ANSYS作业四圆柱壳的非线性屈曲分析.docx

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有限元原理与工程应用

题目圆柱壳的非线性屈曲分析

年级与专业机械电子工程

所在学院（系）机械工程学系

22

梁结构的瞬态完全法分析

1要求

用弧长法进行一个圆柱壳的非线性屈曲分析。

　　一个对边简支的圆柱壳，在其中心作用一个垂直的集中载荷。

目的是分析当载荷大小为1000N时，A、B两点的垂直位移（UY）。

材料特性：

EX=3.1x109Pa（杨氏模量）

NUXY=0.3（泊松比）

几何特性：

　　R=2540mmL=254mm

　　H=6.35mmθ=5.7°

载荷：

p=1000N

采用2D的shell单元定义了厚度，由于该圆柱壳结构为对称结构，故实际操作时选取1/4结构对其进行分析即可。

2操作步骤

求解步骤（GUI方法）

2.1定义工作文件名及工作标题

（1）定义工作文件名：

执行UtilityMenu/File/ChangeJobname命令，在弹出的ChangeJobname对话框中输入文件名为“buckle2.”，同时勾上【Newloganderrorfiles】,单击按钮。

（2）定义工作标题：

执行UtilityMenu/File/ChangeTitle命令，弹出ChangeTitle对话框中输入“Analysisofthebuckle”,然后单击按钮。

（3）重新显示：

执行UtilityMenu/Plot/Replot命令。

2.2显示工作平面

（1）显示工作平面，执行UtilityMenu/WorkPlane/DisplayWorkingPlane命令。

（2）关闭三角坐标符号的显示：

执行UtilityMenu/PlotCtrls/WindowControls/WindowOptions命令，弹出WindowOptions对话框。

在Locationoftriad下拉列表框中选择Notshown选项，单击按钮。

2.3建立圆柱壳结构模型

2.3.1定义单元类型

（1）选择单元类型：

执行Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令，弹出复选框【ElementType】，单击“Add”，弹出【LibraryofElementTypes】对话框中选择“StructuralShell”和“Elastic4node63”，单击Apply按钮。

（2）定义单元实常数：

执行Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete>命令，弹出【RealConstants】复选框，单击“Add”，选择“Type1Shell63”选项，单击“OK”，弹出如下图所示对话框，将参数如图3进行设置，单击按钮。

图1“RealConstant…”对话框

（3）定义材料参数：

执行Preprocessor>MaterialProps>MaterialModel命令，弹出【DefineMaterialModelBehavior】，在弹出的对话框中进行设置，依次点击Structural>Linear>Elastic>Isotropic，弹出【LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1】，对话框中的参数设置如图9所示，单击按钮即可。

图2“Density…”对话框

2.3.2生成几何模型

（1）生成点

执行Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS命令，弹出【CreateKeypointsInActiveCoordinateSystem】对话框，依次在“1,0,0”，“2,0,2000”，“3,2540,0”，“4,2540,254”，最后生成的结果如图11所示。

生成线

生成曲面

图3生成矩形

划分网格

6,8,1

2.4步骤二：

恢复数据库文件“buckle2.db”

UtilityMenu>File>Resumefrom

2.5步骤三：

进入求解器。

MainMenu>solution

2.6步骤四：

定义分析类型和选项

1、选择菜单路径MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis.单击“Static”来选中它然后单击OK。

2、择菜单路径MainMenu>Solution>UnabridgedMenu>AnalysisOptions。

出现对话框。

3、单击Largedeformeffectsoption（大变型效应选项）使之为ON，然后单击OK。

2.7步骤五：

在结点1的Y方向施加一个大小为-250的力

Mainmenu>Solution-Load-Apply>Force/Moment>OnNodes

2.8步骤六：

设置载荷步选项

1、择菜单路径MainMenu>Solution>UnabridgedMenu>Loadstepopts-Time/Frequenc>Timeandsubstps，时间和时间步选项对话框出现。

2、Numberofsubsteps（子步数）键入30。

3、择菜单路径MainMenu>Solution>UnabridgedMenu>Loadstepopts-Outputctrls>DB/ResulsFile，对数据库和结果文件写入的控制对话框出现。

4、在“Item”中，选择“all”

