目的，选取模型长度为l=5m，

由于长细比（l i

μλ=

）的变化只与截面刚度有关。本节针对7种不同的大柔度

杆（p λλ>）进行分析，截面尺寸及截面惯性矩如表（2），截面1-4取截面惯性矩变化梯度为200cm 4，截面4-7取截面惯性矩变化梯度为10cm 4。最后把特征值屈曲和非线性屈曲所得结果进行对比，提出什么情况下可以选着用特征值屈曲什么情况下选择用非线性屈曲。 1.有限元模型参数 （1）单元类型：BEAM189

（2）截面尺寸：宽度B 、高度H 如表（2）所示，长度L=5m

（3）材料属性：Q235钢， EX= 2.06×1011p a ，泊松比NUXY=0.3，

620010p a p σ=⨯

，P λ=

（4）划分单元数： 100

（5）约束情况：上、下端均端为铰接 （6）分析类型：屈曲分析

（7）受力特征：上端集中力F=-1N 。

表（2）截面尺寸和刚度

2. 建立计算分析模型 如上图（1）

3. 理论分析 （1）特征值屈曲分析

有限元法对结构静力屈曲失稳问题的分析，对于解决线性屈曲问题，应用特