ansys高級分析梁分析和橫截面形狀adv7

1、ANSYS高級分析技術指南 梁分析和橫截面形狀第七章 梁分析和橫截面形狀梁的概況梁單元用于生成三維結構的一維理想化數(shù)學模型。與實體單元和殼單元相比，梁單元可以效率更高的求解。兩種新的有限元應變單元，BEAM188和BEAM189，提供了更強大的非線性分析能力，更出色的截面數(shù)據(jù)定義功能和可視化特性。參閱ANSYS Elements Reference中關于BEAM188和BEAM189的描述。何為橫截面？橫截面定義為垂直于梁的軸向的截面形狀。ANSYS提供了有11種常用截面形狀的梁橫截面庫，并支持用戶自定義截面形狀。當定義了一個橫截面時，ANSYS建立一個9結點的數(shù)值模型來確定梁的截面特性（ly

2、y,lzz等），并求解泊松方程得到彎曲特征。下圖是一個標準的Z橫截面，示出了截面的質心和剪切中心以及計算的橫截面特性： 圖8-1 Z向橫截面圖橫截面和用戶自定義截面網(wǎng)格劃分將存儲在橫截面庫文件中?？梢杂肔ATT命令將梁橫截面屬性賦給線實體。這樣，橫截面的特性將在用BEAM188或BEAM189對該線劃分網(wǎng)格時包含進去。如何生成橫截面用下列步驟生成橫截面：1 定義截面并與代表相應截面形狀的截面號關聯(lián)。2 定義截面的幾何特性數(shù)值。ANSYS中提供了下表列出的命令完成生成、查看、列表橫截面和操作橫截面庫的功能：參閱ANSYS Commands Reference可以得到橫截面命令的完整集合。 定義截

3、面并與截面號關聯(lián) 使用SECTYPE命令定義截面。下面的命令將截面號2與定義號的橫截面形狀（圓柱體）關聯(lián)：命令：SECTYPE,2,BEAM,CSOLID SECDATA,5,8 SECNUM,2GUI: Main Menu>Preprocessor>Settings>-Beam-Common Sects Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs要定義自己的橫截面，使用子形狀（ANSYS提供的形狀集合）MESH。要定義帶特殊特性如lyy和lzz的橫截面，使用子形狀ASEC。 定義橫截面

4、的幾何特性數(shù)值使用SECDATA命令定義橫截面的幾何數(shù)值。下面的命令將用SECTYPE命令定義的尺寸賦值給橫截面。CSOLID形狀有兩個尺寸：半徑和周長上的格柵數(shù)目。命令：SECDATA,4,6GUI: Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sects 用BEAM188/BEAM189單元劃分線實體在用BEAM188/BEAM189單元劃分線實體前，要定義一些屬性，包括：l 要劃分線的梁單元類型l 生成梁單元的橫截面特性號l 以梁單元軸向為基準的橫截面定位l 生成梁單元的材料特性號使用LATT命令將這些屬性與線實體關聯(lián)：命令

5、：LATT,MAT,TYPE,KB,SECIDGUI: Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs MAT 與MP命令定義的材料特性相對應，材料號由MAT號指定。 TYPE 與ET命令定義的單元類型相對應，類型號由TYPE號指定。 KB 對應于模型中的關鍵點號。所生成梁單元的橫截面與梁的 兩端點和該關鍵點定義的平面垂直。 SECID 與SECTYPE 命令定義的梁橫截面相對應，截面號由SECID 號指定。 使用梁工具生成橫截面SECTYPE，SECDATA和SECOFFSET命令在GUI的路徑都在梁工具（

6、BEAM TOOL）中。梁工具的樣式取決于所選擇的梁橫截面形狀：梁工具的頂部是截面形狀號SECTYPE，中部是截面偏移信息SECOFFSET，底部是截面幾何形狀信息SECDATA。SECDATA命令定義的尺寸 圖8-2 梁工具（包括橫截面顯示）取決于所選截面形狀。可以單擊梁工具下的“Help”獲取所選截面的幫助信息。在SECDATA也有截面形狀尺寸的說明。控制橫截面和用戶網(wǎng)格庫通用截面的數(shù)據(jù)，如CHAN和RECT，可以存儲在橫截面庫中。用SECWRITE命令生成、存儲包括用戶劃分網(wǎng)格的截面的橫截面庫。如果在另一個模型中使用橫截面庫，使用SECREAD命令讀入。側向扭轉屈曲分析實例（GUI方式）

