Workbench屈曲分析详细教程
非线性屈曲分析
ansys workbench非线性屈曲分析(2013-08-26 21:26:29)转载▼标签：ansys很多旋转受压结构必须进行屈曲分析，常规结构屈曲分析软件有nastran、abaqus和ansys，nastran对线性大型模型分析效率较高；abaqus屈曲分析使用较少；ansys使用比较频繁，其快速建模，与CAD软件的良好借口及有限元模型前处理的便捷性（WB界面）很有吸引力，屈曲分析功能较为完善，可以进行线性、非线性和后屈曲分析。
ansys学习资料中介绍较多的是线性屈曲分析。
线性屈曲分析在工业实际中预测的值偏高，有的甚至超过实际实验测试值的几十倍，线性分析唯一优势是其分析速度较快。
但在实际中其预测值参考价值不大，仅给定结构屈曲失效的上限值。
非线性屈曲分析考虑其他因素，包括结构加工缺陷（几何），材料非线性等，因此较为接近实际情况，但计算耗时较长。
针对最艰难学习情况归纳总结非线性屈曲分析时技术要点及应注意事项。
对于规则旋转壳，承受外压载荷作用，进行非线性屈曲分析时，必须加上几何缺陷，关键步是添加APDL语句/prep7upgeom,0.1,1,1,file,rstcdwrite,db,file,cdb/solu该步引入屈曲模态情况下的几何缺陷，缺陷为屈曲模态变形相对值的0.1倍，该值可以根据实际加工水平等其他条件确定，上述语句保存在txt文档中，在workbench流程APDL模块调用。
分析详细流程为，static structure模块导入几何，施加载荷和边界条件，分析求解，将linear buckling拖入流程中，共享static structure模块数据，进行线性屈曲模块分析，Mechanial APDL模块调用屈曲分析结果，并调入（addinput）上面内含几何缺陷命令语句命令的txt文件，更新，将Mechanical结果导入Finite Element modeler模块，更新，此时在缺陷附近的单元节点位置发生改变。
Workbench有限元静力学分析.ppt
固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和 结构相应随时间的变化非常缓慢。
2.1 结构静力分析简介
静力分析所施加的载荷类型有
外部施加的作用力和压力 稳态的惯性力 强迫位移 温度载荷 能流
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.4 结构线性静力分析实例1
GUI分析步骤 b. 模型剖分
5)模型剖分：为了对应力集中区域进行较准确的捕捉，划分 有限元网格之前，通常需要对几何模型进行适当的剖分，以 利于网格的划分。选择Utility Menu>WorkPlane>Display Working Plane，然后选择Utility>WorkPlane>Offset WP by Increments，在Offset WP对话框的Degrees框中输入：0,-90,0 然后点击OK确定。
Basic>Analysis Options:选择Small Displacement Static Sol’n Option选项指定采用的求解器 实际上，求解控制对话框的绝大多数默认选项对于静力线性分
析是合适的，用户只需要作很少的设置。
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.2 施加载荷并求解
2.2 结构线性静力分析基本步骤
2.2.1 建模
选择的材料特性可以是线性或者是非线性，可以是各 向同性或者各向异性材料，并且可以随温度变化或者 与温度无关。
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>-ConstantIsotropic/Orthotropic
选项获得结果数据，如应力和应变等。
workbench Mechanical17.0特征值屈曲和子模型
17.0 Release第八章：特征值屈曲和子模型ANSYS Mechanical 简介第八章主题本章主题包括特征值屈曲和子模型：1.特征值屈曲概述2.几何模型和材料属性3.接触4.载荷和约束5.求解设置6.结果7.子模型概述8.Submodeling Analysis Procedure9.算例 08.1：特征值屈曲10.算例 08.2：子模型对于很多结构，需要评价其结构稳定性。
例如，对于薄柱、压缩部件和真空罐来说，稳定性是非常重要的。
失稳（屈曲）的结构，负载基本上没有变化（大于一个小负载扰动），结构的位移就会发生非常大的变化{ x} 。
F F稳定失稳特征值（线性屈曲）分析预测理想线弹性结构的理论屈曲强度。
