ANSYS指南之梁分析和横截面形状Word文档下载推荐.docx
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半径和周长上的格栅数目。
SECDATA,4,6
Sections>
用BEAM188/BEAM189单元划分线实体
在用BEAM188/BEAM189单元划分线实体前,要定义一些属性,包括:
l要划分线的梁单元类型
l生成梁单元的横截面特性号
l以梁单元轴向为基准的横截面定位
l生成梁单元的材料特性号
使用LATT命令将这些属性与线实体关联:
LATT,MAT,,TYPE,,KB,,SECID
MAT
与MP命令定义的材料特性相对应,材料号由MAT号指定。
TYPE
与ET命令定义的单元类型相对应,类型号由TYPE号指定。
KB
对应于模型中的关键点号。
所生成梁单元的横截面与梁的
两端点和该关键点定义的平面垂直。
SECID
与SECTYPE命令定义的梁横截面相对应,截面号由SECID
号指定。
使用梁工具生成横截面
SECTYPE,SECDATA和SECOFFSET命令在GUI的路径都在梁工具(BEAMTOOL)中。
梁
工具的样式取决于所选择的梁横截面形状:
梁工具的顶部是截面形状号[SECTYPE],中部是截面偏移信息[SECOFFSET],底部是
截面几何形状信息[SECDATA]。
SECDATA命令定义的尺寸
取决于所选截面形状。
可以单击梁工具下的"
Help"
获取所选截面的帮助信息。
在
SECDATA也有截面形状尺寸的说明。
控制横截面和用户网格库
通用截面的数据,如CHAN和RECT,可以存储在横截面库中。
用SECWRITE命令生成、存储包括用户划分网格的截面的横截面库。
如果在另一个模
型中使用横截面库,使用SECREAD命令读入。
侧向扭转屈曲分析实例(GUI方式)
ANSYSStructuralAnalysisGuide第七章详细叙述了屈曲分析。
本例分析了悬臂
梁在末端承受横向载荷时的行为。
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UtilityMenu>
File>
ChangeTitle。
2.输入"
LateralTorsionalBucklingAnalysis"
并单击OK。
3.确认PowerGraphics正在运行。
选择菜单Utility
Menu>
PlotCtrls>
Style>
Hidden-LineOptions。
确认PowerGraphics选项打开并单
击OK。
4.将GraphicalSolutionTracking打开。
选择菜单Main
Solution>
-LoadStepOpts-OutputCtrls>
GrphSoluTrack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UtilityMenu>
Redirect
Plots>
ToGRPHFile。
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。
-Modeling-Create>
Keypoints>
InActiveCS,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
2坐标值:
100,0,0
3坐标值:
50,5,0
2.在关键点1和2之间生成一条直线。
-Lines-Lines>
StraightLine。
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。
SaveAs。
在"
SaveDatabaseto"
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MainMenu>
ElementType>
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"
StructuralBeam"
。
4.在右列选择"
3Dfinitestrain,3node189"
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。
-Beam-CommonSects。
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MainMenu>
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。
第四步:
定义材料特性并定位结点
MaterialProps>
-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UtilityMenu>
Select>
Entities来选择线。
选择下列选项:
Lines,
ByNum/Pick,FromFull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。
AllLines。
单击PickOrientation
Keypointradio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。
-Meshing-Size
Cntrls>
-Lines-AllLines。
在No.OfElementDivisions框中输入10并单击OK。
2.对线划分网格。
-Meshing-Mesh>
Lines。
确
认在"
MeshLines"
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。
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。
Size&
Shape。
选择/ESHAPE旁边的radio按钮并单击OK。
5.显示横截面形状。
PlotSection并单击OK。
6.重新显示网格。
Plot>
Elements。
第六步:
定义边界条件
1.定义固定端的边界条件。
-Loads-Apply>
-Structural-Displacement>
OnKeypoints。
ApplyU,ROTonKPs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"
AllDOF"
,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。
-Structural-Force/Moment>
将出现
ApplyF/MonKPs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Directionofforce/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。
覆盖时,单击Yes。
9.选择菜单MainMenu>
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TimeHistPostpro>
DefineVariables。
TIME变
量是缺省的。
选择Close。
2.设置分析选项。
AnalysisOptions。
Static或Steady-StateAnalysis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
stiffnessorprestress框中,选择"
PrestressON"
4.定义分析求解方法为sparsesolver。
在Equationsolver框中选择Sparse
solver。
5.选择菜单MainMenu>
-Solve-CurrentLS。
浏览/STAT命令窗口中的
内容,然后单击OK开始求解。
6.当"
SolutionisDone!
