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1、第7章 屈曲响应分析实例精讲二力杆失稳分析,本章内容简介本实例在介绍屈曲分析知识的基础上，以汽车底盘常用的转向拉杆二力杆作为分析对象，基于小变形线弹变理论，利用UG NX高级仿真提供的【SOL 105 Linear Buckling】解算方案，计算其模型的特征值和失稳形状，从而推算出结构屈曲响应的临界作用载荷。分析计算的屈曲特征值与理论计算结果进行比较，为学习和掌握NX中屈曲分析提供了可借鉴的方法和手段。,本章节主要内容:,基础知识 问题描述 问题分析 操作步骤 本节小结,7.1 基础知识,主要内容分为2大部分： 屈曲响应分析概述 线性屈曲响应分析理论基础,7.2 问题描述,本实例以汽车用二力
2、杆作为分析对象，如图所示，它一端安装在销轴上，可以绕销轴转动，一端受压力1000N，二力杆使用的材料为Steel，屈服强度为130 MPa，抗拉强度极限为262 MPa，分析屈曲稳定性并计算该二力杆结构的第1阶屈曲特征值及第1阶屈曲载荷,二力杆几何模型示意图,7.3 问题分析,（1）二力杆结构是由两端的圆环和中间的细长杆焊接而成，通过几何建模它们直接构建成一个整体，不存在装配关系，需要在圆环中心处建立刚性连接，以便施加约束和载荷。 （2）施加约束时使用局部圆柱坐标系，释放沿轴向转动的自由度，约束其余自由度。 （3）建立刚性连接时，先在圆心处插入网格点，然后将网格点以蛛网连接到圆环的半圆曲面，建
3、立RBE2杆单元，将约束与载荷施加到建立的网格点上。,7.4 操作步骤,建立二力杆的FEM模型 建立二力杆仿真模型 线性屈曲响应仿真模型的求解 屈曲计算结果的查看 线性屈曲仿真分析与理论计算比较,（1）建立二力杆的FEM模型,1）建立二力杆的FEM模型 在三维建模环境中调出模型，依次左键单击【开始】和【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口的分级树中单击【Bar.prt】节点，新建FEM并进行相关操作，即可进入了创建有限元模型的环境。,默认参数,单击确定,2）定义材料属性,单击工具栏中的【指派材料】图标，弹出【指派材料】对话框；,设置相关参数,单击确定,3)创建物理属性,单击工具栏中的【物理属性
4、】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框,单击【创建】,选择材料,单击【确定】,4)网格属性定义,单击工具栏中的【网格收集器（俗称为：网格属性定义）】图标，弹出【网格捕集器】对话框,单击【确定】,5)模型中几何体简化处理,首先用【合并面】功能将二力杆几何模型共有多边形的几何面沿共有边进行合并，有利于后面的【拆分面】及网格划分。单击窗口上【模型清理下拉菜单】，弹出如图所示的下拉菜单，选择【合并面】，弹出【面合并】对话框。,面合并对话框,下拉菜单,选取对象,选取对象,合并后的示意图,6)有限元模型几何体处理-拆分面,在下拉菜单中选择【拆分面】命令，如图所示，【类型】中选择【通过点来分割面】，【在边上
5、选择起始位置】中选择内圆边的1/4象限点（俗称：四分点），【在边上选择结束位置】选择对面端面内圆边对应的1/4象限点，如图所示；,设置相关参数,选取相应的四分点,选取相应的四分点,分割好的面,7）插入刚性连接点,在主菜单中点击【插入】，在下拉菜单中选择【模型准备】命令，选择【点】命令；,点1,设置相关参数,设置相关参数,点2,点1,点2,8）创建仿真模型,单击工具栏中的【3D四面体网格】图标，弹出【3D四面体网格】对话框；,设置相关参数,划分网格示意图,在工具栏中点击【1D连接】图标，出现如图所示的对话框。,9）建立1D刚性连接,单击应用,设置相关参数,设置好的1D刚性连接,设置好刚性连接的连
