DOC《第章》

第章屈曲分析 在一些工程中,有许多细长杆、压缩部件等,当作用载荷达到或超过一定限度时就会屈曲失稳,这类问题除了要考虑强度问题外,还要考虑屈曲的稳定性问题.

本章将介绍ANSYS Workbench线性屈曲分析的基本方法和技巧. 7.1 屈曲概述在线性屈曲分析中,需要评价许多结构的稳定性.在薄柱、压缩部件和真空罐的例子中,稳定性是重要的.在失稳(屈曲)的结构,负载基本上没有变(超出一个小负载扰动),会有一个非常大的变化位移{Δx},如图7-1所示. 图7-1 失稳悬臂梁 特征值或线性屈曲分析预测理想线弹性结构的理论屈曲强度.此方法相当于教科书上线弹性屈曲分析的方法.用欧拉行列式求解特征值屈曲会与经典的欧拉公式解相一致. 缺陷和非线性行为使现实结构无法与它们的理论弹性屈曲强度一致.线性屈曲一般会得出不保守的结果. 但线性屈曲也会得出无法解释的问题:非弹性的材料响应、非线性作用、不属于建模的结构缺陷(凹陷等). 尽管不保守,但线性屈曲有多种优点: (1)它比非线性屈曲计算省时,并且可以作第一步计算来评估临界载荷(屈曲开始时的载荷).在屈曲分析中做一些对比,可以体现二者的明显不同. (2)线性屈曲分析可以用来作为确定屈曲形状的设计工具.结构屈曲的方式可以为设计提供向导. 7.2 屈曲分析步骤 需要在屈曲分析之前(或连同)完成静态结构分析. (1)附上几何体. (2)指定材料属性. (3)定义接触区域(如果合适). (4)定义网格控制(可选). (5)加入载荷与约束. (6)求解静力结构分析. (7)链接线性屈曲分析. (8)设置初始条件. (9)求解. (10)模型求解. (11)检查结果. 7.2.1 几何体和材料属性 与线性静力分析类似,任何软件支持的类型的几何体都可以使用,例如: 实体. 壳体(确定适当的厚度). 线体(定义适当的横截面).在分析时只有屈曲模式和位移结果可用于线体. 尽管模型中可以包含点质量,但是由于点质量只受惯性载荷的作用,因此在应用中会有一些限制. 另外不管使用何种几何体和材料,在材料属性中,杨氏模量和泊松比是必须要有的. 7.2.2 接触区域 屈曲分析中可以定义接触对.但是,由于这是一个纯粹的线性分析,因此接触行为不同于非线性接触类型,其特点如表7-1所示. 表7-1 线性屈曲分析 接触类型线性屈曲分析 初始接触Pinball区域内 Pinball区域外 绑定 绑定 绑定 自由 不分离 不分离 不分离 自由 粗糙 绑定 自由 自由 无摩擦 不分离 自由 自由 7.2.3 载荷与约束 要进行屈曲分析,至少应有一个导致屈曲的结构载荷,以适用于模型.而且模型也必须至少要施加一个能够引起结构屈曲的载荷.另外,所有的结构载荷都要乘上载荷系数来决定屈曲载荷,因此在进行屈曲分析的情况下不支持不成比例或常值的载荷. 在进行屈曲分析时,不推荐只有压缩的载荷,如果在模型中没有刚体的位移,则结构可以是全约束的. 7.2.4 设置屈曲 在项目

图表中屈曲分析经常与结构分析进行耦合,如图7-2所示. 在分支中的Pre-Stress项包含结构分析的结果. 单击线性屈曲分支下的Analysis Settings,在它的属性窗格中可以修改模态数,默认的情况下为6,如图7-3所示. 图7-2 屈曲分析项目概图 图7-3 属性窗格 7.2.5 求解模型 建立屈曲分析模型后可以求解除静力结构分析以外的分析.设定好模型参数后,可以单击工具栏中的Solve,进行求解屈曲分析.相对于同一个模型,线性屈曲分析比静力分析需要更多的分析计算时间,并且CPU占用率要高许多. 在树形目录中的Solution Information分支提供了详细的求解输出信息,如图7-4所示. 图7-4 求解中的相关信息 7.2.6 检查结果 求解完成后,可以检查屈曲模型求解的结果,每个屈曲模态的载荷因子显示在图形和