此方法相当于教科书上的线弹性屈曲分析方法。
−特征值屈曲求解满足标准的欧拉方恒。
缺陷和非线性行为，使现实结构无法达到其理论弹性屈曲强度。
由于无法考虑这些影响因素，线性屈曲一般会得出不保守的结果。
尽管不保守，线性屈曲的优势是，对于非线性屈曲而言，其计算简单，耗时短。
对于线性屈曲分析，求解特征值问题，得到屈曲载荷因子 l i 和屈曲模态 y i ：[K] 和 [S] 为常量，即：•材料为线弹性 •小变形理论 •线性接触[][](){}0=+i i S K y l08.02 几何模型和材料属性在屈曲分析中可以使用所有 Mechanical 支持的几何模型：−实体−面体（需定义厚度）−线体（需定义截面）•对于线体，只能得到屈曲模态和位移结果。
−尽管模型中可以有点质量，但由于没有惯性载荷，所以对特征值屈曲分析没有效果；因此，可以限制使用该特征。
材料属性方面，必须定义弹性模量和泊松比。
08.03 接触在特征值屈曲分析中可以使用接触，但是，与模态分析类似，非线性接触将会退化为与之相应的线性接触。
Initially Touching Inside Pinball Region Outside Pinball Region BondedBondedBondedFree No Separation No Separation No Separation Free RoughBondedFree Free Frictionless No Separation Free Free FrictionalBondedFreeFreeContact Type Modal Analysis在静态结构分析之中，至少施加一个导致屈曲的结构载荷：−临界屈曲载荷为分析所施加的载荷乘以载荷因子（λ ）。
最新Workbench屈曲分析总结资料
Workbe nch屈曲分析1、基础概念结构在载荷作用下由于材料弹性性能发生变形，若变形后结构上的载荷保持平衡，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原来平衡状态，这种平衡状态称为稳定平衡状态，反之，如果受到扰动而偏离平衡位置，即使扰动消除，结构仍不能恢复原来的平衡状态，而结构在新的状态下平衡，则原来的平衡状态就成为不稳定平衡状态。
当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的增量，则结构平衡状态将发生很大的改变，这种现象叫做结构失稳或结构屈曲。
根据失稳的性质，结构稳定问题可分为以下三类：第一类失稳是理想化情况，即达到某个载荷时，除结构原来的平衡状态存在外，出现第二个平衡状态，故又叫做平衡分叉失稳，数学上就是求解特征值问题，又叫做特征值屈曲分析。
第二类失稳是结构失稳，变形将大大发展，而不会出现新的变形形式，即平衡状态不发生质变，也叫极顶失稳，结构失稳时，相应载荷叫做极限载荷，理想结构或完善结构不存在，总是存在这样那样的缺陷，大多数问题属于第二类失稳问题。
第三类失稳是当在和达到某值时，结构平衡状态发生一明显跳跃，突然过渡到非临近的另一具有较大位移的平衡状态，称为跳跃失稳，跳跃失稳没有平衡分叉点，也没有极值点，如坦拱、扁壳、二力杆的失稳都属于此类。
结构弹性稳定分析属于第一类失稳对应workbench的线性特征值分析(Eigenvalue Buckling)，考虑缺陷，非线性影响的第二类结构属于workbe nch的非线性特征值分析( Eige nvalue Buckling)，第三类的失稳对应workbench的Static Structural，无论前屈曲平衡状态或后屈曲平衡状态均可一次计算求出，即全过程分析。
1.1屈曲分析基础理论在平衡状态，考虑到轴向力或中面内力对弯曲变形的影响，根据势能驻值原理得到结构平衡方程为kJ K G〕U—p：式中K E 1为结构弹性刚度矩阵，K G I为结构几何刚度矩阵，也称为初应力刚度矩阵，<U '为节点位移向量；"P*为节点载荷向量，上式也为几何非线性分析平衡方程。
workbench屈曲计算失稳结果
workbench屈曲计算失稳结果引言在工程设计和结构分析中，对于工作台（w o rk be nc h）的屈曲计算与失稳结果分析是非常重要的。
本文将介绍w or kb en ch屈曲计算的基本原理和方法，并深入探讨失稳结果的分析。
1.屈曲计算的基本原理和方法屈曲是指杆件或板件在受到压力作用时，由于其几何形状和受力状态的特殊性，产生的一种失稳现象。
wo rk be n ch的屈曲计算主要有以下几个基本原理和方法：1.1欧拉公式欧拉公式是屈曲计算的基本公式，它描述了杆件或板件的临界屈曲载荷与其几何形状和边界条件的关系。
