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1、ansys非线性分析实例设定分析参数，在ANSYS顶部菜单Parameters-Scalar Parameters,在弹出的Scalar Parameters 窗口中输入，FORCE=100, OFFSET=0.1。(2) 建立模型，在本算例中，我们将接触两种新的单元，三维梁单元Beam 4和三维索单元Link 10。Beam 4单元在参数定义等方面比前面介绍的Beam 188单元简单，对于常见的矩 形弹性截面，也是一个很实用的单元。Link 10单位为ANSYS提供的空间索单元，用户 可以控制该单元只能受压或者只能受拉，默认该单元只能受拉。一(3) 在 ANSYS 主菜单 Preproces
2、sor-Element type-Add/Edit/Delete 中选择 Beam 4 单元和 Link 10单元(4) Beam 4单元和Link 10单元都可以通过实参数来设置截面属性。首先设置Beam 4单元 的截面。我们要建立的截面是一个0.1mx0.12m的矩形截面。Beam 4单元如果没有指定截 面主轴方向，则截面局部坐标系的Y轴方向将和整体坐标系的X-Y平面平行。在ANSYS 主菜单 Preprocessor-Real Constants-Add/Edit/Delete，选择 Add，指定实参数的关联单元 类型为 Beam 4 单元，输入截面参数为 AREA: 0.1*0.12,
3、 IZZ: 0.12*0.1*3/12, IYY: 0.1*0.12*3/12, TKZ: 0.12, TKY: 0.1,如下图所示(5) 继续添加第二个实参数类型，指定第二个实参数与Link 10单元相关。取Link 10单元 的截面积为4x10-6m2，初始应变为2x10-3，这里正的表示初始应变为拉应变。(6) 下面设定材料属性，在本例子中为了简单起见，所有材料都设定为钢材。在ANSYS 主菜单 Preprocessor-Material Props-Material Models 中添加材料属性。在 Material 窗口选 择 Structural-Linear-Elastic-Is
4、otropic，输入弹性模量 2x109 和泊松比 0.27，还可以输入 材料的密度，在Material窗口选择Structural-Density，输入密度为7800。接下来建立几何模型，在本例子中我们还是严格按照ANSYS建模过程要求的点、 线、面、体拓扑关系来建立几何模型。(8)首先建立关键点，在 ANSYS 主菜单 Preprocessor-Modeling-Create-Keypoints-In Active CS中建立以下关键点下面将关键点用线连接起来，在ANSYS主菜单Preprocessor-Modeling-Create- Lines-Lines-Straight Line中
5、按次序将以下关键点连接起来得到张弦柱模型如图(10) 下面对几何体划分网格。在 ANSYS 主菜单 Preprocessor-Meshing-Mesh Attributes-Picked Lines，选择16号直线，设定其单元类型、材料类型和实参数都是1。选择7 14号直线，设定材料类型为1，单元类型和实参数都是2。(11) 下面要控制网格划分的尺寸。对于本次分析而言，中间的柱子是研究的重点，所以我 们希望把网格划分得密一些，在ANSYS主菜单Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-Lines-Picked Lines,选择16号直线，设定网格划分的单元最大长度(El
6、ement Edge Length)为0.3。对于周边的预应力索，由于Link 10是一个比较复杂的非线性单元，求解 时候容易出现比较困难的收敛问题，因此我们对预应力索只划分成一个单元。选择714 号直线，设定网格划分段数为1。(12) 在ANSYS主菜单Preprocessor-Meshing-Mesh-Lines，选择所有的直线，划分网格(13) 在 ANSYS 顶部菜单 PlotCtrls-Style-Size and shape，设定 Display of element 为 On。 得到单元形状如图：(14) 下面对模型添加边界条件和荷载。首先进入ANSYS主菜单Solution-D
7、efine Loads- Apply-Structural-Displacement-On Keypoints，选中关键点 3，约束三个水平运动自由 度UX, UY, UZ和转动自由度ROTZ，选中关键点2，约束两个平动自由度UX和UY。(15) 进入 ANSYS 主菜单 Solution-Define Loads- Apply- Structural- Force/Moment- One Keypoints，选中关键点2，荷载方向为FZ，大小为-FORCE(16) 先要进行一次静力分析，进入ANSYS主菜单Solution-Analysis Type-NewAnalysis，设定分析类型为
8、Static，进入 Solution-Analysis Type-Soln Controls，设置分析 为小变形分析并考虑预应力，关闭自动时间步长控制并设定分析子步数(Substeps)为1(17) 进行一次求解操作，进入 ANSYS 主菜单 Solution-Solve-Current LS。(18) 下面求解该模型的特征值屈曲。进入ANSYS主菜单Solution-Analysis Type-New Analysis，设定分析类型为 Eigen Buckling，进入 ANSYS 主菜单 Solution-Analysis Type- Analysis Options，设定求解一阶稳定荷载
