悬臂梁的横向扭转屈曲例题汇总.docx

1、悬臂梁的横向扭转屈曲例题汇总7.6横向扭转屈曲分析实例（GUI方式）可以用BEAM188和BEAM189单元来模拟直梁的弯曲和剪切， 也可以模拟梁的横向扭转屈曲。为了建立这一模型，需要建立足够密的梁单元网 格。典型地，需要用一系列的梁单元来模拟一根直梁。如图 7-4所示。图7-4 悬臂梁的横向扭转屈曲悬臂梁的横向扭转屈曲，用60个BEAM188单元模拟（通过/ESHAPE显示）ANSYS Structural A nalysis Guide 7 详细叙述了屈曲分析。本例分析悬臂梁在末端承受横向载荷时的行为。7.6.1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

2、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 支点失稳（标志为侧向的大位移）的临界载荷。参见图7-5。7.6.2问题特性参数材料特性：杨氏模量=1.0X10e4 psi;泊松比=0.0。几何特性: L=100 in ; H=5 in ; B=2 in。载荷为：P=1 lb 。7.6.3草图图7-5 梁的变形7.6.4特征值屈曲和非线性破坏分析特征值屈曲分析是线性分析，通常仅适用于弹性结构。通常在小于特 征值屈曲分析得到的临界载荷之前发生材料屈服。 这种分析比完全非线性屈曲分 析所需的求解时间要少。用户还可以用弧长法做非线性载荷-位移研究，这时用弧长法确定 临界载荷。对于更一般的

3、情况，需要进行破坏分析。模型有缺陷时，必须做非线性破坏分析，因为完美模型不会表现出 显著的屈曲。可以通过使用特征值分析得到的特征向量， 来加入缺陷。求得的特 征向量是对实际屈曲模态最接近的预测。 添加的缺陷与梁的典型厚度相比，应为 小量。缺陷删除了载荷-位移曲线的突变部分。通常情况下，缺陷最大值为梁厚 度的1%10%。UPGEOM 命令在前一步分析的基础上添加位移，并把几何形 状更新到变形后的形状。7.6.5设置分析名称和定义模型的几何实体1、选择菜单“ Utility MenuFileChange Title2、 输入“ Lateral Torsional Buckling Analysis

4、 ” 并单击 OK。3、 定义关键点。选择 “Main MenuPreprocessor-Modeling-CreateKeypoints In Active CS ”,输入下表所示的关键点号和坐标：关键点号X坐标Y坐标Z坐标按这个按钮接受1000Apply2100.000Apply35050OK4、在关键点1和2之间建立直线。选择 MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Lines-LinesStraight Line，出现“ Create Straight Line picker ”窗口，在图形窗口中拾取关键点 1和2，然后 按 “OK ”。5、保存模型。

5、选择 Utility MenuFileSave As 。将文件名存为buckle.DB ”，并单击 OK。7.6.6定义单元类型和横截面信息1、选择“ Main MenuPreferences ”，单击“ Structural ”检查框。按 “OK ”。2 、 选 择 “ Main Menu PreprocessorEleme ntTypeAdd/Edit/Delete ”。出现“ Element Types ”对话框。3、单击“ Add. ”。出现“ Library of Element Types ”对话框。4、在左列选择“ Structural Beam ”。5、在右列选择 “3D fi

6、nite strain, 3 node 189 “ BeamTool ”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 )。因为是矩形横截面， 在子类型处不需要修改。8、在“ BeamTool ”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。按“ OK ”。9、通过“ BeamTool ”对话框显示当前截面特性。按“Preview ”。 在图形窗口显示截面图和数据汇总。 按“Meshview ”查看截面网格。按“Close ”。7.6.7定

7、义材料特性和定位节点1、选择 “ Main Menu PreprocessorMaterial PropsMaterialModels ”。出现“ Define Material Model Behavior ”对话框。2 、 在 “ Material Models Available ” 窗 口 右 侧 ， 双击 “ Structural-Linear- Elastic-Isotropic ”，出现一个对话框。3、 输入弹性模量 EX=1.0E4 。4、 输入PRXY=0.0 ,并按“OK”。现在左侧出现“Material Model Number 1 ”。5、选择“ MaterialExi

8、t ”。6、选择“ Utility MenuPlotLines ”重新画线。7 、 选 择 线 , 定 义 线 的 定 向 属 性 。 选 择 “ Main MenuPreprocessor-Attributes-Define Picked Lines. ”。 出 现 “ LineAttributes ”拾取框。在图形窗口选择线,然后在“ Line Attributes ”中按 “Apply ”。8、 出现“ Line Attributes ”对话框。缺省时, ANSYS 将材料特 性指向1，将单元类型号指向1，并将截面特性号指向1。按“ Pick Orientation Keypoint(s