1.2边界条件的选择边界条件的选择对于屈曲计算结果的准确性和可靠性至关重要。
不同的边界条件会对杆件或板件的屈曲载荷产生影响，并决定了其失稳形态。
1.3数值计算方法数值计算方法是实际进行wo rk be nc h屈曲计算的常用手段。
常见的数值计算方法包括有限元方法、薄壁理论等。
2.失稳结果分析屈曲计算中得到的失稳载荷只是一个基本的结果，真正重要的是对失稳结果进行分析和判断。
失稳结果分析主要从以下几个方面展开：2.1稳定性分析稳定性分析是判断wo r kb en ch在失稳后是否能保持稳定的过程。
稳定性分析需要考虑材料的应变硬化特性、几何形态的变化等因素。
2.2失效模式分析失效模式分析旨在确定w or kb en ch失稳后可能产生的各种失效模式。
通过失效模式分析，可以进一步评估w ork b en ch的可靠性和安全性。
2.3失稳形态分析失稳形态分析是对wo r kb en ch失稳后的变形形态进行研究和分析。
失稳形态分析可以帮助工程师了解w or kb en c h失稳的机制和影响因素。
结论本文介绍了w or kb en c h屈曲计算的基本原理和方法，以及失稳结果的分析。
在工程设计和结构分析中，对于wo r kb en ch的屈曲计算和失稳结果的分析至关重要。
工程师们可以根据本文提供的内容进行深入研究和应用，以确保工作台的稳定性和安全性。
ANSYS WORKBENCH 11.0线性屈曲分析
ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）第七章线性屈曲分析本章概述•在本章中将讲述DS中的线性屈曲分析的应用.–在DS中，进行线性屈曲分析类似于应力分析.–假设用户在此之前已经讨论过第四章线性静力结构分析的内容.•本章所讨论的性能通常适用于ANSYS DesignSpace Entra licenses及更高licenses.–许多本章当中所讨论的选项需要更高级别的licenses,但这些都没有直接的指出.–简谐和非线性静态结构分析在此没有讨论，但是在相关章节当中会有介绍.屈曲分析的背景•许多结构需要估计结构的稳定性。
细长柱、压缩部件、以及真空容器都是需要考虑稳定性的例子.•在不稳定(屈曲)开始时,结构在本质上没有变化的载荷作用下(超过一个很小的动荡)在x方向上的位移{∆x}会有一个很大的改变.F FStable Unstable…屈曲分析的背景•特征值或线性屈曲分析预测的是理想线弹性结构的理论屈曲强度(分歧点).•特征值方程决定了结构的分歧点.教科书上相应的方法近似于线弹性屈曲分析方法.–Euler柱的特征值屈曲方法与经典的Euler方法匹配.…屈曲分析的背景•然而，非理想和非线性行为阻止许多真实的结构达到它们理论上的弹性屈曲强度。
线性屈曲通常产生非保守的结果, 应当谨慎使用.–把屈曲当成苏打水罐:•材料响应是非弹性的。
需要考虑几何非线性的影响，接触也是需要的。
因此这些类型的非线性行为都不被考虑.•在苏打水罐上的小的瑕疵,例如一个小的缺陷,将会影响响应并且使模型不对称.然而，这些小的瑕疵在线性屈曲分析中不予考虑.…屈曲分析的背景•尽管屈曲分析是非保守的，但是也有许多优点:–它比非线性屈曲计算省时,并且应当作第一步计算来评估临界载荷(屈曲开始时的载荷).–线性屈曲分析可以用来作为决定产生什么样的屈曲模型形状的设计工具.•结构可能发生屈曲的方法可以作为设计中的向导…线性屈曲分析基础•对于线性屈曲分析，下面的特征值方法用来得到屈曲载荷乘子λi 和屈曲模态ψi :这个结论在分析中有一些相对的假设:–[K]和[S] 是常量:•假设为线弹性材料行为•应用小变形理论，并且不包括非线性特性•基于载荷{F}的响应是一个线性的关于λi 的函数–附加的约束条件:•不允许非零位移约束或热载荷•在DS 中涉及到应用线性屈曲分析,记住这些假设是很重要的.[][](){}0=+i i S K ψλB. 屈曲分析步骤•线性屈曲分析步骤与线性静力分析很相似,因此不是每个步骤都详细介绍.其中的黄色斜体的步骤是屈曲分析的特殊步骤.–生成几何体–分配材料属性–定义接触(假如需要的话)–定义网格控制(可选择的)–定义载荷和约束–定义屈曲结果–求解模型–查看结果…几何模型和材料属性•与线性静力分析类似，任何DS支持的类型的几何体都可以使用:–实体–壳体(定义适当厚度)–线(定义适当的截面形状)•对于线模型仅有屈曲模态和位移结果是可以得到的.•对于材料特性，最少需要定义杨氏模量和泊松比ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional xStructural xMechanical/Multiphysics x…接触对•屈曲分析中可以定义接触对.