9、。(19) 再次求解操作，进入 ANSYS 主菜单 Solution-Solve-Current LS。(20) 这时进入后处理操作，进入 ANSYS 主菜单 General Postproc-Read results-Last Set， 读入最后一步结果，选择 ANSYS 主菜单 General Postproc-Plot Results-Deformed Shape，就可以得到结构的失稳形式以及相应的失稳荷载放大倍率，即118.602,如图所 示。(21) 进入 ANSYS 顶部的 Parameters-Get scalar data，在 Get Scalar Data 中选择 Resul
10、ts data，在结果中选择Model results (模态结果)，如图所示。点击OK进入下一个窗口 Get Model Results，选择将模态结果存入名称为Freq1的变量。模态为第一阶模态。(22) 这时从ANSYS顶部窗口 Parameters-Scalar Parameters中就可以看到提取出来的一阶 频率为118.6021，如图所示(23) 以上过程为分析特征值失稳的一般过程。但是，ANSYS在分析特征值失稳的过程中 有一个缺陷。众所周知，所谓特征值失稳计算就是用结构的材料刚度矩阵减去荷载作用下 结构的几何刚度乘以一个系数，当总刚度矩阵奇异时的就是失稳特征值。ANSYS在处理
11、 荷载引起的刚度矩阵时不能区分我们需要分析的外力荷载(在本算例中是顶部集中力)和 不需要的结构内力(例如本算例中预应力)对几何刚度矩阵的贡献。因此，得到的特征值 屈服荷载118602N (等于顶部荷载的初始值100X特征值失稳的一阶频率118.602)是不正 确的。因此，必须通过以下的迭代计算来解决该问题。(24) 迭代计算的基本思想是根据第一次算出来荷载的放大倍数，调整加在结构上的外荷 载，再求解新荷载下的特征值失稳放大倍数。重复上述操作直至特征值失稳的放大倍数基 本等于1。这时加在结构上的外荷载就是真正的特征值失稳荷载。而且不会和内力结果发 生矛盾。迭代计算的命令流如下：!设定最多迭代10
12、0次*DO,I,1,100FINISH/SOLU!给结构施加新的荷载FK,2,F乙-FORCE!进行静力分析ANTYPE,0!设定时间步TIME,1AUTOTS,0NSUBST,1, , ,1SSTIF,ONSOLVEFINISH!进行特征值失稳分析/SOLUANTYPE,BUCKLE ! Buckling analysisBUCOPT,LANB,1 ! Use Block Lanczos solution method, extract 1 modeMXPAND,1 ! Expand 1 mode shapePSTRES,ON ! INCLUDE PRESTRESS EFFECTSSOLVE
13、FINISH!得到当前的特征值失稳一阶频率(放大倍率)*GET,FREQ1,MODE,1,FREQ*IF,ABS(FREQ1-1),LT,0.01,THEN !如果频率误差小于1%，则退出循环*EXIT*ENDIFFORCE=FORCE*FREQ1 !否则，将荷载乘以新的放大倍率再次计算*ENDDO(25) 重复上述过程后，得到结构实际的特征值失稳荷载为198174N，可见如果不排除预应 力等内力对几何刚度矩阵的影响，计算出来的特征值失稳荷载(118602N)要偏小很多。(26) 最后我们来进行非线性屈曲分析。特征值失稳计算得到的失稳荷载事实上是对于理想 构件理想材料的上限解。实际结构由于种种
14、初始缺陷或者材料非线性的影响，其失稳荷载 往往要比特征值失稳荷载要小。因此有必要进行非线性失稳分析。而在非线性失稳分析 中，需要引入初始缺陷。初始缺陷的选择方式很多，比较常用的是将结构的特征值失稳形 状作为最不利的初始缺陷加在结构上。ANSYS中提供了 UPGEOM命令，可以很方便的 实现如上过程，下面详细介绍如下(27) 首先我们要得到特征值失稳模态中结构的最大变形是多少，首先在ANSYS主菜单 General Postpro-List Results-Sorted Listing-Sort Nodes，选择对总位移(USUM )的结果， 对所有节点的最大位移进行排序。(28) 接着，在 A
15、NSYS 顶部菜单中选择 Parameters-Get Scalar Data， 在 Get Scalar Data 中 选择 Results data-Other operations(29) 在Get Data from Other POST1 Operations窗口中选择从刚才的排序结果中获取数据。 需要的数据为刚才排序的最大值，将该结果放到DMAX变量里面。(30) 这时从Scalar Parameter窗口中就可以看到DMAX=1(31) 下面用UPGEOM命令来调整结构形状，施加初始缺陷。在ANSYS主菜单中选择 Preprocessor-Modeling-Update Geom。UPGEOM将从结果文件中读取结构变形并调整结 构几何形状。我们设定放大倍数为OFFSET/DMAX，即我们需要的最大初始缺陷为 OFFSET=0.1，而结果文件中的最大变形为DMAX，所以放大倍率为OFFSET/DMAX。最 后指定特征值失稳分析的结果文件名称为Case03.rst。(32) 更新完结构的几何形状以后，就可以进行非线性求解了。我们已知结构出现特征值失 稳的荷载为198174N，我们设定结构受到的最大荷载为三倍的特征值失稳荷载，即在 ANSYS窗口顶部的输入栏输入FORCE=FORCE*3.。将该荷载加载结构上，同时设置分析 类型为静力分析。(33
