【分享】侧向扭转屈曲分析实例（GUI方式）

flowerllflarry

侧向扭转屈曲分析实例（GUI方式）
问题描述
一根直的细长悬臂梁，一端固定一端自由。在自由端施加载荷。本模型做特征值屈曲分析，并进行非线性载荷和变形研究。研究目标为确定梁发生分支点失稳（标志为侧向的大位移）的临界载荷。
  
问题特性参数
本例使用如下材料特性：
杨氏模量=1.0X10e4psi
泊松比=0.0
本例使用如下的几何特性：
L=100in
H=5in
B=2in
本例的载荷为：
P=1lb
  
问题示意图
  
特征值屈曲分析是线性化的计算过程，通常用于弹性结构。屈曲一般发生在小于特征值屈曲分析得到的临界载荷时。这种分析比完全的非线性屈曲分析需要的求解时间要少。
用户还可以做非线性载荷和位移研究，这时用弧长法确定临界载荷。对于更通用的分析，一般要进行崩溃分析。
在模型中有缺陷时一定要做非线性崩溃分析，因为此时模型不会表现出屈曲。可以通过使用特征值分析求解的特征向量来添加缺陷。特征向量是最接近于实际屈曲模态在预测值。添加的缺陷应该比梁的标准厚度要小。缺陷删除了载荷-位移曲线的突变部分。通常情况下，缺陷最大不小于10%的梁厚度。UPGEOM命令在前一步分析的基础上添加位移并更新变形的几何特征。
  
第一步：设置分析名称和图形选项
1． 选择菜单Utility Menu>File>Change Title。
2． 输入“Lateral Torsional Buckling Analysis”并单击OK。
3． 确认PowerGraphics正在运行。选择菜单Utility Menu&gtlotCtrls>Style>Hidden-Line Options。确认PowerGraphics选项打开并单击OK。
4． 将Graphical Solution Tracking打开。选择菜单Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>Grph Solu Track并确认对话框中radio按钮设置为ON。单击OK。
5． 生成屈曲分析图的输出文件。选择菜单Utility Menu>PlotCtrls>Redirect Plots>To GRPH File。将文件名改为buckle.grph并单击OK。
  
第二步：定义几何模型
1． 进入前处理器并生成梁的关键点。选择菜单Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>In Active CS，然后输入下列关键点号和坐标值：
关键点号：1 坐标值：0，0，0
关键点号：2 坐标值：100，0，0
关键点号：3 坐标值：50，5，0
2． 在关键点1和2之间生成一条直线。选择菜单Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>Straight Line。将弹出生成直线对话框。在图形窗口选择关键点1和2并单击OK。
3． 存储模型。选择菜单Utility Menu>File>Save As。在“Save Database to”对话框中输入buckle.db作为文件名并单击OK。
  
第三步：定义单元类型和横截面信息
1． 选择菜单Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。将弹出单元类型对话框。
2． 单击Add。将出现单元类型库对话框。
3． 在左列选择“Structural Beam”。
4． 在右列选择“3D finite strain, 3 node 189”以选中BEAM189。
5． 单击OK，然后的单元类型对话框中单击Close。
6． 定义梁的矩形截面。选择菜单Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sects。将出现梁工具对话框。缺省时ANSYS将截面号设置为1，将子类型设置为RECT（在子类型处图示一个矩形）。因为要生成一个矩形横截面，在子类型处不作修改。
7． 在梁工具对话框的底部，可以看到横截面形状和尺寸的图示。在B标志的部分输入0.2作为横截面的宽度；在H标志的部分输入5.0作为横截面的高度。单击OK确定设置。
8． 列出当前截面特性。选择菜单Main Menu>Preprocessor>Sections>List Sections。ANSYS缺省选择特性号1。单击OK显示横截面信息。在浏览过以后，在SLIST窗口单击Close。