7、ANSYS Structural Analysis Guide第七章詳細敘述了屈曲分析。本例分析了懸臂梁在末端承受橫向載荷時的行為。 問題描述一根直的細長懸臂梁，一端固定一端自由。在自由端施加載荷。本模型做特征值屈曲分析，并進行非線性載荷和變形研究。研究目標為確定梁發(fā)生分支點失穩(wěn)（標志為側向的大位移）的臨界載荷。 問題特性參數(shù)本例使用如下材料特性：楊氏模量=1.0X10e4psi泊松比=0.0本例使用如下的幾何特性：L=100inH=5inB=2in本例的載荷為：P=1lb問題示意圖 特征值屈曲分析是線性化的計算過程，通常用于彈性結構。屈曲一般發(fā)生在小于特征值屈曲分析得到的臨界載荷時。這種分析

8、比完全的非線性屈曲分析需要的求解時間要少。用戶還可以做非線性載荷和位移研究，這時用弧長法確定臨界載荷。對于更通用的分析，一般要進行崩潰分析。在模型中有缺陷時一定要做非線性崩潰分析，因為此時模型不會表現(xiàn)出屈曲?？梢酝ㄟ^使用特征值分析求解的特征向量來添加缺陷。特征向量是最接近于實際屈曲模態(tài)在預測值。添加的缺陷應該比梁的標準厚度要小。缺陷刪除了載荷-位移曲線的突變部分。通常情況下，缺陷最大不小于10%的梁厚度。UPGEOM命令在前一步分析的基礎上添加位移并更新變形的幾何特征。 第一步：設置分析名稱和圖形選項1 選擇菜單Utility Menu>File>Change Title。2 輸入

9、“Lateral Torsional Buckling Analysis”并單擊OK。3 確認PowerGraphics正在運行。選擇菜單Utility Menu>PlotCtrls>Style>Hidden-Line Options。確認PowerGraphics選項打開并單擊OK。4 將Graphical Solution Tracking打開。選擇菜單Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>Grph Solu Track并確認對話框中radio按鈕設置為ON。單擊OK。5 生成屈曲分析圖的輸出文件

10、。選擇菜單Utility Menu>PlotCtrls>Redirect Plots>To GRPH File。將文件名改為buckle.grph并單擊OK。 第二步：定義幾何模型1 進入前處理器并生成梁的關鍵點。選擇菜單Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>In Active CS，然后輸入下列關鍵點號和坐標值：關鍵點號：1 坐標值：0，0，0關鍵點號：2 坐標值：100，0，0關鍵點號：3 坐標值：50，5，02 在關鍵點1和2之間生成一條直線。選擇菜單Main Menu>Prep

11、rocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>Straight Line。將彈出生成直線對話框。在圖形窗口選擇關鍵點1和2并單擊OK。3 存儲模型。選擇菜單Utility Menu>File>Save As。在“Save Database to”對話框中輸入buckle.db作為文件名并單擊OK。 第三步：定義單元類型和橫截面信息1 選擇菜單Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。將彈出單元類型對話框。2 單擊Add。將出現(xiàn)單元類型庫對話框。3 在左列

12、選擇“Structural Beam”。4 在右列選擇“3D finite strain, 3 node 189”以選中BEAM189。5 單擊OK，然后的單元類型對話框中單擊Close。6 定義梁的矩形截面。選擇菜單Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sects。將出現(xiàn)梁工具對話框。缺省時ANSYS將截面號設置為1，將子類型設置為RECT（在子類型處圖示一個矩形）。因為要生成一個矩形橫截面，在子類型處不作修改。7 在梁工具對話框的底部，可以看到橫截面形狀和尺寸的圖示。在B標志的部分輸入0.2作為橫截面的寬度；在H標志的部

13、分輸入5.0作為橫截面的高度。單擊OK確定設置。8 列出當前截面特性。選擇菜單Main Menu>Preprocessor>Sections>List Sections。ANSYS缺省選擇特性號1。單擊OK顯示橫截面信息。在瀏覽過以后，在SLIST窗口單擊Close。 第四步：定義材料特性并定位結點1 選擇菜單Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic。2 單擊OK確認材料號為1。將出現(xiàn)各向同性材料特性對話框。3 在楊氏模量框輸入1E4。4 在泊松比(minor)處輸入0.0，并單擊OK

