2022年ANSYS命令流学习笔记-非线性屈曲分析 .pdf

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1、!ANSYS命令流学习笔记9 非线性屈曲分析!学习重点：!1、熟悉 beam 单元的建模!2、何为非线性屈曲分析Eigen Buckling首先了解屈曲问题。在理想化情况下,当 F Fcr时, 结构处于不稳定平衡状态 , 任何扰动力将引起坍塌。当F = Fcr时,结构处于中性平衡状态，把这个力定义为临界载荷。在实际结构中, 几何缺陷的存在或力的扰动将决定载荷路径的方向。在实际结构中, 很难达到临界载荷，因为扰动和非线性行为, 低于临界载荷时结构通常变得不稳定。要理解非线性屈曲分析，首先要了解特征值屈曲。特征值屈曲分析预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度，缺陷和非线性行为阻止大多数实际结构达到理

2、想的弹性屈曲强度，特征值屈曲一般产生非保守解, 使用时应谨慎。非线性屈曲分析时考虑结构平衡受扰动（初始缺陷、载荷扰动）的非线性静力分析，该分析时一直加载到结构极限承载状态的全过程分析，分析中可以综合考虑材料塑性、几何非线性、接触、大变形。非线性屈曲比特征值屈曲更精确，因此推荐用于设计或结构的评价。!3、非线性屈曲分析的理论计算及有限元计算!理论解，根据Euler 公式。其中 取决于固定方式。!有限元方法，已知在特征值屈曲问题：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共

3、 5 页 - - - - - - - - - 求解 ，即可得到临界载荷而非线性屈曲问题：其中为结构初始刚度，为有缺陷的结构刚度，为位移矩阵，F为载荷矩阵。!4、弧长法的介绍(图片摘于ansys培训教程 ) 如上分析， 特征值屈曲分析得到的是非保守解，具有两个优点：快捷分析，屈曲模态形状可用作非线性屈曲分析的初始几何缺陷。因此为了得到较为精确的屈曲分析，还需要做非线性屈曲分析， 结构达到极限载荷时，非线性求解将发散，为获得结构屈曲后加载历程的下降段， 将会采用弧长法进行求解。非线性屈曲分析的目的是得到第一个极限载荷点，弧长法能够用于后面的后屈曲分析。弧长法仅对静态分析有效，而且必须激活几何非线性

4、（NLGEOM ，ON） 。不能和弧长法一起使用线性搜素（LNSRCH ） 、自适应下降、自动时间步长（AUTOTS,DELTIM ）等。介绍弧长法之前，必须了解Newton-Raphson 法的载荷控制和位移控制：如下图的位移-载荷曲线，如果使用载荷控制，只能够达到Fcr。如果使用位移控制，有可能会跳过不稳定点，但是必须要知道是什么位移，在复杂载荷下，一般不知道位移状态。弧长法同时求解载荷和位移，与 Newton-Raphson 法类似， 能够求解复杂的力-变形响应问题，但最适合求解没有突然分叉点的平滑响应问题。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -

5、 - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - !5、非线性屈曲分析的步骤(图片摘于 ansys培训教程 ) (1) 前处理，施加单元载荷，进行预应力静力分析。(2) 基于预应力静力分析，指定分析类型为特征值屈曲分析，完成特征值屈曲分析。(3) 再次指定分析类型为静力分析，激活大变形选项。(4) 将一阶屈曲模态形状乘较小的系数后，作为初始扰动施加到结构上。(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。(9) post26 后处理，导出位

6、移-载荷曲线。!问题描述!工字钢横梁，在集中载荷P 作用下的非线性屈曲分析。!APDL命令：finish /clear /filname,buckling /title,buckling /prep7 et,1,189 sectype,100,beam,i, ,0 !定义截面为I 型secoffset,cent secdata,0.035,0.035,0.05,0.0035,0.0035,0.003 !定义 I 型截面的W1，W2，W3，T1，T2，T3 mp,ex,1,2e11 mp,prxy,1,0.3 !定义材料属性k,1, k,2,1,0,0 k,3,0.5,0.5,0 l,1,2 !

7、建立模型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - latt,1, ,1, ,3 ,100 !定义单元属性lesize,all, , ,50 lmesh,all !划分网格dk,1,all,0 fk,2,fy,-1 !添加单位载荷1N pstres,on !打开预应力选项/eshape,1,on /replot /eshape,0,on /replot !查看模型finish /solu solve finish !求解预应

8、力静力分析/post1 pldisp,1 !观察变形finish /solu antype,buckle !定义特征值屈曲分析bucopt,subsp,1,3000,0 !有个问题，如果不定义3000，此时频率值为负，但是也不影响后面结果运算，网上各种解释都有。但是如果一般不知道如何定义此数值。mxpand,1 !子步法求解1 阶模态outres,all,all !保存每一步结果solve finish /post1 set,list finish !查看模态频率结果/prep7 upgeom,0.0001,1,1,buckling,rst !从模态分析结果文件，导入第一步结果的0.0001

9、倍，即将一阶模态位移的0.0001 倍，作为初始模型。*get,myloadf,active, , set,freq !将 myloadf 的值设为模态频率值fk,2,fy,-1.2*myloadf !施加 1.2 倍的 myloadf，即是 1.2 倍的临界载荷。finish /solu 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - antype,static !定义分析类型为静力分析nlgeom,on !打开大变形选项ns

10、ubst,1000 !子步数定义为1000，决定了初始弧长，载荷/子步数，位移/子步数outres,all,all !保存每一步结果arclen,on,10,1e-7 !定义弧长法参数，弧长半径乘子最大值10，最小值1E-7，弧长范围为乘子 *( 载荷 /子步数 )。此案例不需要使用弧长法，所以用线性搜索LNSRCH,ON 可以替代此命令。solve finish /post26 nsol,2,2,u,z rfor,3,1,f,y !定义位移和载荷变量xvar,2 !设置载荷为X坐标plvar,1 plvar,3 !plot 位移 -载荷曲线。Finish 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -