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干货|ANSYS Workbench非线性屈曲分析

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在实际结构中,非线性行为、载荷扰动、几何缺陷等因素会阻止系统达到理论屈曲强度,常需要进行非线性屈曲分析。

Fig. 1 ANSYS Workbench非线性曲屈分析项目流程图

非线性屈曲分析是一种非线性静力分析,其在ANSYS Workbench中的实现流程如图1所示,详细分析步骤如下所述。
Step 1:进行线性屈曲分析
‍‍‍  通过线性曲屈分析,获取第一阶临界载荷,参见文章: ANSYS Workbench线性屈曲分析

Fig. 2 第一阶曲屈变形云图


Step 2: 调用屈曲分析结果  

‍‍‍‍流程中插入Mechani  calAPDL,右击Analysis,选择Add Input File,导入事先存好的upgeom.txt文件,再次右击Analysis,选择Update。upgeom.txt中的命令流如下:  ‍‍‍‍








/prep7
upgeom, 0.2, 1, 1, file, rst
cdwrite, db, file, cdb
/solu
     注意:upgeom.txt文件为考虑几何缺陷命令流,缺陷为线性屈曲模态变形相对值的倍数(如0.01倍、0.1倍、0.2倍等),具体数值根据实际加工水平。  
 Step 3:生成初始几何模型  

右击Analysis—>TransferData to New—>选择Finite Element Modeler—>右击Model—>选择Update。双击Model进入FiniteElement Modeler界面,右击Geometry Synthesis选择Initial Geometry生成初始模型。

 Step 4:实现几何模型共享  
右击Model—>Transfer Data to New—>选择Static Structural—>拖动Model到Finite Element Modeler的Model上实现几何共享—>右击Finite Element Modeler中的Model—>选择Update。

Step 5:设置材料性能参数

进入Static Structural中的材料库,选择线性屈曲分析中使用的材料,此时可设置材料塑性参数,输入弹塑性或其它类型的非线性性能。

 Step 6:进行非线性屈曲分析  

双击项目流程图Static Structural中的Model,进入Mechanical界面,进行如下设置:
1)单元设置、网格划分、约束条件与线性屈曲分析保持一致;
2)载荷略大于第一阶临界载荷,位置、方向与线性屈曲分析保持一致;
3)此时也可以另外引入一个其余方向足够小的扰动载荷;

4)点击Analysis Settings,进行如下设置:

(a) 设置多个载荷步加载载荷,便于非线性收敛。参见前期文章:干货|ANSYS Workbench非线性不收敛解决办法
(b) 设置足够长的结束时间Step End Number,便于捕捉屈曲临界载荷;
(c) 开启自动时间步长Auto Time Stepping,依次设置子步数Substeps。参见前期文章:干货 | ANSYS Workbench瞬态分析时间步设置方法
(d) 开启大变形Large Deflection,开启稳定性Stabilization为Constant;
(e) 设置牛顿-拉斐森方法Newton-Raphson Option为Direct。

注意:牛顿-拉斐森方法能够得到正确极限载荷,但无法分析后屈曲行为。弧长法是优秀的结构稳定性计算方法,不仅可以获得正确的载荷位移曲线,还可以分析后屈曲行为。但是,弧长法理论复杂,操作麻烦,不能与自动时间步、线性搜索同时开启,求解器类型不能使用Iterative(即PCG方法),并且该方法目前在Workbench中没有操作选项,需要添加少许命令才能实现。右击Analysis Settings,插入命令流:


ARCLEN, Key, MAXARC, MINARC
其中,Key为ON时开启弧长法,为OFF时关闭弧长法;MAXARC为参考弧长半径的最大乘数,默认25;MINARC为参考弧长半径的最小乘数,默认0.001。

线性屈曲与非线性屈曲
4) 添加Total Deformational,求解计算得到屈曲载荷位移曲线,曲线上的突变点处即为屈曲临界载荷值。

来源:纵横CAE
MechanicalWorkbenchDeformSTEPS非线性UM理论材料
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首次发布时间:2024-09-01
最近编辑:2月前
纵横CAE
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Abaqus是一款功能强大的CAE软件,可用于仿真分析各种工程问题,本文将详细介绍Abaqus均布荷载设置方法。 1 建立模型 打开Abaqus软件选择合适的分析模块,并选择Standard/Explicit求解器。创建均布载荷之前需要创建Part,可以使用Abaqus自带的建模工具,或者导入其他CAD软件中的模型文件。 2 创建载荷 在模型建立完成后,需要创建一个均布荷载。在Abaqus中,均布荷载可以通过以下步骤进行设置: a) 选择"Load"菜单下的"Create",或者使用工具栏中的"Create Load"按钮; b) 在弹出的对话框中,选择要施加均布荷载的面或体; c) 输入均布荷载的大小和方向; d) 确认设置并保存荷载。 选择所需要作用的表面(Surface),输入所要施加的压力大小,点击OK即可在窗口上显示压力的作用方向。如果压力为正值,则载荷方向指向物体表面,如下图所示。 3 设置载荷步 在荷载创建完成后,需要在加载步中应用该荷载。加载步是Abaqus中用于定义加载过程的关键步骤,如下所述:a) 选择"Step"菜单下的"Create",或者使用工具栏中的"Create Step"按钮。b) 在弹出的对话框中,设置加载步的名称和类型。对于均布荷载,一般选择"Static"类型。c) 在加载步中添加之前创建的均布荷载。选择"Loads"选项卡,点击"Apply"按钮,然后选择之前创建的荷载进行应用。d) 设置其他加载参数,如时间步长、收敛准则等。需要注意的是,在设置均布荷载时,应特别关注荷载的施加方式和边界条件,以保证分析结果的准确性。来源:纵横CAE

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