14、。5 選擇菜單Utility Menu>Select>Entities來選擇線。選擇下列選項：Lines，By Num/Pick，F(xiàn)rom Full并單擊OK。6 出現(xiàn)選擇線對話框。在圖形窗口單擊線實體。在對話框中單擊OK。7 作為線的屬性定義結點定位。選擇菜單Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>All Lines。單擊Pick Orientation Keypoint radio按鈕旁邊的radio按鈕將其改變?yōu)閅es并單擊OK。ANSYS將材料特性號指向1，將單元類型號指向1并將截面特性號指向1。8 出現(xiàn)線屬性對

15、話框。在圖形窗口選擇關鍵點3并在對話框中單擊OK。9 存儲模型。選擇菜單Utility Menu>File>Save As。選擇OK，當ANSYS詢問是否覆蓋時，單擊OK。 第五步：對線劃分網(wǎng)格并確認梁的定位1 定義網(wǎng)格大小和分段數(shù)。選擇菜單Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-All Lines。在No. Of Element Divisions框中輸入10并單擊OK。2 對線劃分網(wǎng)格。選擇菜單Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Lines。確

16、認在“Mesh Lines”對話框中Pick和Single選定，然后在圖形窗口選擇線。在對話框中單擊OK對線劃分網(wǎng)格。3 旋轉劃分好網(wǎng)格的線。選擇菜單Utility Menu>PlotCtrls>Pan,Zoom,Rotate。彈出Pan,Zoom,Rotate對話框。選擇ISO并單擊Close。圖形窗口中梁將旋轉。4 確認梁的定位。選擇菜單Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size&Shape。選擇/ESHAPE旁邊的radio按鈕并單擊OK。5 顯示橫截面形狀。選擇菜單Main Menu>Preprocessor>S

17、ections>Plot Section并單擊OK。6 重新顯示網(wǎng)格。選擇菜單Utility Menu>Plot>Elements。 第六步：定義邊界條件1 定義固定端的邊界條件。選擇菜單Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>On Keypoints。將彈出Apply U,ROT on KPs對話框。2 定義關鍵點1為固定端。在ANSYS輸入窗口，輸入1并回車，然后單擊OK。3 在對話框中選擇“All DOF”，然后單擊OK。在ANSYS圖形窗口將顯示邊界條件。4 在自由端施加

18、集中力。選擇菜單Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/Moment>On Keypoints。將出現(xiàn)Apply F/M on KPs對話框。5 定義關鍵點2為自由端。在ANSYS輸入窗口，輸入2并回車，然后單擊OK。6 在Direction of force/mom框中選擇FY。7 在數(shù)值處輸入1并單擊OK。在ANSYS圖形窗口將出現(xiàn)集中力標志。8 存儲模型。選擇菜單Utility Menu>File>Save As。選擇OK，當ANSYS詢問是否覆蓋時，單擊Yes。9 選擇菜單Main Menu

19、>Finish。 第七步：作特征值屈曲分析1 進入時序后處理器。選擇菜單TimeHist Postpro>Define Variables。TIME變量是缺省的。選擇Close。2 設置分析選項。選擇菜單Main Menu>Solution>Analysis Options。將彈出Static或Steady-State Analysis對話框。3 生成應力-剛度矩陣，存儲起來在后續(xù)的特征值屈曲分析中使用。在Stress stiffness or prestress框中，選擇“Prestress ON”。4 定義分析求解方法為sparse solver。在Equation

20、 solver框中選擇Sparse solver。單擊OK。5 選擇菜單Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。瀏覽/STAT命令窗口中的內容，然后單擊OK開始求解。6 當“Solution is Done!”窗口出現(xiàn)時，單擊Close關閉窗口。7 選擇菜單Main Menu>Finish。8 選擇菜單Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis。9 選擇“Eigen Buckling”選項，然后單擊OK。10 選擇菜單Main Menu>Solution>Analysi

21、s Options。將彈出特征值屈曲選項對話框。選擇Block Lanczos方法。在模態(tài)數(shù)目框中輸入4，然后單擊OK。11 在MXPAND命令設置Element Calculation Key。選擇菜單Main Menu>Solution>-Load Step Opts-ExpansionPass>Expand Modes。12 在擴展模態(tài)對話框中，輸入4作為模態(tài)數(shù)，將Calculate elem results框由No改為Yes，然后單擊OK。13 選擇菜單Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。瀏覽/STAT命令窗口中的內容

