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悬臂梁的横向扭转屈曲例题
7.6 横向扭转屈曲分析实例(GUI方式)
可以用 BEAM188 和 BEAM189 单元来模拟直梁的弯曲和剪切,也可以模拟梁的横向扭转屈曲。为了建立这一模型,需要建立足够密的梁单元网格。典型地,需要用一系列的梁单元来模拟一根直梁。如图7-4 所示。
图7-4 悬臂梁的横向扭转屈曲
悬臂梁的横向扭转屈曲,用60个 BEAM188 单元模拟(通过/ESHAPE 显示)
《ANSYS Structural Analysis Guide》§7 详细叙述了屈曲分析。本例分析悬臂梁在末端承受横向载荷时的行为。
7.6.1 问题描述
一根直的细长悬臂梁,一端固定一端自由。在自由端施加载荷。本模型做特征值屈曲分析,并进行非线性载荷和变形研究。研究目标为确定梁发生支点失稳(标志为侧向的大位移)的临界载荷。参见图7-5。
7.6.2 问题特性参数
材料特性:杨氏模量=1.0X10e4 psi;泊松比=0.0。几何特性:L=100 in;H=5 in;B=2 in。载荷为:P=1 lb。
7.6.3 草图
图7-5 梁的变形
7.6.4 特征值屈曲和非线性破坏分析
特征值屈曲分析是线性分析,通常仅适用于弹性结构。通常在小于特征值屈曲分析得到的临界载荷之前发生材料屈服。这种分析比完全非线性屈曲分析所需的求解时间要少。
用户还可以用弧长法做非线性载荷-位移研究,这时用弧长法确定临界载荷。对于更一般的情况,需要进行破坏分析。
模型有缺陷时,必须做非线性破坏分析,因为完美模型不会表现出显著的屈曲。可以通过使用特征值分析得到的特征向量,来加入缺陷。求得的特征向量是对实际屈曲模态最接近的预测。添加的缺陷与梁的典型厚度相比,应为小量。缺陷删除了载荷-位移曲线的突变部分。通常情况下,缺陷最大值为梁厚度的1%~10%。UPGEOM 命令在前一步分析的基础上添加位移,并把几何形状更新到变形后的形状。
7.6.5 设置分析名称和定义模型的几何实体
1、选择菜单“Utility MenuFileChange Title”。
2、输入“Lateral Torsional Buckling Analysis”并单击OK。
3、定义关键点。选择“Main MenuPreprocessor -Modeling- CreateKeypoints In Active CS”,输入下表所示的关键点号和坐标:
关键点号 X坐标 Y坐标 Z坐标 按这个按钮接受 1 0 0 0 Apply 2 100.0 0 0 Apply 3 50 5 0 OK
4、在关键点1和2之间建立直线。选择Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Lines-LinesStraight Line,出现“Create Straight Line picker”窗口,在图形窗口中拾取关键点1和2,然后按“OK”。
5、保存模型。选择Utility MenuFileSave As。将文件名存为“buckle.DB”,并单击OK。
7.6.6 定义单元类型和横截面信息
1、选择“Main MenuPreferences”,单击“Structural”检查框。按“OK”。
2、选择“Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete”。出现“Element Types”对话框。
3、单击“Add...”。出现“Library of Element Types ”对话框。
4、在左列选择“Structural Beam”。
5、在右列选择“3D finite strain, 3 node 189”以选中 BEAM189。
7、定义梁的矩形截面。选择“Main MenuPreprocessorSections-Beam-Common Sects”。出现“BeamTool ”对话框。缺省时 ANSYS 将截面号设置为1,将子类型设置为 RECT (在子类型处图示一个矩形)。因为是矩形横截面,在子类型处不需要修改。
8、在“BeamTool”对话框的底部,可以看到横截面形状和尺寸的图示。在B标志的部分输入 0.2 作为横截面的宽度;在 H 标志的部分输入 5.0 作为横截面的高度。按“OK”。
9、通过“BeamTool”对话框显示当前截面特性。按“Preview ”。在图形窗口显示截面图和数据汇总。按“
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