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第四步：定义材料特性并定位结点
  
1．  选择菜单Main Menu&gtreprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic。
  
2．  单击OK确认材料号为1。将出现各向同性材料特性对话框。
  
3．  在杨氏模量框输入1E4。
  
4．  在泊松比(minor)处输入0.0，并单击OK。
  
5．  选择菜单Utility Menu>Select>Entities来选择线。选择下列选项：Lines，By Num/Pick，From Full并单击OK。
  
6．  出现选择线对话框。在图形窗口单击线实体。在对话框中单击OK。
  
7．  作为线的属性定义结点定位。选择菜单Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>All Lines。单击Pick Orientation Keypoint radio按钮旁边的radio按钮将其改变为Yes并单击OK。ANSYS将材料特性号指向1，将单元类型号指向1并将截面特性号指向1。
  
8．  出现线属性对话框。在图形窗口选择关键点3并在对话框中单击OK。
  
9．  存储模型。选择菜单Utility Menu>File>Save As。选择OK，当ANSYS询问是否覆盖时，单击OK。
  
   
  
    第五步：对线划分网格并确认梁的定位
  
1．           定义网格大小和分段数。选择菜单Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-All Lines。在No. Of Element Divisions框中输入10并单击OK。
  
2．           对线划分网格。选择菜单Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Lines。确认在“Mesh Lines”对话框中Pick和Single选定，然后在图形窗口选择线。在对话框中单击OK对线划分网格。
  
3．           旋转划分好网格的线。选择菜单Utility Menu>PlotCtrls>Pan,
  
Zoom,Rotate。弹出Pan,Zoom,Rotate对话框。选择ISO并单击Close。图形窗口中梁将旋转。
  
4．           确认梁的定位。选择菜单Utility Menu>PlotCtrls>Style>
  
Size&Shape。选择/ESHAPE旁边的radio按钮并单击OK。
  
5．           显示横截面形状。选择菜单Main Menu>Preprocessor>Sections>
  
Plot Section并单击OK。
  
6．           重新显示网格。选择菜单Utility Menu>Plot>Elements。
  
   
  
    第六步：定义边界条件
  
1．           定义固定端的边界条件。选择菜单Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>On Keypoints。将弹出Apply U,ROT on KPs对话框。
  
2．           定义关键点1为固定端。在ANSYS输入窗口，输入1并回车，然后单击OK。
  
3．           在对话框中选择“All DOF”，然后单击OK。在ANSYS图形窗口将显示边界条件。
  
4．           在自由端施加集中力。选择菜单Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/Moment>On Keypoints。将出现Apply F/M on KPs对话框。
  
5．           定义关键点2为自由端。在ANSYS输入窗口，输入2并回车，然后单击OK。
  
6．           在Direction of force/mom框中选择FY。
  
7．           在数值处输入1并单击OK。在ANSYS图形窗口将出现集中力标志。
  
8．           存储模型。选择菜单Utility Menu>File>Save As。选择OK，当ANSYS询问是否覆盖时，单击Yes。
  
9．           选择菜单Main Menu>Finish。
  
   
  
    第七步：作特征值屈曲分析
  
1．     进入时序后处理器。选择菜单TimeHist Postpro>Define Variables。TIME变量是缺省的。选择Close。
  
2．     设置分析选项。选择菜单Main Menu>Solution>Analysis Options。将弹出Static或Steady-State Analysis对话框。
  
3．     生成应力-刚度矩阵，存储起来在后续的特征值屈曲分析中使用。在Stress stiffness or prestress框中，选择“Prestress ON”。
  
4．     定义分析求解方法为sparse solver。在Equation solver框中选择Sparse solver。单击OK。
  
5．     选择菜单Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。浏览/STAT命令窗口中的内容，然后单击OK开始求解。
  
6．     当“Solution is Done!”窗口出现时，单击Close关闭窗口。
  
7．     选择菜单Main Menu>Finish。
  
8．     选择菜单Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis。
  
9．     选择“Eigen Buckling”选项，然后单击OK。
  
10． 选择菜单Main Menu>Solution>Analysis Options。将弹出特征值屈曲选项对话框。选择Block Lanczos方法。在模态数目框中输入4，然后单击OK。
  