22、，然后單擊OK開始求解。14 當“Solution is Done!”窗口出現(xiàn)時，單擊Close關閉窗口。15 選擇菜單Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size&Shape。確認在/ESHAPE旁邊的radio按鈕為ON，然后選擇OK。16 在ANSYS輸入窗口中輸入/VIEW,1,1,1,1然后按回車。17 在ANSYS輸入窗口中輸入/ANG,1然后按回車。18 顯示求解結果。選擇菜單Main Menu>General Postproc>List Results>Results Summary。當查看結果完畢后，單擊Clo

23、se關閉窗口。19 選擇菜單Main Menu>General Postproc>List Results>-Read Results->First Set。20 繪出梁的第一個模態(tài)。選擇菜單Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape。將彈出Plot Deformed Shape對話框。選擇Def+undef edge并單擊OK。21 選擇菜單Main Menu>Finish。 第八步：作非線性屈曲分析求解1 引入前面分析中得到的模型缺陷計算結果。選擇菜單Main Menu>

24、Preprocessor>-Modeling-Update Geom。在Update Geometry對話框中，輸入0.002作為Scaling Factor，在load step框中輸入1，在Substep框中輸入1，在Selection框中輸入file.rst。單擊OK。2 選擇菜單Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis。3 選擇“Static”選項，單擊OK。4 選擇菜單Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File，并

25、確認選擇了All Items和All entities選項，然后單擊OK。5 選擇菜單Main Menu>Solution>Analysis Options。設置Large deform effects旁邊的radio按鈕為ON，然后單擊OK。6 設定arc-length方法。選擇菜單Main Menu>Solution>Load Step Opts>Nonlinear>Arc-Length Opts。設定Arc-length方法為ON，然后單擊OK。7 定義本載荷步中的子步數(shù)。選擇菜單Main Menu>Solution>-Load Step

26、Opts-Time/Frequenc>Time and Substeps。輸入10000作為子步數(shù)并單擊OK。8 設置求解中斷參數(shù)。選擇菜單Main Menu>Solution>Nonlinear>Arc-Length Opts。選擇the Lab菜單旁邊的下拉式菜單的位移限制選項。在最大位移框中輸入1.0。在VAL框中輸入結點號為2。選擇Degree of Freedom旁邊的下拉菜單為UZ。單擊OK。9 求解當前模型。選擇菜單Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。瀏覽/STAT命令窗口中的內容，然后單擊OK開始求解。同

27、時將彈出一個非線性求解窗口。收斂圖也將顯示，并在幾分鐘內完成。10 當“Solution is Done!”窗口出現(xiàn)時，單擊Close關閉窗口。11 選擇菜單Main Menu>Finish。12 重畫梁網(wǎng)格。選擇菜單Utility Menu>Plot>Elements。13 定義要從結果文件中讀出的載荷點位移。選擇菜單Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables。當出現(xiàn)對話框時，單擊OK。14 當彈出Add Time-History Variable窗口時，確認Nodal DOF result選項選中，然后單擊OK。15

28、 出現(xiàn)Define Nodal Data 選擇對話框。在圖形窗口，選擇結點2（梁的右端結點）并單擊OK。16 出現(xiàn)Define Nodal Data窗口。確認參數(shù)Ref號和結點號都設置為2。在User-specified框中輸入TIPLATDI。選擇UZ平移并單擊OK。17 定義從結果文件中讀出的總支反力。在Define Time-History Variables窗口選擇Add。18 當Add Time-History Variable 窗口出現(xiàn)時，選擇Reaction forces radio按鈕并選擇OK。19 出現(xiàn)Define Nodal Data選擇對話框。在ANSYS輸入窗口中輸入

29、1（梁的左端結點）并選擇OK。單擊Close關閉對話框。20 出現(xiàn)Define Reaction Force Variable 窗口。確認參數(shù)Ref號設置為3，結點號設置為1。選擇Struct Force FY選項并單擊OK。21 選擇菜單Main Menu>TimeHist Postpro>Math Operators>Multiply。在Multiply Time-History Variables窗口，在結果框中輸入4作為參考號，輸入-1.0在1st Factor 框，在1st Variable框中輸入3，單擊OK。22 顯示X變量。選擇菜單Main Menu>TimeHist Postpro>Settings>Graph。在Single variable no.框輸入2并單擊OK。23 繪出載荷和位移關系曲線以確定特征值法計算出的臨界載荷。選擇菜單Main Menu>TimeHist Postpro>Graph Varia