但是，由于这是一个纯粹的线性分析，因此接触行为不同于非线性接触类型:•以下各方面需要重点注意:–Pinball 范围将影响一些接触类型–所有非线性接触类型被简化为“绑定”或“不分离”接触.•没有分离的接触在屈曲分析中带有警告,因为它在切向没有刚度.这将产生许多过剩的屈曲模态.如果合适的话，考虑应用绑定接触来代替.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra DesignSpace x Professional x Initially Touching Inside Pinball Region Outside Pinball Region BondedBondedBonded Free No Separation No Separation No Separation Free RoughBondedFree Free FrictionlessNo SeparationFree FreeContact Type Linear Buckling Analysis…载荷和约束•至少要施加一个能够引起屈曲的结构载荷到模型上:–所有的结构载荷都要乘上载荷系数来决定屈曲载荷.因此不支持不成比例或常值的载荷(参考下一张幻灯片)–允许刚性约束(即无位移约束)–允许无热载荷–仅有压缩的约束是非线性，因此不推荐使用在屈曲分析中•结构可以是全约束–在模型中可以施加刚性位移.确定模型上的约束适当.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…载荷和约束•假如施加常值和成比例的载荷则需要给出特殊的指定.–用户可以重复屈曲分析,调整可变载荷直到载荷乘数为1.0或接近1.0.–讨论一个柱子在自重W O和表面集中力A作用下的例子.可以通过重复计算,调整A的值直到λ= 1.0.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…需求结果•许多屈曲分析的选项与静力分析选项相似.但是当在求解下拉菜单下的屈曲分析工具被选择时DS会分辨并执行屈曲分析:–屈曲工具在求解下拉菜单下增加了另一个菜单.–详细的屈曲菜单允许用户指定屈曲模态的阶数.缺省的时候只计算第一阶屈曲模态.增加模态阶数会增加计算时间.但是，通常只有少数屈曲模态是希望的.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x Although most users are only concerned with the first buckling mode, it is generally a good idea to request the first 2 or 3 buckling modes. There may be closely-space buckling modes, so this would tell the user if the model may be susceptible to more than one failure mode.…需求结果•需要求解的结果位于屈曲菜单下:–屈曲分析的模态受控于在屈曲菜单下有详细介绍的模态阶数–应力,应变或某方向的位移等附加结果可以在屈曲下拉菜单下指定•如果已指定，则每阶屈曲模态的应力,应变或位移结果都会得到•假如一个模型的应力和应变已经得到，那么另外的计算也是需要的.–在“Solution”下拉菜单下没有结果直接被指定.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional xStructural x…求解选项•求解下拉菜单提供了详细的将要执行分析的类型–对于屈曲分析，求解下拉菜单的详细选项通常都不需要改变.•在大多情况下，“Solver Type”通常在默认的“ProgramControlled”选项的左边.它仅仅控制在初始静力分析中的求解器而不是屈曲求解方法.•“Weak springs”也意味着初始的静力分析.•屈曲分析不支持“Large Deflection”.–“Analysis Type”在线性屈曲分析情况下可以显示“Buckling”.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…求解模型•设定好模型以后，可以像其它分析一样选择Slove按钮求解屈曲分析.–对于同一个模型，线性屈曲分析比静力分析要耗费很多时间.这是因为此时静力分析和屈曲分析同时进行.–求解下拉菜单的Worksheet工具条提供了详细的计算输出,包括使用内存的大小以及多少阶模态已经扩展了.–假如在求解完成后应力或应变或再多的屈曲模态需要考虑,那么需要一个新的求解.