5、对“FREQ”,选择“EverySubstep”

2.9步骤七：

选择弧长法

1、选择菜单路径MainMenu>Solution>UnabridgedMenu>Loadstepopts-Nonlinear>Arc-lengthopts。

Arc-lengthoptsT（时间和时间步选项）对话框出现。

2、将“KEY”（Arc-lengthmethodon/off）设置为“ON”

3、对“MAXARC”（Maximummultiplier）,输入4

4、单击OK

2.10步骤八：

求解问题

1、选择菜单路径MainMenu>Solution>-Solve-CurrentLS。

2、检阅状态窗口中的信息然后单击close。

3、单击SolveCurrentLoadStep（求解当前载荷步）对话框中的OK开始求解。

2.11步骤九：

进行所需要的后处理。

3求解步骤（命令流方法）

FINI

/CLE

/PREP7

smrt,off

ET,1,SHELL63,,1

R,1,6.350!

SHELLTHICKNESS

MP,EX,1,3102.75

MP,NUXY,1,0.3

!

CREATEFINITEELEMENTMODEL

R1=2540!

SHELLMID-SURFACERADIUS

L=254!

HALFTHELENGTH

PI=4*ATAN

（1）!

VALUEOFPICOMPUTED

THETA=0.1*180/PI!

0.1RADIANSCONVERTEDTODEGREES

CSYS,1!

CYLINDRICALCO-ORDINATESYSTEM

N,1,R1,90!

NODES1AND2ARECREATEDATPOINTS

N,2,R1,90,L!

AANDBRESPECTIVELY.

K,1,R1,90

K,2,R1,（90-THETA）

K,3,R1,90,L

K,4,R1,（90-THETA）,L

ESIZE,,2!

TWODIVISIONALONGTHEREGIONBOUNDARY

A,1,3,4,2

AMESH,1

NUMMRG,NODE

!

APPLYBOUNDARYCONDITIONS

NSEL,S,LOC,Z,0

DSYM,SYMM,Z

NSEL,S,LOC,Y,90

DSYM,SYMM,X

NSEL,S,LOC,Y,（90-THETA）

D,ALL,UX,,,,,UY,UZ

NSEL,ALL

FINISH

SAVE,BUCKLE2,DB

RESUME,BUCKLE2,DB

/SOLUTION

ANTYPE,STATIC

NLGEOM,ON!

LARGEDEFLECTIONTURNEDON

OUTRES,,1!

WRITESOLUTIONONRESULTSFILEFOREVERYSUBSTEP

F,1,FY,-250!

1/4THOFTHETOTALLOADAPPLIEDDUETOSYMMETRY

NSUBST,30!

BEGINWITH30SUBSTEPS

ARCLEN,ON,4

SOLVE

FINISH

/POST26

NSOL,2,1,U,Y!

STOREUYDISPLACEMENTOFNODE1

NSOL,3,2,U,Y!

STOREUYDISPLACEMENTOFNODE2

PROD,4,1,,,LOAD,,,4*250!

TOTALLOADIS4*250DUETOSYMMETRY

PROD,5,2,,,,,,-1!

CHANGESIGNSOFTHEDISPLACEMENTVALUES

PROD,6,3,,,,,,-1

*GET,UY1,VARI,2,EXTREM,VMIN

*GET,UY2,VARI,3,EXTREM,VMIN

PRVAR,2,3,4!

PRINTSTOREDINFORMATION

/AXLAB,X,DEFLECTION（MM）

/AXLAB,Y,TOTALLOAD（N）

/GRID,1

/XRANGE,0,35

/YRANGE,-500,1050

XVAR,5

PLVAR,4!

PLOTLOADWITHRESPECTTO-UYOF

XVAL,6

PLVAR,4

FINISH

变形情况（取的是中间一半，所以最边缘的下去是最多的）

*****ANSYSPOST26VARIABLELISTING*****

TIME1UY2UY4PROD

UYUYLOAD

0.32910E-01-0.3691880.253726E-0132.9101

0.98776E-01-1.166760.794300E-0198.7761

0.21372-2.783370.179024213.718

0.31393-4.479230.252211313.926

0.40097-6.204270.266634400.967

0.47620-7.