11． 在MXPAND命令设置Element Calculation Key。选择菜单Main Menu>Solution>-Load Step Opts-ExpansionPass>Expand Modes。
  
12． 在扩展模态对话框中，输入4作为模态数，将Calculate elem results框由No改为Yes，然后单击OK。
  
13． 选择菜单Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。浏览/STAT命令窗口中的内容，然后单击OK开始求解。
  
14． 当“Solution is Done!”窗口出现时，单击Close关闭窗口。
  
15． 选择菜单Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size&Shape。确认在/ESHAPE旁边的radio按钮为ON，然后选择OK。
  
16． 在ANSYS输入窗口中输入/VIEW,1,1,1,1然后按回车。
  
17． 在ANSYS输入窗口中输入/ANG,1然后按回车。
  
18． 显示求解结果。选择菜单Main Menu>General Postproc>List Results>Results Summary。当查看结果完毕后，单击Close关闭窗口。
  
19． 选择菜单Main Menu>General Postproc>List Results>-Read Results->First Set。
  
20． 绘出梁的第一个模态。选择菜单Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape。将弹出Plot Deformed Shape对话框。选择Def+undef edge并单击OK。
  
21． 选择菜单Main Menu>Finish。

flowerllflarry

第八步：作非线性屈曲分析求解
  
1．  引入前面分析中得到的模型缺陷计算结果。选择菜单Main Menu&gtreprocessor>-Modeling-Update Geom。在Update Geometry对话框中，输入0.002作为Scaling Factor，在load step框中输入1，在Substep框中输入1，在Selection框中输入file.rst。单击OK。
  
2．  选择菜单Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis。
  
3．  选择“Static”选项，单击OK。
  
4．  选择菜单Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File，并确认选择了All Items和All entities选项，然后单击OK。
  
5．  选择菜单Main Menu>Solution>Analysis Options。设置Large deform effects旁边的radio按钮为ON，然后单击OK。
  
6．  设定arc-length方法。选择菜单Main Menu>Solution>Load Step Opts>Nonlinear>Arc-Length Opts。设定Arc-length方法为ON，然后单击OK。
  
7．  定义本载荷步中的子步数。选择菜单Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substeps。输入10000作为子步数并单击OK。
  
8．  设置求解中断参数。选择菜单Main Menu>Solution>Nonlinear>Arc-Length Opts。选择the Lab菜单旁边的下拉式菜单的位移限制选项。在最大位移框中输入1.0。在VAL框中输入结点号为2。选择Degree of Freedom旁边的下拉菜单为UZ。单击OK。
  
9．  求解当前模型。选择菜单Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。浏览/STAT命令窗口中的内容，然后单击OK开始求解。同时将弹出一个非线性求解窗口。收敛图也将显示，并在几分钟内完成。
  
10．       当“Solution is Done!”窗口出现时，单击Close关闭窗口。
  
11．       选择菜单Main Menu>Finish。
  
12．       重画梁网格。选择菜单Utility Menu>Plot>Elements。
  
13．       定义要从结果文件中读出的载荷点位移。选择菜单Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables。当出现对话框时，单击OK。
  
14．       当弹出Add Time-History Variable窗口时，确认Nodal DOF result选项选中，然后单击OK。
  
15．       出现Define Nodal Data 选择对话框。在图形窗口，选择结点2（梁的右端结点）并单击OK。
  
16．       出现Define Nodal Data窗口。确认参数Ref号和结点号都设置为2。在User-specified框中输入TIPLATDI。选择UZ平移并单击OK。
  
17．       定义从结果文件中读出的总支反力。在Define Time-History Variables窗口选择Add。
  
18．       当Add Time-History Variable 窗口出现时，选择Reaction forces radio按钮并选择OK。
  
19．       出现Define Nodal Data选择对话框。在ANSYS输入窗口中输入1（梁的左端结点）并选择OK。单击Close关闭对话框。
  
20．       出现Define Reaction Force Variable 窗口。确认参数Ref号设置为3，结点号设置为1。选择Struct Force FY选项并单击OK。
  
