一个屈曲分析实例

一个屈曲分析实例
一、问题和条件：
钢闸门断面为工字钢，具体尺寸如下，试作屈曲分析：
弹性模量E＝200GPa
泊松比μ＝0.3
集中力F=1N（单位力）
二、进入ANSYS界面
单击开始→程序→ansys10.0→configure ANSYS product
然后在File Management中定义Working Directory（工作路径）如：class 定义Job Name（工作文件名）。

如：file。

如图所示。

然后，点击run。

三、定义单元及材料
1新建单元类型
运行主菜单Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete(新建/编辑/删除单元类型)命令，接着在对话框中单击“Add”按钮新建单元类型。

2定义单元类型
因为beam188单元适合于分析柔性梁结构，支持弹性，蠕变和塑性模型的计算。

先选择单元为beam，接着选择3D2node188，然后单击“OK”按钮确定，完成单元类型的选择。

3关闭单元类型对话框
回到单元类型对话框，已经新建了beam单元，单击对话框中“Close”按钮关闭对话框。

4定义截面形状及参数
运行主菜单Preprocessor→Sections→Beam→Common sections命令，接着在对话框中sub-type中选择“工”字钢断面，在下面的尺寸中分别填入：W1=0.2,W2=0.2,W3=0.4,t1=0.01,t2=0.01,t3=0.01,点击OK结束。

5设置材料属性
运行主菜单Preprocessor→Material props→Material Models(材料属性)命令。

选择材料属性命令后，系统会显示材料属性设置对话框。

6设置杨氏弹性模量与泊松比
在材料属性设置对话框右侧依次选择Structural→Linear→Elastic
→Isotropic。

完成选择命令后，接着在对话框中EX杨氏弹性模量输入2e11，PPXY泊松
比输入0.3。

在输入数值后，单击“OK”按钮完成。

7关闭材料属性对话框
完成材料属性的设置后，可在对话框右上方单击，关闭材料属性设置。

四、建立框架几何图形
改变坐标系为球坐标系，在应用菜单中选择WorkPlane→Change active CS to→global spherical(球坐标系),此时状态栏中的csys的值由0变为2。

1生成关键点
运行主菜单Preprocessor→Modeling→Create→keypoints→In Active CS生成节点于目前坐标系统命令。

接着在keypoint number输入1，接着依照顺序输入第一点XYZ的坐标值为0,0,0，完成输入后单击“Apply”按钮生成第一点。

如上同理依次输入
210,90,100单击“Apply”按钮继续生成第二点。

310,90,116单击OK，在右侧工具栏中点击right view按钮，观看右视图。

2生成线
运行主菜单Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→Straight line,在图中分别拾取1、2两点和1、3两点，单击OK。

生成线L1和L2。

3剖分线
运行主菜单Preprocessor→Meshing→Size Cntrls→ManualSize→Lines→All Lines,弹出element sizes on all selected lines对话框,在NDIV框中输入5，点击ok，即将线L1和L2都分成5份。

运行主菜单Preprocessor→Meshing→MeshTool,在弹出的对话框中点击Mesh，拾取L1和L2，再单击OK即可。

4生成单元
在应用菜单中选择plot→nodes,画出结点；再给节点编号，在应用菜单中选择PlotCtrls→Numbering,在弹出的对话框中点击NODE后面的复选框为on,单击OK。

直接通过节点生成单元，Preprocessor→Modeling→Create→Elements →Auto Numbered→Thru Nodes,拾取6、7号节点，单击Apply,继续分别拾取6、11；5、11；5、10；4、10；4、9；3、8单击OK。

在应用菜单中选择Plot→Elements,画出单元。

为了看清楚单元的截面特性，可以在应用菜单中选择PlotCtrls→Style→Size and Shape,在弹出的对话框中点击[/ESHAPE]后面的复选框为on;再将其点击为off，
就不在显示梁单元的截面了。

五、施加荷载
1约束设置
运行主菜单Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Nodes施加位移在节点上命令。

接着选择节点1，完成选择后按单击对话框中的“OK”按钮。

然后选择All DOF(全部自由度)。

在Displacement value输入数值0,完成输入后选择“OK”按钮。

完成定义约束后，系统会显示定义后的图形。

2施加单位集中力
由于支臂上的力是沿支臂轴向的，因此需要分别在加力的两点建立局部坐标系，这样避免了将荷载分解的复杂性从而便于加载。

应用菜单中选择Workplane→Local Coordinate Systems→Create Local CS →By3nodes;拾取2、6、7号节点，单击对话框的OK。

激活局部坐标系，应用菜单中选择Workplane→Change Active CS to→Specified Coord sys,弹出的对话框中coordinate system number为11，单击OK。

运行主菜单Preprocessor→Modeling→Move/Modify→Rotate Node CS→to Active CS,拾取2号节点，将节点坐标系转到当前激活的局部坐标系上。

运行主菜单Solution→Define Loads→Apply→Structural→Force/Moment→On Nodes施加力在节点上命令。

接着选择节点2，完成选择后按单击对话框中的“OK”按钮。

然后选择Fx方向的集中力。

在Force/Moment value输入数值1,完成输入后选择“OK”按钮。

完成施加集中力后，系统会显示施加后的图形。

同理，应用菜单中选择Workplane→Local Coordinate Systems→Create Local CS→By3nodes;拾取7、11、6号节点,单击对话框的OK,剩下的操作同上。

六、求解分析
先进行静力分析，运行主菜单Solution→Analysis Type→New Analysis,在对话框中选择Static,单击OK。

运行主菜单Solution→Solve→Current LS分析目前的荷载步骤命令。

接着单击“OK”按钮开始运行分析，分析完毕后，在信息窗口中提示计算完成。

单击“Close”按钮将其关闭，统计窗口可单击上方按钮将其关闭。

在静力分析的基础上进行屈曲分析，运行主菜单Solution→Analysis Type →New Analysis,在对话框中选择Eigen Buckling,单击OK。

运行主菜单Solution →Analysis Type→Analysis Options,在弹出的对话框中Method后的单选框选择Block Lanczos作为模态提取方法，在Nmode中输入1，设置提取1阶模态。

再次运行主菜单Solution→Solve→Current LS进行求解,单击“Close”按钮将其关闭。

七、结果
1显示变形图
改变坐标系为笛卡儿坐标系，在Workplane→Change Active CS to→Global Cartesian，此时状态栏中的csys的值由11变为0。

读结果，运行主菜单General Postproc→Read Results→Last set。

运行主菜单General Postproc→Plot Result→Deformed Shape变形图命令。

弹出Plot Deformed Shape对话框，选择显示Def+undeformed变形与未变形图，然后单击“OK”按钮。

完成后，系统会显示闸门未受集中力与受集中力后的变形显示图形。

运行主菜单General Postproc→Plot Result→Nodal Solution；选择DOF Solution/Translation UX。

可以看出支臂发生了屈曲，最大变形处为2号节点处。

2提取屈曲特征值
运行主菜单General Postproc →Results Summary；在弹出的文本文件中，TIME/FREQ 下面的数字即为屈曲特征值，本例中屈曲特征值为67508N。