9、) ”边的单选框，使它为“ YES”，然后按“ OK”。9、 再次出现“ Line Attributes ”对话框。在 ANSYS 图形窗口输 入3， 并按回车。最后在对话框中按“ OK ”。10 、存储模型。选择“ Utility MenuFileSave As ”。如还未保存为“ buckle.db ”，则选择之。如果已经存在“ buckle.db ”，当 ANSYS 询问 是否覆盖时，按“ OK”。7.6.8对线划分网格并确认梁的定位1 、 定 义 网 格 尺 寸 和 分 段 数 。 选 择 “ Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-Line

10、s-AII Lines ” 在“ No. ofElement Divisions ”中输入 10 ，按“ OK”。2 、 对 线 划 分 网 格 。 选 择 “ MainMenuPreprocessorMeshTool ” 在 MeshTool 中按 “MESH ” 出现 “Mesh Lines picker ”对话框。在图形窗口选择线。然后在对话框中按“ OK”最后在 MeshTool 中按“ Close ”。3、 旋转划分好网格的线。 选择“ Utility MenuPlotCtrlsPan Zoom,Rotate ”。出现“Pan,Zoom,Rotate ” 对话框。选择 ISO 并按“

11、Close ” 图形窗口中梁将旋转。4、 确认梁的定位。选择“ Utility MenuPlotCtrlsStyleSize & Shape ”。选择 /ESHAPE 旁边的单选按钮使之打开，并按“ OK”。7.6.9定义边界条件1 、 定 义 固 定 端 的 边 界 条 件 。 选 择 “ MainMenuSolution-Loads-Apply-Structural-DisplacementOn Keypoints ” 出现“ 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并按回车， 然后按“ OK”。出现“ Apply U,R

12、OT on KPs ”。3、 选择“All DOF ”，然后按“OK”在ANSYS图形窗口将显示 关键点 1的边界条件。4 、 在 自 由 端 施 加 集 中 力 。 选 择 “ MainMenuSolution-Loads-Apply-Structural-Force/MomentOn Keypoints ”。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并按回车， 然后在“ Apply F/M on KPs ”对话框按“ OK ”。出现“ Apply F/M on KPs ”对 话框。6、在“ Direction of F

13、orce/Mom ”框中选择“ FY”。7、 输入1并按“OK”。在ANSYS图形窗口将在关键点2显示集中 力标志。8、 存储模型。选择“ Utility MenuFileSave As ”。如还未保存 为“ buckle.db ”，则选择之。如果已经存在“ buckle.db ”，当 ANSYS 询问是 否覆盖时，按“ OK”。7.6.10进行特征值屈曲分析1 、 设置分析选项 。 选择“ Main MenuSolutionAnalysis Options ”。出现“ Static or Steady-State Analysis ”对话框。2、 应用 sparse 求解器求解。在“ Sta

14、tic or Steady-State Analysis ” 对话框中，确定选择“ Sparse solver ”。3、 包括预应力效应，存储起来在后续的特征值屈曲分析中使用。在“Stress stiffness or prestress ”下拉框中，选择“ Prestress ON ”。按 “OK”关闭对话框。4、 选择“ Main MenuSolution-Solve-Current LS”。浏览 /STAT命令窗口中的内容，然后从菜单选择“ Close ”。最后在“ Solve Current Load Step ”中按“ OK”，开始求解。5、 当“ Solution is Done!

15、 ”窗口出现时，按“ Close ”关闭窗口。6、 选择“ Main MenuFinish ”。Analysis ”。8、选择“ Eigen Buckling ”选项，然后按“ OK ”。9、选择“ Main MenuSolutionAnalysis Options ”。出现 “ Eigenvalue Buckling Options ”对话框。选择“ Block Lanczos ”方法。在“No. of modes to extract ”框中输入 4 ，然后按“ OK”。10、 设 置 MXPAND 命 令 的 单 元 计 算 选 项 。 选 择 “ Main MenuSolution-L

16、oad Step Opts-ExpansionPassExpand Modes ”。11、在“ Expand Modes ”对话框中，在“ No. of modes to expand ” 中输入4，将“Calculate elem results ”框由 No 改为 Yes，然后按 “ OK ”。12、 选择“ Main MenuSolution-Solve-Current LS”。浏览 /STAT命令窗口中的内容，然后从菜单选择“ Close ”。最后在“ Solve Current Load Step ”中按“ OK”，开始求解。13、 当 “Solution is Done! ” 窗口

17、出现时，按 “Close ” 关闭窗口。14、 选择“ Utility MenuPlotCtrlsStyleSize & Shape ”。确 认在“ Display of element shapes. (/ESHAPE ) ”旁边的单选框为 ON ，然后 按“ OK”。15 、 显 示 求 解 结 果 。 选 择 “ Main MenuGeneral PostprocResults Summary ”。当查看结果完毕后，按“ Close ”关闭窗口。16、选择 “ Main MenuGeneral PostprocList Results-Read Results-First Set ”。1

