《ANSYS软件分析钢结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ANSYS软件分析钢结构（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、ANSYS软件分析轴压和压弯杆件稳定性问题 结构的弹性稳定分析 结构在荷载作用下由于材料的弹性性能而发生变形 若变形后结构上的荷载保持平衡 这种状态称为弹性平衡 如果结构在平衡状态时 受到扰动而偏离平衡位置 当扰动消除后仍能恢复到原来平衡状态的 这种平衡状态称为稳定平衡状态 根据失稳的性质 结构的稳定问题可以分为平衡分岔失稳 极值点失稳和跃越失稳三种情况 结构的弹性稳定分析属于平衡分岔失稳 在ANSYS中对应的分析类型是特征值屈曲分析 BucklingAnalysis 关于特征值屈曲分析 1 该分析对结构临界失稳力的预测往往要高于结构实际的临界失稳力 因此在实际的工程结构分析时一般不用特征值屈
2、曲分析 2 特征值屈曲分析能够预测临界失稳力的大致所在 因此在做非线性屈曲分析时所加力的大小便有了依据 3 特征值屈曲分析所预测的结果我们只取最小的第一阶 4 特载值分析得到的是第一类稳定问题的解 只能得到屈曲荷载和相应的失稳模态 它的优点就是分析简单 计算速度快 基本步骤 1 创建模型 2 获得静力解 3 获得特征值屈曲解 4 查看结果 注意事项 1 在建模时 仅考虑线性行为 定义材料的弹性模量或某种形式的刚度 另外 单元网格对屈曲荷载系数影响很大 2 在获得静力解时 必须激活预应力效应 由屈曲分析得到的特征值是屈曲荷载系数 在此直接施加单位荷载 得到的屈曲荷载系数即屈曲荷载 3 若想用命令
3、流获取第N阶模态的特征值 屈曲荷载系数 直接采用以下命令流 GET FREQN MODE N FREQ其中FREQN为用户定义的变量 存放第N阶模态的屈曲荷载系数 结构非线性分析 结构的非线性问题可以分为几何非线性 材料非线性 状态非线性三种情况 在此题中我们主要考虑几何非线性 其基本步骤如下 1 创建模型 2 设置求解控制参数 包括设置分析类型和分析选项 设置时间和时间步 设置输出控制 设置求解器选项 设置重启动控制等 3 加载求解 注意变形前后荷载的方向 4 查看结果 关于几何非线性 因几何变形引起结构刚度改变的问题属于几何非线性问题 通常分为大应变 大位移和应力刚化三类导致结构刚度变化的
4、原因如下 1 单元形状改变 如面积 厚度等 导致单刚变化 2 单元形状改变 如大转动 导致单刚向总体系坐标系下转换时发生变化 3 单元较大的应变使得单元在某个面内具有较大的应力状态 从而显著的影响面外的刚度 在分析时 应该注意单元选择 单元形状 网格密度 荷载和边界条件等问题 受压柱屈曲分析 采用两端简支的受压柱 设截面尺寸B H 0 03m 0 05m 柱长L 3m 弹性模量E 210GPa 根据欧拉临界公式 其临界荷载为采用BEAM189单元时 需要约束绕单元轴的转动自由度 否则虽可进行静力分析 但是会出现异常屈曲模态 模态分析时会出现零值 BEAM189是3D二次有限应变梁 BEAM18
5、8 189是不支持跨间集中荷载和跨间部分分布荷载 仅支持在整个单元长度上分布的荷载 采用solid95和shell63模拟此模型时 仅在下端截面中心约束Y方向的平动自由度 而不能约束整个截面 否则与简支约束条件不符 在solid95单元上 施加的为面荷载 在shell63上施加的为线荷载 弹性稳定分析的命令流 Finish clear prep7b 0 03 h 0 05 l 3e 2 1e11 et 1 beam189mp ex 1 e mp prxy 1 0 3sectype 1 beam rect secdata b hk 1 k 2 l k 10 0 l 2 l 2 l 1 2dk 1
6、 ux uy uz roty dk 2 ux uz rotylatt 1 1 10 1 lesize all 20 lmesh all finish solu fk 2 fy 1 pstres onsolve finish soluantype buckle bucopt lanb 5mxpand 5 outres all all solvefinish post1set list 非线性分析的命令流 Finish clear prep7b 0 03 h 0 05 l 3 e 2 1e11 et 1 beam189mp ex 1 e mp prxy 1 0 3sectype 1 beam re
7、ct secdata b hk 1 k 2 l k 10 0 l 2 l 2 l 1 2latt 1 1 10 1 lesize all 20 lmesh allfinish solu dk 1 ux uy uz roty dk 2 ux uz rotyfk 2 fy 27000 f 10 fx 50 pstres onsolve finish solu antype static nlgeom onoutres all all nsubst 50 autots on lnsrch onsolve finish post26 gropt divy 10 color axes 8 color c
8、urve 2 axlab x deflection axlab y forcerforce 3 1 f y nsol 4 10 u x xvar 4 plvar 3 axlab x force axlab y displacement3rforce 5 1 f y nsol 6 2 u y xvar 5 plvar 6 构件中点处的荷载 挠度曲线 当荷载达到欧拉临界荷载时 挠度突然增加 构件顶点的荷载 位移曲线 当荷载达到临界荷载时 该点位移突然增加 向下移动 把 27000改为 56000 得到屈曲前后的图像 注意 改后的值不能过大 Finish clear prep7b 0 03 h 0
