ANSYS作业四圆柱壳的非线性屈曲分析.docx

有限元原理与工程应用题目 圆柱壳的非线性屈曲分析 年级与专业机械电子工程所在学院（系） 机械工程学系 梁结构的瞬态完全法分析1 要求用弧长法进行一个圆柱壳的非线性屈曲分析。一个对边简支的圆柱壳，在其中心作用一个垂直的集中载荷。目的是分析当载荷大小为1000N时，A、B两点的垂直位移（UY）。材料特性：EX=3.1x109Pa (杨氏模量）NUXY=0.3 （泊松比）几何特性：R=2540 mm L=254 mmH=6.35 mm =5.7载荷：p=1000 N采用2D的shell单元定义了厚度，由于该圆柱壳结构为对称结构，故实际操作时选取1/4结构对其进行分析即可。2 操作步骤求解步骤（GUI方法）2.1 定义工作文件名及工作标题（1） 定义工作文件名：执行Utility Menu/File/Change Jobname命令，在弹出的Change Jobname对话框中输入文件名为“buckle2.”，同时勾上【New log and error files】,单击按钮。（2） 定义工作标题：执行Utility Menu/File/Change Title 命令，弹出Change Title对话框中输入“Analysis of the buckle”,然后单击按钮。（3） 重新显示：执行Utility Menu/Plot/Replot命令。2.2 显示工作平面（1） 显示工作平面，执行Utility Menu/WorkPlane/Display Working Plane命令。（2） 关闭三角坐标符号的显示：执行Utility Menu/PlotCtrls/Window Controls/Window Options命令，弹出Window Options对话框。在Location of triad 下拉列表框中选择Not shown选项，单击按钮。2.3 建立圆柱壳结构模型2.3.1 定义单元类型（1） 选择单元类型：执行PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，弹出复选框【Element Type】，单击“Add”，弹出【Library of Element Types】对话框中选择“Structural Shell”和“Elastic 4node63”，单击Apply按钮。（2） 定义单元实常数：执行PreprocessorReal ConstantsAdd /Edit/Delete命令，弹出【Real Constants】复选框，单击“Add”，选择“Type 1 Shell63”选项，单击“OK”，弹出如下图所示对话框，将参数如图3进行设置，单击按钮。 图1“Real Constant”对话框（3） 定义材料参数：执行PreprocessorMaterial PropsMaterial Model命令，弹出【Define Material Model Behavior】，在弹出的对话框中进行设置，依次点击StructuralLinearElasticIsotropic，弹出【Linear Isotropic Properties for Material Number 1】，对话框中的参数设置如图9所示，单击按钮即可。 图 2 “Density”对话框2.3.2 生成几何模型(1) 生成点执行PreprocessorModelingCreateKeypoints In Active CS命令，弹出【Create Keypoints In Active Coordinate System】对话框，依次在“1,0,0”， “2,0,2000”， “3,2540,0”， “4,2540,254”，最后生成的结果如图11所示。 生成线生成曲面图 3 生成矩形划分网格6,8,12.4 步骤二：恢复数据库文件“buckle2.db” Utility MenuFileResume from2.5 步骤三：进入求解器。Main Menusolution2.6 步骤四：定义分析类型和选项1、选择菜单路径Main MenuSolution-Analysis Type-New Analysis. 单击“Static”来选中它然后单击OK。2、择菜单路径Main MenuSolutionUnabridged MenuAnalysis Options。出现对话框。3、单击Large deform effects option(大变型效应选项)使之为ON，然后单击OK。2.7 步骤五：在结点1的Y方向施加一个大小为-250的力Main menu Solution -Load -Apply Force/Moment On Nodes2.8 步骤六：设置载荷步选项1、择菜单路径Main Menu SolutionUnabridged MenuLoad step opts-Time/Frequenc Time and substps，时间和时间步选项对话框出现。2、Number of substeps (子步数)键入30。3、择菜单路径Main Menu SolutionUnabridged Menu Load step opts-Output ctrls DB/Resuls File ，对数据库和结果文件写入的控制对话框出现。4、在“Item”中，选择“all”5、对“FREQ”,选择“Every Substep”2.9 步骤七：选择弧长法1、选择菜单路径Main Menu SolutionUnabridged MenuLoad step opts-NonlinearArc-length opts。Arc-length opts T (时间和时间步选项)对话框出现。2、将“KEY”(Arc-length method on/off)设置为“ON”3、对“MAXARC”(Maximum multiplier),输入44、单击OK2.10 步骤八：求解问题1、选择菜单路径Main MenuSolution-Solve-Current LS。2、检阅状态窗口中的信息然后单击close。3、单击Solve Current Load Step(求解当前载荷步)对话框中的OK开始求解。2.11 步骤九：进行所需要的后处理。