21．       选择菜单Main Menu>TimeHist Postpro>Math Operators>
  
Multiply。在Multiply Time-History Variables窗口，在结果框中输入4作为参考号，输入-1.0在1st Factor 框，在1st Variable框中输入3，单击OK。
  
22．       显示X变量。选择菜单Main Menu>TimeHist Postpro>Settings>
  
Graph。在Single variable no.框输入2并单击OK。
  
23．       绘出载荷和位移关系曲线以确定特征值法计算出的临界载荷。选择菜单Main Menu>TimeHist Postpro>Graph Variables。在1st variable to graph框中输入1。
  
24．       列出变量随时间的变化曲线。选择菜单Main Menu>TimeHist Postpro>List Variables。在1st variable to list 框中输入2，在2nd variable 框中输入4并单击OK。
  
25．       在PRVAR命令窗口中检验数值并比较其与特征值屈曲分析的结果。关闭PRVAR命令窗口。
  
26．       选择菜单Main Menu>Finish。
  
   
  
第九步：绘出并查看结果
  
1．  在ANSYS工具栏，单击Quit。
  
2．  选择一个存储选项并单击OK。
  
   
  
悬臂梁求解实例：命令行格式
  
可以用命令行格式完成同样的分析问题：
  
/PREP7
  
/GRA,POWER
  
GST,ON
  
/SHOW,BUCKLE,GRPH
  
K,1,0,0,0,
  
K,2,100.0,0,0,
  
K,3,50,5,0,
  
LSTR,       1,       2
  
ET,1,BEAM189
  
SECTYPE,   1, BEAM, RECT,
  
SECDATA, 0.2, 5.0
  
SLIST,   1,   1, ,
  
MP,EX,1,1E4
  
MP,NUXY,1,0.0
  
LSEL,S, , , 1, 1, 1
  
LATT,1, ,1,0,       3, ,1
  
LESIZE, all, , ,10
  
SECN,1
  
LMESH,all
  
/VIEW,,1,1,1
  
/ESHAPE,1EPLOT
  
DK,1, , , ,0,ALL, ,
  
FK,2,FY,1.0
  
FINISH
  
/SOLU
  
PSTRES,ON
  
EQSLV,SPARSE
  
SOLVE
  
FINISH
  
/SOLU
  
ANTYPE,BUCKLE
  
BUCOPT,LANB,4
  
MXPAND,4,,,YES
  
SOLVE
  
/POST1
  
/ESHAPE,1
  
/VIEW, 1 ,1,1,1
  
/ANG, 1
  
SET,LISTSET,1,1
  
PLDI,2
  
FINISH
  
UPGEOM,0.002,1,1,file,rst
  
/SOLU
  
ANTYPE,
  
STATIC
  
OUTRES,ALL,ALL
  
NLGEOM,ON
  
ARCLEN,ON
  
NSUBST,10000
  
ARCTRM,U,1.0,2,UZ
  
SOLVE
  
FINISH
  
/POST26
  
NSOL,2,2,U,Z,TIP LAT DISP
  
RFORCE,3,1,F,Y,
  
PROD,4,3, , , , , ,-1.0,1,1,
  
XVAR,2
  
PLVAR,4
  
PRVAR,2,4
  
FINISH

lornalong7909

这个好像就是帮助里面的东东吧？？
不过那儿是英文的！

dgc5112

搂住真伟大，非常感谢，征召这方面东西，太谢谢了

shimly521

看看，谢谢了，还有更多这方面的资料吗？期待中……

yp_sunrain

学习中,我复制了一份.谢谢楼主,有好东西多多的分享!

youtaohit

十分感谢,希望再接再厉,能有更多这方面的例子

biomechanics

仔细研究一下，哈哈

ying_chun021

gufubin7669

学习中,我复制了一份.谢谢楼主,有好东西多多的分享!

SUNSEAHE

读贴留名

whosru

Have a look, thanks

zyban

感谢楼主，不过要多些例子caihao