6、杆,（2）建立二力杆仿真模型,1）新建仿真文件及解算方案在【仿真导航器】窗口分级树中单击【Bar_fem1.fem】节点，右键单击弹出的【新建仿真】命令，弹出【新建仿真】对话框，进行其他操作；弹出【创建解算方案】对话框，进行设置。,导航器新增节点,设置相关参数,单击确定,2）施加约束条件,单击工具栏中【约束类型】中的【用户定义约束】命令，弹出【用户定义约束】对话框。,设置相关参数,单击确定,添加好固定约束示意图,设置坐标系,固定好的一端,按照相同的方法设置另一端的固定约束；,设置相关参数,单击确定,设置坐标系,3）施加载荷,单击工具栏中的【载荷类型】右侧的黑色倒三角图标，在下拉菜单中选择【力】
7、命令，弹出【力】对话框；,设置相关参数,添加好载荷的模型,单击【Solution 1】节点，右键单击弹出的【求解】命令，弹出【求解】对话框，单击【确定】按钮。 稍等窗口出现【模型检查信息】、【分析作用监视器】和【解算监视器】3个对话框，其中【解算监视器】包括【解算信息】、【稀疏矩阵求解器】和【特征值抽取】3个选项，等待出现【作业已完成】的提示信息后，关闭各个信息对话框。双击出现的【结果】节点，即可进入后处理分析环境。,（3）线性屈曲响应仿真模型的求解,单击确定,单击确定,2018/9/4,（4）屈曲计算结果的查看,1）在【后处理导航器】窗口，展开【Solution 1】节点，包括【subcas
8、e Bulking Loads】和【subcase Bulking Method】2个子节点，展开【载荷工况2】各个子节点，如图所示。可以查看子工况【subcase Bulking Loads】下的屈曲载荷作用下结构的位移及应力情况，查看子工况【subcase Bulking Method】下的屈曲失稳的特征值及相应的屈曲失稳形式。,后处理导航器节点,2018/9/4,2）云图查看,单击展开子工况【subcase Bulking Loads】下的相应子节点，查看【Z】向、【幅值】及【应力-单元的】下的【Von Mises】应力云图。,Z向位移结果,幅值位移结果,Von Mises应力结果,20
9、18/9/4,3）查看特征值云图,单击展开子工况【subcase Bulking Method】下的相应子节点，可以查看分析得到的特征值情况；,特征值为7.07情况下的Z向位移形式,特征值为7.07情况下的整体位移形式,2018/9/4,特征值为7.07情况下的Von Mises应力情况,特征值为9.715情况下的整体位移形式,2018/9/4,4）查看动画迭代图像,查看每一个模式的屈曲失稳形式及应力情况，可以单击工具栏中的【动画】命令，来查看结构的动态失稳情况；,设置相关参数,单击该命令,保存计算结果，单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理】显示模式，完成后处理分析结果的查看。 本实
10、例中其他计算结果和显示模式请参考随书光盘Book_CDPart Part_CAE_FinishCh07_Bar文件夹中相关文件，操作过程的演示请参考影像文件Book_CDAVICh07_Bar_AVI。,5）退出后处理导航器,6）线性屈曲仿真分析与理论计算比较,按照本例中所使用的约束形式，立杆失稳临界载荷的计算公式（参考材料力学第四版，刘鸿文著），分析结果与NX Nastran计算结果的对比如表所示，可见误差可以控制在3%以内，误差原因是没有考虑二力杆两端圆孔形状和大小对整体屈曲响应计算结果的影响，验证了分析结果的准确性。,7.5 本章小结,本实例以汽车底盘用二力杆模型为分析对象，基于小变形线弹变理论，利用UG NX高级仿真提供的【SOL 105 Linear Buckling】解算模块，计算其模型的屈曲特征值和失稳形态，从而推算出结构屈曲响应的临界作用载荷。介绍了对结构进行线性屈曲分析的步骤、流程及必要的几何处理方法；,
