ANSYS压杆屈曲分析实例讲解

ANSYS压杆屈曲分析实例讲解
问题描述：
某型柴油机的挺杆是钢制空心圆管，外径和内径分别为和，杆长，钢材的弹性模量。试确定该空心钢管的临界载荷。
分析与假定：由于两端铰支的杆件在屈曲分析时可以将其等效为一端固定另一端自由且杆长减半的模型，因此只需要考虑二分之一模型。
下面分别是利用菜单操作和命令流方式进行有限元分析的方法
 
一、GUI菜单建模分析过程
第一步，清除内存准备分析
1)        清除内存：
GUI：选择菜单Utility Menu>File>Clear& Start New
2)        更换工作文件名：
GUI：Utility Menu>File>Change Jobname，输入bar buckle
3)        定义标题：
GUI：Utility Menu>File>Change Title，输入 bar buckle analysis
 
第二步，创建有限元模型
1)        进入前处理器：
GUI：选择菜单Main Menu>Preprocessor
2)        定义单元类型：
GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，选择SOLID45单元
3)        定义材料：
GUI：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models，弹出对话框，在右侧窗口中连续双击选择Structural>linear>Elastic>Isotropic，弹出窗口，在值域EX处输入210e3，在值域PRXY处输入0.3
4)        创建空心圆管：
GUI:Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Cylinder>Hollow Cylinder，弹出对话框，在WP X, WP Y的值域中分别输入0和0，Rad-1, Rad-2的值域中分别输入5和6，Depth值域输入360
5)        划分网格：
Ø  设置单元尺寸GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>
Global>Size，弹出Global Element Sizes的对话框，在SIZE值域输入1
Ø  划分网格GUI：Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volume Sweep>Sweep，弹出对话框，点击Pick All按钮，最终的网格如图1所示。
 
 
图1空心圆管网格示意图
 
6)        施加位移约束：
GUI:Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Areas，弹出对话框，拾取最底面（面编号为1），点击OK按钮，设置自由度为ALL DOF
7)        施加集中力：
Ø  选择最上面的节点GUI：Utility Menu>Select>Entities，弹出对话框，在第一个下拉列表选择Nodes，第二个下拉列表选择By Location，复选框选择Z coordinates，在Min，Max值域输入191.5，最下面选择From Full
Ø  获得节点总数GUI：Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data，弹出对话框，左边列表选择Model data，右边列表选择For selected set，点击OK确定；接着弹出对话框，在Name of parameter to be defined对话框输入num，Data to be retrieved选项左边选择Current node set，右边选择No.of nodes
Ø  显示节点总数GUI：Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters，弹出列表框，在列表中显示NUM=74
Ø  施加集中力GUI：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>
On Nodes，弹出对话框，点击Pick All按钮，接着弹出对话框，Lab项从下拉列表选择FZ，VALUE值域输入-1/74
8)        选择所有实体
GUI：Utility Menu>Select>Everything
 
第三步，静力学分析
1)        进入求解器：
GUI：Main Menu>Solution
2)        选择分析类型：
GUI：Main Menu>Solution-Analysis Type- New analysis，选中Static
3)        设置预应力：
GUI：Main Menu>Solution>Analysis Type>Sol'n Controls>Basic，弹出对话框，将Calculate prestress effects勾选
4)        控制输出求解：
GUI：Main Menu>Solution>Load Step Opts>Output Ctrls>Solu Printout，弹出对话框，将FREQ Print frequency设置为Last substep
5)        执行求解：
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Current LS
6)        退出求解器：
GUI：Main Menu>Finish
7)        确定分析类型为屈曲：
Ø  进入求解器GUI：Main Menu>Solution
Ø  选择分析类型GUI：Main Menu>Solution-Analysis Type- New analysis，选中Eigen Buckling
Ø  确定屈曲分析选项GUI：Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options，弹出对话框，Method选择Subspace，在NMODE值域输入3，点击OK按钮确定，接着弹出对话框，采用默认值
8)        模态扩展：
GUI：Main Menu>Solution>Load Step Opts>ExpansionPass>Single Expand>Expand Modes，弹出对话框，在值域NMODE输入3（扩展3阶模态）
9)        执行求解：
GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Current LS
第四步，执行后处理
1)        进入后处理器：
GUI：Main Menu>Solution>General Postproc
2)        查看临界载荷：
GUI：Main Menu>General Postproc>Results Summary，弹出结果列表，如图2所示。在弹出的文本文件中，TIME/FREQ下面的数字即为屈曲特征值，本例中一阶屈曲特征值为7389.9N。
 
图2查看前三阶临界载荷
 
3)        观察模态：
GUI：Main Menu>General Postproc>Read Results>First Set，Utility Menu>Plot>Results>
Deformed Shape，弹出对话框，设置KUND为Def+underformed，如图3所示，绘出第一阶失稳模态图。
 
 图3第一阶失稳模态图
 
 
二、命令流如下（注：命令流分别采用SOLID45和BEAM189两种单元）
1.   SOLID45单元
/clear,start
/filname,bar buckle
/title,bar buckle analysis
/prep7
et,1,45
mp,ex,1,210e3
mp,nuxy,1,.3
cyl4,,,5,0,6,360,191.5
esize,1
vsweep,all
da,1,all
dtran
nsel,s,loc,z,191.5
*get,num,node,,count
f,all,fz,-1/num
fini
/solu
allsel,all
pstres,on
outpr,,1
solve
fini
/solu
antype,buckle
bucopt,subsp,3
mxpand,3
solve
fini
/post1
set,list
*get,fcr,mode,1,freq
 
2.   BEAM189单元
/clear,start
/filname,bar buckle
/title,bar buckle analysis
/prep7
et,1,189
mp,ex,1,210e3
mp,nuxy,1,.3
k,1
k,2,191.5
k,3,100,0.05
l,1,2
sectype,1,beam,ctube,beam,0
secoffset,cent
secdata,5,6,20,0,0,0,0,0,0,0
latt,1, ,1, , 3, ,
lesize,1,,,20
lmesh,1
dk,1,all
fk,2,fx,-1
fini
/solu
allsel,all
pstres,on
outpr,,1
solve
fini
/solu
antype,buckle
bucopt,subsp,3
mxpand,3
solve
fini
/post1
set,list
*get,fcr,mode,1,freq