18、7、 绘出 梁的第一个模态。 选择“ Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape ”。出现“ Plot Deformed Shape ” 对话框。选择“ Def+undef edge ”并按“ OK”。18 、选择“ Main MenuFinish1 、引入前面分析中得到的模型缺陷计算结果。选择“ Main MenuPreprocessor-Modeling-Update Geom ”。 在 “ Update nodesusing results file displacements ”对话框中，在“ Scaling Factor ”

19、框输入 0.002 ，在“ load step ”框输入 1 ，在“ Substep ”框输入 1 ，在“ Selection ” 框输入 file.rst 。按“ OK”。2、选择“ Main MenuSolution-Analysis Type-New Analysis ”3、选择“ Static ”选项，按“ OK ”。4 、选择“ Main MenuSolution-Load Step Opts- Output CtrlsDB/Results File ”，并确认选择了“ All Items ”和“ All entities ”选项， 然后按“ OK”。5、选择 “Main MenuS

20、olutionAnalysis Options ”。设置 “Largedeform effects ”为 ON 。然后按“ OK ”。6、设定 arc-length 方法和终止求解参数。选择“ MainMenuSolutionLoad Step OptsNonlinearArc-Length Opts ”。设定 “Arc-length 方法”为ON。选择“Lab”后面的下拉框并选择“Displacement lim ”。在“ Max desired U ” 中输入 1.0。在“ Node number for VAL ”输入 2。 选择“ Degree of freedom ”后面的下拉框并选

21、择“ UZ”。然后按“ OK”。7、定义本载荷步的子步数。选择“ Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencTime and Substeps ”。输入子步数 10,000 ，并 按“ OK”。8、求解当前模型。选择 “ Ma in Me nuSolutio n-Solve-Curre ntLS”。浏览/STAT命令窗口中的内容，然后从菜单中选择“Close ”。最后在“SolveCurrent Load Step ”按“ O K ”开始求解。同时将出现“ Nonlinear Solution ” 对话框，其中有一个“ STOP”按钮。还将出现

22、收敛图，可能要几分钟才能完成。9、可能回出现一个警告信息， 用户应该检查其中的内容， 但不必关闭它。等到求接完成，出现“ Solution is Done! ”窗口时，在其中按“ Close”关闭窗口10 、选择“ Main MenuFinish ”。7.6.12 显示和检查结果1、重画梁网格。选择“ Utility MenuPlotElements ”。2、 定义要从结果文件中读出的载荷点位移。选择“ Main MenuTimeHist PostproDefine Variables ”。 当 出 现 “ Defined Time-History Variables ”对话框时，按“ OK”

23、。3、 当出现 “Add Time-History Variable ”窗口时，确认 “Nodal DOF result ”选项选中，然后按“ OK”。4、 出现“Define Nodal Data ”拾取框。在图形窗口，选择节点2（梁 的右端节点 ）并按“ OK”。5、 出现“ Define Nodal Data ”对话框。确认“ Ref number of variable ”和“ Node number ”都设置为 2。在“ User-specified Label ”框中 输入 TIPLATDI。选择“ Translation UZ ”，并按“ OK”。6、 定义从结果文件中读出的总支

24、反力。 在“Define Time-History Variables ”窗口选择“ Add ”。7、 当 “Add Time-History Variable ” 窗口出现时，选择 “Reaction forces ”单选按钮，并按“ OK”。8、 出现“ Define Nodal Data ”拾取框。拾取梁的左端节点1，并 按“ OK”。9、 出现“ Define Reaction Force Variable ”窗口。确认“ Refnumber of variable ”设为 3， “ Node number ”设为 1。选择“ Struct ForceFY”，并按“OK ”。然后在“”

25、对话框中按“ Close ”。10 、 选 择 “ Main MenuTimeHist PostproMath OperatorsMultiply ”。在“ Multiply Time-History Variables ”窗口，在“ Reference number for result ”中输入4，在“ 1st Factor ”中输入 -1.0 ，在“1st Variable ”框中输入 3。按“ OK”。11、 显 示 X 变 量 。 选 择 “ Main MenuTimeHist PostproSettingsGraph ” 选 “Single variable ” 按钮，在 “ Si

26、ngle variable no. ”中框输入 2，并按“ OK”。12、绘出载荷 -位移曲线，以确定特征值法计算出的临界载荷。选 择“ Main MenuTimeHist PostproGraph Variables ”。在“ 1st variable tograph ”框中输入 1。按“ OK”。13、 列 出 变 量 - 时 间 曲 线 。 选 择 “ Main MenuTimeHist PostproList Variables ”。在“ 1st variable to list ”框中输入 2，在“ 2nd variable ”框中输入 4。然后按“ OK”。14、在 PRVAR 命令窗口中检验数值，并把它与特征值屈曲分析 的结果进行比较。 期望的结果为临界屈曲荷载： Pcr=0.01892 。关闭 PRVAR 命 令窗口。15、选择菜单“ Main MenuFinish ”。16、在 ANSYS 工具条中按“ Quit ”。17、选择一个存储选项，最后按“ OK”。