DOC《第章》

图表的详细查看中,载荷因子乘以施加的载荷值即为屈曲载荷. 下面塔模型求解了两次.在第一种情况下施加单位载荷,第二种情况下施加预测的载荷. 屈曲载荷因子可以在 线性屈曲分析 分析分支下Timeline的结果中进行检查. 如图7-5所示为求解多个屈曲模态的一个例子,通过

图表可以观察结构屈曲在给定的施加载荷下的多个屈曲模态. 图7-5 求解多个屈曲模态 7.3 线性屈曲分析实例1―空圆管 柴油机空圆管是钢制空心圆管,如图7-6所示. 在推动摇臂打开气阀时,它会受到压力的作用.当压力逐渐增加到某一极限的值时,压杆的直线平衡将变为不稳定的,它将转变为曲线形状的平衡. 这时如再用侧向干扰力使其发生轻微弯曲,干扰力接触后,它将保持曲线形状的平衡,不能恢复原有的形状,屈曲就发生了.所以要保证空圆管所受的力小于压力的极限值,即临界力. 7.3.1 问题描述 在本例中进行的是空圆管的线性屈曲分析,假设一端固定而另一端自由,且在自由端施加了一个纯压力.管子的尺寸和特性为:外径为4.5in,内径为3.5in,杆长为120in,钢材的弹性模量E=30e6psi.根据空圆管的横截面的惯性距公式: 可以通过计算得到此空圆管的惯性距: 利用临界力公式: 其中,对于一端固定,另一端自由的梁来说,参数μ=2. 根据上面的公式和数据可以推导出屈曲载荷为: 7.3.2 项目概图 在Windows系统下执行 开始 → 所有程序 →ANSYS 16.0→Workbench 16.0命令,启动ANSYS Workbench 16.0,进入主界面. 在ANSYS Workbench 16.0 主界面中展开左边工具箱中的Analysis Systems栏,将工具箱中的Static Structural选项直接拖动到项目管理界面中或是直接在项目上双击载入,建立一个含有Static Structural的项目模块.结果如图7-7所示. 在工具箱中选中Eigenvalue Buckling选项,按住鼠标左键不放,向项目管理器中拖动,此时项目管理器中可拖动到的位置将以绿色框显示,如图7-8所示. 图7-7 添加Static Structural选项 图7-8 可添加位置 将Eigenvalue Buckling选项放到Static Structural模块的第6行中的Solution中,此时两个模块分别以字母A、B编号显示在项目管理器中,其中两个模块中间出现4条链接,其中以方框结尾的链接为可共享链接、以圆形结尾的链接为下游到上游链接.结果如图7-9所示. 设置项目单位,选择菜单栏中的Units→U.S.Customary(lbm, in, s,?H, A, lbf, V)命令,然后选择Display Values in Project Units命令,如图7-10所示. 新建模型.右击A3栏,在弹出的快捷菜单中选择New?DesignModeler Geometry命令,打开DesignModeler模型. 设置单位系统.在主菜单中选择Units→Inch命令,如图7-11所示,设置单位为英制单位. 图7-9 添加线性屈曲分析 图7-10 设置项目单位 图7-11 设置英制单位 7.3.3 创建草图 创建工作平面.首先单击选中树形目录中的 XY轴平面 分支,然后单击工具栏中的 创建工作平面 按钮,创建一个工作平面,此时树形目录中 XY轴平面 分支下,会多出一个名为Sketch1的工作平面. 创建草图.单击选中树形目录中的Sketch1草图,然后单击树形目录下端的Sketching标签,打开草图绘制工具箱窗格.在新建的Sketch1草图上绘制图形. 切换视图.单击工具栏中的 正视于 按钮,将视图切换为XY方向的视图. 绘制圆环.打开的草图绘制工具箱默认展开绘图栏,首先单击绘图栏中的 圆形 命令.将光标移入到右边的绘图区域.移动光标到视图中的原点附近,直到光标中出现P的字符.单击鼠标确定圆的中心点,然后移动光标到右上角单击鼠标,绘制一个圆形.采用同样的方式再次绘制一个圆形.结果如图7-12所示. 标注尺寸.单击草图绘制工具箱的Dimensions栏,将此尺寸标注栏展开.单击尺寸栏内的 直径标注 命令.然后分别标注两个圆的直径方向的尺寸. 修改尺寸.将属性窗格中D1的参数修改为4.5in,D2的参数修改为3.5in.单击工具栏中的 缩放到合适大小 按钮,将视图切换为合适的大小.绘制的结果如图7-13所示. 图7-13 修改尺寸 拉伸模型.单击工具栏中的 拉伸 按钮,此时树形目录自动切换到Modeling标签,并生成Extrude1分支.在属性窗格中,修改Depth栏中的拉伸长度为120in.单击工具栏中的 生成 按钮.生成后的模型如图7-14所示. 图7-14 旋转模型 7.3.4 Mechanical前处理 进入Mechanical中.双击ANSYS Workbench中项目概图的A4栏,打开Mechanical应用程序. 设置单位系统,在主菜单中选择Units→U.S.Customary(in, lbm, lbf,?H, s, V, A)命令,设置单位为英制单位. 设置固定端约束.首先单击树形目录中的Static Structural(A5),此时Context工具栏显示为Environment工具栏.单击其中的Supports按钮,在弹出的下拉列表中选择Fixed?Support.然后选择空圆管的一个端面,单击属性窗格中的Apply按钮,添加固定端的约束,如图7-15所示. 图7-15 施加固定端约束 给空圆管施加屈曲载荷,单击其中的Loads按钮,在弹出的下拉列表中选择Force.将其施加到空圆管的另一端面,在属性窗格中将Define by栏更改为Components.然后将Magnitude下的Z Component赋值为1,并指向空圆管的另一端,结果如图7-16所示. 7.3.5 求解 选择树形目录中的Solution(B6),然后插入位移,如图7-17所示. 图7-16 施加屈曲载荷 图7-17 添加位移结果 设置位移结果,单击树形目录中的Solution(B6)分支,此时Context工具栏显示为Solution工具栏.单击其中的Deformation按钮,在下拉列表中选中Total,添加位移结果显示. 求解模型,单击工具栏中的Solve,如图7-18所示,进行求解. 图7-18 求解 7.3.6 结果 查看位移的结果,单击树形目录中的Solution(B6)分支下的Total Deformation,此时绘图区域右下角的Tabular Data将显示结果.可以看到临界压力,而通过计算得到的结果为65607lbf,二者之间差距很大,如图7-19所示.这是由于并没有设置材料弹性模量.这样得到的惯性矩也不同,所以需要修改材料的弹性模量. 图7-19 初步分析结果 修改材料的弹性模量.返回到ANSYS Workbench界面,双击A2栏,这时会进入到Engineering Data界面.在左下角的窗口中找到第8行Young'