"
窗口出现时,单击Close关闭窗口。
7.选择菜单MainMenu>
8.选择菜单MainMenu>
-AnalysisType-NewAnalysis。
9.选择"
EigenBuckling"
选项,然后单击OK。
10.选择菜单MainMenu>
将弹出特征值屈曲选项对
话框。
选择BlockLanczos方法。
在模态数目框中输入4,然后单击OK。
11.在MXPAND命令设置ElementCalculationKey。
-LoadStepOpts-ExpansionPass>
ExpandModes。
12.在扩展模态对话框中,输入4作为模态数,将Calculateelemresults框由
No改为Yes,然后单击OK。
13.选择菜单MainMenu>
14.当"
15.选择菜单UtilityMenu>
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。
GeneralPostproc>
Results>
ResultsSummary。
当查看结果完毕后,单击Close关闭窗口。
19.选择菜单MainMenu>
ListResults>
-Read
Results->
FirstSet。
20.绘出梁的第一个模态。
Plot
DeformedShape。
将弹出PlotDeformedShape对话框。
选择Def+undef
edge并单击OK。
21.选择菜单MainMenu>
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。
-Modeling-UpdateGeom。
在UpdateGeometry对话框中,输入
0.002作为ScalingFactor,在loadstep框中输入1,在Substep框中输入1,在
Selection框中输入file.rst。
2.选择菜单MainMenu>
3.选择"
Static"
选项,单击OK。
4.选择菜单MainMenu>
DB/Results
File,并确认选择了AllItems和Allentities选项,然后单击OK。
设置Largedeform
effects旁边的radio按钮为ON,然后单击OK。
6.设定arc-length方法。
LoadStep
Opts>
Nonlinear>
Arc-LengthOpts。
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。
-LoadStep
Opts-Time/Frequenc>
TimeandSubsteps。
输入10000作为子步数并单击OK。
8.设置求解中断参数。
Arc-Length
Opts。
选择theLab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DegreeofFreedom旁边的下拉菜单为UZ。
单
9.求解当前模型。
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"
11.选择菜单MainMenu>
12.重画梁网格。
13.定义要从结果文件中读出的载荷点位移。
TimeHist
Postpro>
当出现对话框时,单击OK。
14.当弹出AddTime-HistoryVariable窗口时,确认NodalDOFresult选项选中
15.出现DefineNodalData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DefineNodalData窗口。
确认参数Ref号和结点号都设置为2。
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DefineTime-HistoryVariables窗口
选择Add。
18.当AddTime-HistoryVariable窗口出现时,选择Reactionforcesradio按
钮并选择OK。
19.出现DefineNodalData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DefineReactionForceVariable窗口。
确认参数Ref号设置为3,结点
号设置为1。
选择StructForceFY选项并单击OK。
TimeHistPostpro>
MathOperators>
Multiply。
在MultiplyTime-HistoryVariables窗口,在结果框中输入4作为参考
号,输入-1.0在1stFactor框,在1stVariable框中输入3,单击OK。
22.显示X变量。
Graph。
在Singlevariableno.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
GraphVariables。
在1stvariabletograph框中
输入1。
24.列出变量随时间的变化曲线。
Variables。
在1stvariabletolist框中输入2,在2ndvariable框中输入4并
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MainMenu>
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
ANTYPE,BUCKLE
BUCOPT,LANB,4
MXPAND,4,,,YES
/POST1
/ESHAPE,1
/VIEW,1,1,1,1
/ANG,1
SET,LISTSET,1,1
PLDI,2
UPGEOM,0.002,1,1,file,rst
ANTYPE,
STATIC
OUTRES,ALL,ALL
NLGEOM,ON
ARCLEN,ON
NSUBST,10000
ARCTRM,U,1.0,2,UZ
/POST26
NSOL,2,2,U,Z,TIPLATDISP
RFORCE,3,1,F,Y,
PROD,4,3,,,,,,-1.0,1,1,
XVAR,2
PLVAR,4
PRVAR,2,4
F