3 求解步骤（命令流方法）FINI/CLE/PREP7smrt,offET,1,SHELL63,1R,1,6.350 ! SHELL THICKNESSMP,EX,1,3102.75MP,NUXY,1,0.3!CREATE FINITE ELEMENT MODELR1 = 2540 ! SHELL MID-SURFACE RADIUSL = 254 ! HALF THE LENGTH PI = 4*ATAN(1) ! VALUE OF PI COMPUTEDTHETA = 0.1*180/PI ! 0.1 RADIANS CONVERTED TO DEGREESCSYS,1 ! CYLINDRICAL CO-ORDINATE SYSTEMN,1,R1,90 ! NODES 1 AND 2 ARE CREATED AT POINTSN,2,R1,90,L ! A AND B RESPECTIVELY.K,1,R1,90K,2,R1,(90-THETA)K,3,R1,90,LK,4,R1,(90-THETA),LESIZE,2 ! TWO DIVISION ALONG THE REGION BOUNDARYA,1,3,4,2AMESH,1NUMMRG,NODE!APPLY BOUNDARY CONDITIONSNSEL,S,LOC,Z,0DSYM,SYMM,ZNSEL,S,LOC,Y,90DSYM,SYMM,XNSEL,S,LOC,Y,(90-THETA)D,ALL,UX,UY,UZNSEL,ALLFINISHSAVE,BUCKLE2,DBRESUME,BUCKLE2,DB/SOLUTIONANTYPE,STATICNLGEOM,ON ! LARGE DEFLECTION TURNED ONOUTRES,1 ! WRITE SOLUTION ON RESULTS FILE FOR EVERY SUBSTEP F,1,FY,-250 ! 1/4 TH OF THE TOTAL LOAD APPLIED DUE TO SYMMETRYNSUBST,30 ! BEGIN WITH 30 SUBSTEPSARCLEN,ON,4SOLVEFINISH/POST26NSOL,2,1,U,Y ! STORE UY DISPLACEMENT OF NODE 1NSOL,3,2,U,Y ! STORE UY DISPLACEMENT OF NODE 2 PROD,4,1,LOAD,4*250 ! TOTAL LOAD IS 4*250 DUE TO SYMMETRYPROD,5,2,-1 ! CHANGE SIGNS OF THE DISPLACEMENT VALUESPROD,6,3,-1*GET,UY1,VARI,2,EXTREM,VMIN*GET,UY2,VARI,3,EXTREM,VMINPRVAR,2,3,4 ! PRINT STORED INFORMATION/AXLAB,X, DEFLECTION (MM)/AXLAB,Y, TOTAL LOAD (N)/GRID,1/XRANGE,0,35/YRANGE,-500,1050XVAR,5PLVAR,4 ! PLOT LOAD WITH RESPECT TO -UY OF XVAL,6PLVAR,4FINISH变形情况（取的是中间一半，所以最边缘的下去是最多的） * ANSYS POST26 VARIABLE LISTING * TIME 1 UY 2 UY 4 PROD UY UY LOAD 0.32910E-01 -0.369188 0.253726E-01 32.9101 0.98776E-01 -1.16676 0.794300E-01 98.7761 0.21372 -2.78337 0.179024 213.718 0.31393 -4.47923 0.252211 313.926 0.40097 -6.20427 0.266634 400.967 0.47620 -7.91511 0.186102 476.195 0.53934 -9.57903 -0.277909E-01 539.342 0.58825 -11.1678 -0.416425 588.253 0.61938 -12.6474 -1.02361 619.379 0.62881 -13.9696 -1.88783 628.809 0.62455 -14.5513 -2.42280 624.554 0.60237 -15.4301 -3.52204 602.369 0.55743 -16.1745 -4.96401 557.426 0.49699 -16.6688 -6.53767 496.989 0.42664 -16.9572 -8.17302 426.643 0.35056 -17.0791 -9.82553 350.560 0.27176 -17.0549 -11.4714 271.757 0.19281 -16.8847 -13.0985 192.807 0.11640 -16.5532 -14.6988 116.402 0.45547E-01 -16.0402 -16.2621 45.5466 * ANSYS POST26 VARIABLE LISTING * TIME 1 UY 2 UY 4 PROD UY UY LOAD -0.17078E-01 -15.3379 -17.7744 -17.0779 -0.71163E-01 -14.4770 -19.2219 -71.1634 -0.12159 -13.5555 -20.6035 -121.589 -0.17848 -12.7847 -21.9226 -178.484 -0.24620 -12.5161 -23.1268 -246.199 -0.30885 -12.9507 -24.1148 -308.850 -0.34920 -13.9447 -24.8538 -349.200 -0.36225 -15.3004 -25.3621 -362.247 -0.35886 -16.0703 -25.5357 -358.863 -0.33840 -17.5241 -25.7414 -338.396 -0.29386 -19.2606 -25.8401 -293.858 -0.22690 -21.0171 -25.8433 -226.905 -0.13727 -22.7193 -25.7973 -137.270 -0.26286E-01 -24.3074 -25.7371 -26.2862 0.10253 -25.7516 -25.6823 102.533 0.24490 -27.0507 -25.6401 244.898 0.39709 -