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…观察结果•求解结束可以观察屈曲的模态–每一阶屈曲模态的的乘子都有详细的描述.载荷乘子与真实载荷的乘积代表临界载荷.–屈曲模态代表相对体积而不是绝对尺寸.但是这些可以用来判定失效的模态的形状.ANSYS License AvailabilityDesignSpace Entra xDesignSpace xProfessional x…观察结果•屈曲载荷乘子(λ)的说明:–下面的塔模型被求解了两次. 首先施加一单位载荷.第二次施加了所希望的载荷(见下页)…观察结果屈曲载荷乘子(λ)的说明Load Unit ad BucklingLo _*λ=λLoadActual ad BucklingLo _=•第一个算例，屈曲载荷乘子(λ)就是屈曲载荷•第二个算例，屈曲载荷乘子(λ)可以解释为安全因子。
ANSYS命令流学习笔记10-利用APDL在WorkBench中进行非线性屈曲分析
!ANSYS命令流学习笔记非线性屈曲分析!学习重点：!1、强化非线性屈曲知识首先了解屈曲问题。
在理想化情况下，当F < Fcr时，结构处于稳定平衡状态，若引入一个小的侧向扰动力，然后卸载，结构将返回到它的初始位置。
当 F > Fcr时，结构处于不稳定平衡状态，任何扰动力将引起坍塌。
当 F = Fcr时,结构处于中性平衡状态，把这个力定义为临界载荷。
在实际结构中，几何缺陷的存在或力的扰动将决定载荷路径的方向。
在实际结构中，很难达到临界载荷，因为扰动和非线性行为，低于临界载荷时结构通常变得不稳要理解非线性屈曲分析，首先要了解特征值屈曲。
特征值屈曲分析预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度，缺陷和非线性行为阻止大多数实际结构达到理想的弹性屈曲强度，特征值屈曲一般产生非保守解，使用时应谨慎。
!理论解，根据Euler公式。
其中卩取决于固定方式。
!有限元方法，已知在特征值屈曲问题:det([K e] + A[K e( ©)]) = 0 求解入即可得到临界载荷{F cr} = ?{P)}而非线性屈曲问题：([K e] + [K e( C0)]){ a= {F}[K e( C0)]为有缺陷的结构刚度，{ $为位移矩阵，{F}为载荷矩阵。
非线性屈曲分析时考虑结构平衡受扰动(初始缺陷、载荷扰动)的非线性静力分析，该分析时一直加载到结构极限承载状态的全过程分析，分析中可以综合考虑材料塑性、几何非线性、接触、大变形。
非线性屈曲比特征值屈曲更精确，因此推荐用于设计或结构的评价。
!2、熟悉W沖非线性屈曲分析流程(1) 前处理，施加单元载荷，进行预应力静力分析。
(2) 基于预应力静力分析，指定分析类型为特征值屈曲分析，完成特征值屈曲分析。
10-利用APDL在WorkBench中进行F cr =n2EI("其中[K e]为结构初始刚度,(3) 在APDL模块将一阶特征屈曲模态位移乘以适当系数，将此变形后的形状当做非线性分析的初始模型。
ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第13章-特征值屈曲分析
第13章 特征值屈曲分析
屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，屈曲分析包括线性屈曲分析和非线性屈曲分析。
线性屈曲分析可以考虑固定的预载荷，也可使用惯性释放；非线性屈曲分析包括几何非线性失稳分析、弹塑性失稳分析、非线性后屈★ 了解线性屈曲分析。
13.1 屈曲分析概述
特征值屈曲分析（Eigenvolue Buckling）是以特征值为研究对象的，特征值或线性屈曲分析预测的是理想线性结构的理论屈曲强度（分歧点），特征值方程决定了结构的分歧点。
然而，非理想和非线性行为阻止了许多真实的结构达到它们理论上的弹性屈曲强度。
线性屈曲通常产生非保守的结果，应当谨慎使用。
尽管屈曲分析是非保守的，但是也有许多优点。
屈曲分析比非线性屈曲分析计算省时，并且应当作第一步计算来评估临界载荷（屈曲开始时的载荷）。
通过线性屈曲分析可以预知结构的屈曲模型形状，结构可能发生屈曲的方法可以作为设计中的向导。
13.1.1 关于欧拉屈曲
结构的丧失稳定性称为（结构）屈曲或欧拉屈曲。
L.Euler
从一端固定、另一端自由的受压理想柱出发，给出了压杆的临
界载荷。
所谓理想柱，是指起初完全平直而且承受中心压力的
受压杆，如图13-1所示。
设此柱完全是弹性的，且应力不超过比例极限，若轴向外
载荷P小于它的临界值，则此杆将保持直的状态而只承受轴向图13-1 受压杆。