9、05 l 3 e 2 1e11 et 1 beam189mp ex 1 e mp prxy 1 0 3sectype 1 beam rect secdata b hk 1 k 2 l k 10 0 l 2 l 2 l 1 2latt 1 1 10 1 lesize all 20 lmesh allfinish solu dk 1 ux uy uz roty dk 2 ux uz rotyfk 2 fy 56000 f 10 fx 50 pstres onsolve finish solu antype static nlgeom onoutres all all nsubst 50 autot
10、s on lnsrch onsolve finish post26 gropt divy 10 color axes 8 color curve 2 axlab x deflection axlab y forcerforce 3 1 f y nsol 4 10 u x xvar 4 plvar 3 axlab x force axlab y displacementrforce 5 1 f y nsol 6 2 u y xvar 5 plvar 6 构件中点屈曲前后的荷载 挠度曲线 构件顶点屈曲前后的位移 荷载曲线 Solid95弹性稳定分析的命令流 Finish clear prep7b
11、0 03 h 0 05 l 3 e 2 1e11 et 1 solid95mp ex 1 e mp prxy 1 0 3blc4 b l h wpoff b 2 h 2 vsbw all wprota 90vsbw all wpcsys 1 esize 3 20 vmesh alldk kp b 2 0 h 2 uy asel s loc y 0asel a loc y l da all ux da all uzasel s loc y l sfa all 1 pres 1 b hallsel all solu pstres onsolve finish soluantype buckle b
12、ucopt lanb 5mxpand 5 outres all allsolve finish post1 set listset 1 1 pldisp 1 plvect u plnsol u x 1 shell65弹性稳定分析的命令流 Finish clear prep7b 0 03 h 0 05 l 3e 2 1e11 et 1 shell63mp ex 1 e mp prxy 1 0 3r 1 b wprota 90blc4 h l wpcsys 1 wpoff h 2asbw all esize 3 20amesh all lsel s loc y 0 lsel a loc y ldl
13、 all ux dl all uz dk kp 0 0 h 2 uylsel s loc y l sfl all pres 1 hallsel all solupstres on solve finish soluantype buckle bucopt lanb 5mxpand 5 outres all allsolve finish post1set list 两端铰接横向荷载下压弯构件分析 建立模型为计算分析方便 在此选用之前所建模型的数据 即b 0 03m h 0 05m l 3m 所以 该构件的欧拉临界力为25 9077KN 由教材P78 P80可知 在x l 2时 有最大挠度 以代
14、入得 跨中最大弯矩其中放大系数 在此取P 10000KN Q 500KN 计算得 1 5167 375KN 所以 在构件中点处 有最大弯矩 1 5167 375 568 77KN 接着 利用ansys软件建立此模型 并进行非线性分析 得出构件的最大弯矩 以此和计算所得数据相比较 验证软件分析的正确性 由于采用BEAM189模拟比较复杂 在此采用BEAM3模型 该单元为2D梁单元 分析比较简单 也能够较好的模拟此状态 命令流 Finish clear prep7 csys 0b 0 03 h 0 05 l 3e 2 1e11 a0 b h i1 b h 3 12 i2 h b 3 12mp pr
15、xy 0 3 mp ex 1 e et 1 beam3r 1 a0 i2 h k 1 k 2 l k 3 l 2l 1 3 l 2 3 dk 1 ux uy dk 2 uxlatt 1 1 1 lesize all 20 lmesh allfinish solufk 2 fy 10000 fk 3 fx 500antype 0 nlgeom on subst 50autots on lnsrch on solve finish post1 etable mi smisc 6etable mj smisc 12 plls mi mj 通过下图可知 构件最大弯矩位于中点处 其值为566 385N
16、m 通过公式计算为568 77N m 二者相差不大 相应的结构变形图 位移矢量图 横向均布荷载下的压弯构件 命令流 Finish clear prep7 csys 0b 0 03 h 0 05 l 3e 2 1e11 a0 b h i1 b h 3 12 i2 h b 3 12mp prxy 0 3 mp ex 1 e et 1 beam3r 1 a0 i2 h k 1 k 2 l l 1 2dk 1 ux uy dk 2 ux latt 1 1 1lesize all 20 lmesh allfinish solufk 2 fy 10000 sfbeam all 1 pres 500antype 0 nlgeom onsubst 50 autots on lnsrch onsolve finish post1etable mi smisc 6etable mj smisc 12plls mi mj 通过ansys软件分析可知 在构件中点处获得弯矩最大 其值为922 837N m 和公式计算所得相差不大 相应的结构变形图 位移矢量图 集中力作用下的压弯构件 构件尺寸保持不变Q 300N
