ANSYS薄壳失稳分析

ANSYS

在钢结构设计中,构件的失稳计算要比构件强度计算更为重要。而在进行失稳计算时,由于线性屈曲较为保守,因此单纯对结构进行线性特征值分析是不够的,要获得与工程更为相近的分析结果需要进行非线性屈曲分析,在ANSYS中,采用STATIC分析并配合弧长法的应用,可以获得构件全过程的屈曲分析。

下图为一个对边简支的薄壳,其中壳体R为2540mm,l为254mm,壳体厚度h为6.35mm,弧度θ为0.1rad,壳体中部承受荷载1000N,分析此弹性壳的失稳过程。

结构示意图

考虑到此模型的对称性,因此可以分析四分之一个模型,将荷载变为250N即可,有限元模型建立较为简单,直接将坐标系换成柱坐标系后建立,有限元模型如下图所示:

有限元模型

有限元模型

由于模型为四分之一模型,因此边界条件需要相应的调整,在切分边缘施加对称荷载,并施加集中荷载,如下图所示:

边界条件

边界条件

施加边界条件之后,即可进入分析模块,由于此问题涉及到非线性的屈曲失稳,因此需要打开非线性计算开关,同时为了追踪失稳过程,需要采用弧长法。使用弧长法时其需要注意以下几点:

  1. 施加一个比预估荷载高出10%左右的荷载可以获屈曲荷载,预估荷载的获取可以使用特征值屈曲荷载;
  2. 提高计算效率一般采用两个荷载步:第一荷载步打开自动步长,使用一般的非线性屈曲过程直至临界荷载;第二荷载步打开弧长法通过临界荷载;
  3. 弧长法分析时Time指的是荷载因子,因此其大小无所谓;
  4. 难以收敛时可以使用NSUBST命令的NSBSTP域减小初始半径,也可以使用AECLEN命令中的MINARC域减小弧长半径的下限帮助收敛;
  5. 使用较低的平衡迭代次数,一般10~15次;
  6. 为引起相应的非线性屈曲模式,有些模型需要施加初始缺陷,可以使用特征值分析获取屈曲模态,然后施加与模态对应的几何缺陷来进行相应的屈曲形态分析。

注意到上述几点之后,即可进行相应的弧长以及步长的设置:

分析完成后,进入后处理,提取坐标点的位移以及相应的荷载即可获取相应的荷载位移曲线了,这里的荷载可以用时间因子Time乘以总荷载1000N得到:

加载点荷载位移曲线

加载点荷载位移曲线

壳边缘荷载位移曲线

壳边缘荷载位移曲线

根据上面结果可以看出,壳体结构在失稳的过程中存在明显的“急速通过”现象。下图给出了完整薄壳失稳过程的Mises应力动图:

失稳过程Mises应力

失稳过程Mises应力

APDL代码以如下所示:

模型为测试模型,APDL代码不公开,如有需要请留言。

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4条评论

  1. zhouli   •  

    大神,我是初学者,看看您的命令,谢谢啦

  2. 羊羊   •  

    你好,我也是ansys的学习者,想看看你这个命令流怎行写的,希望能够得到帮助,谢谢!

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