《ANSYS高级技术分析指南》书籍资料：第七章 梁分析和横截面形状

ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 第七章梁分析和横截面形状 梁的概况 梁单元用于生成三维结构的一维理想化数学模型。与实体单元和壳单元相 比,梁单元可以效率更高的求解 两种新的有限元应变单元,BEAM188和BEAM89,提供了更强大的非线性分 析能力,更出色的截面数据定义功能和可视化特性。参阅 ANSYS ELements Reference中关于BEAM88和BEAM189的描述。 何为横截面? 横截面定义为垂直于梁的轴向的截面形状。 ANSYS提供了有11种常用截面 形状的梁横截面库,并支持用户自定义截面形状。当定义了一个橫截面时, ANSYS 建立一个9结点的数值模型来确定梁的截面特性(lyy,1zz等),并求解泊松方 程得到弯曲特征。 下图是一个标准的Z横截面,示出了截面的质心和剪切中心以及计算的横 截面特性: x= Centroid a= Shear Center SECTION ID 1 DATA SUMMARY 13.23 4105 =53165 Torsion Constant Centroid 468391 Centroid Z Shear Center -4.37 4.B75 =-.185819 Shear Center Z 图8-1Z向横截面图 横截面和用户自定义截面网格划分将存储在横截面库文件中。可以用LATT 命令将梁横截面属性赋给线实体。这样,横截面的特性将在用BEAM88或BEAM89 对该线划分网格时包含进去 如何生成横截面 用下列步骤生成横截面: 7-1

ANSYS 高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 7-1 第七章 梁分析和横截面形状 梁的概况 梁单元用于生成三维结构的一维理想化数学模型。与实体单元和壳单元相 比，梁单元可以效率更高的求解。 两种新的有限元应变单元，BEAM188 和 BEAM189，提供了更强大的非线性分 析能力，更出色的截面数据定义功能和可视化特性。参阅 ANSYS Elements Reference 中关于 BEAM188 和 BEAM189 的描述。 何为横截面？ 横截面定义为垂直于梁的轴向的截面形状。ANSYS 提供了有 11 种常用截面 形状的梁横截面库，并支持用户自定义截面形状。当定义了一个横截面时，ANSYS 建立一个 9 结点的数值模型来确定梁的截面特性（lyy,lzz 等），并求解泊松方 程得到弯曲特征。 下图是一个标准的 Z 横截面，示出了截面的质心和剪切中心以及计算的横 截面特性： 图 8-1 Z 向横截面图 横截面和用户自定义截面网格划分将存储在横截面库文件中。可以用 LATT 命令将梁横截面属性赋给线实体。这样，横截面的特性将在用 BEAM188 或 BEAM189 对该线划分网格时包含进去。 如何生成横截面 用下列步骤生成横截面：

ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 1.定义截面并与代表相应截面形状的截面号关联。 2.定义截面的几何特性数值。 ANSYS中提供了下表列出的命令完成生成、査看、列表横截面和操作横截 面库的功能:参阅 ANSYS Commands reference可以得到横截面命令的完整集合。 定义截面并与截面号关联 使用 SECTYPE命令定义截面。下面的命令将截面号2与定义号的横截面形状 (圆柱体)关联 命令: SECTYPE,2,BEAM, CSOLID SeCdatA, 5. 8 SECNUM. 2 GUI: Main Menu>Preprocessor>Settings>-Beam-Common Sects Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define> Default Attribs 要定义自己的横截面,使用子形状( ANSYS提供的形状集合)MESH。要定 义带特殊特性如1yy和1z2的横截面,使用子形状ASEC。 定义横截面的几何特性数值 使用 SECDATA命令定义横截面的几何数值。下面的命令将用 SECTYPE命令 定义的尺寸赋值给横截面。 CSOLID形状有两个尺寸:半径和周长上的格栅数目。 命令: SECDATA,4,6 GUI: Main Menu>Preprocessor )Sections>-Beam-Common Sects 用BEAM88/BEAM189单元划分线实体 在用BEAM88/BEAM89单元划分线实体前,要定义一些属性,包括: 要划分线的梁单元类型 生成梁单元的横截面特性号 以梁单元轴向为基准的横截面定位 生成梁单元的材料特性号 使用LATT命令将这些属性与线实体关联 命令:LATT,MAT,TYPE,,KB,, SECID GUI: Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs 与MP命令定义的材料特性相对应,材料号由MAT号指定。 TYPE 与ET命令定义的单元类型相对应,类型号由TYPE号指定。 对应于模型中的关键点号。所生成梁单元的横截面与梁的 两端点和该关键点定义的平面垂直。 SECID 与 SECTYPE命令定义的梁横截面相对应,截面号由 SECID 号指定 使用梁工具生成横截面 ECTYPE, SECDATA和 SECOFFSET命令在GUI的路径都在梁工具( BEAM TOOL) 7

ANSYS 高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 7-2 1． 定义截面并与代表相应截面形状的截面号关联。 2． 定义截面的几何特性数值。 ANSYS 中提供了下表列出的命令完成生成、查看、列表横截面和操作横截 面库的功能：参阅 ANSYS Commands Reference 可以得到横截面命令的完整集合。 定义截面并与截面号关联 使用 SECTYPE 命令定义截面。下面的命令将截面号 2 与定义号的横截面形状 （圆柱体）关联： 命令：SECTYPE,2,BEAM,CSOLID SECDATA,5,8 SECNUM,2 GUI: Main Menu>Preprocessor>Settings>-Beam-Common Sects Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs 要定义自己的横截面，使用子形状（ANSYS 提供的形状集合）MESH。要定 义带特殊特性如 lyy 和 lzz 的横截面，使用子形状 ASEC。 定义横截面的几何特性数值 使用 SECDATA 命令定义横截面的几何数值。下面的命令将用 SECTYPE 命令 定义的尺寸赋值给横截面。CSOLID 形状有两个尺寸：半径和周长上的格栅数目。 命令：SECDATA,4,6 GUI: Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sects 用 BEAM188/BEAM189 单元划分线实体 在用 BEAM188/BEAM189 单元划分线实体前，要定义一些属性，包括： ⚫ 要划分线的梁单元类型 ⚫ 生成梁单元的横截面特性号 ⚫ 以梁单元轴向为基准的横截面定位 ⚫ 生成梁单元的材料特性号 使用 LATT 命令将这些属性与线实体关联： 命令：LATT,MAT,,TYPE,,KB,,SECID GUI: Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs MAT 与 MP 命令定义的材料特性相对应，材料号由 MAT 号指定。 TYPE 与 ET 命令定义的单元类型相对应，类型号由 TYPE 号指定。 KB 对应于模型中的关键点号。所生成梁单元的横截面与梁的 两端点和该关键点定义的平面垂直。 SECID 与 SECTYPE 命令定义的梁横截面相对应，截面号由 SECID 号指定。 使用梁工具生成横截面 SECTYPE，SECDATA 和 SECOFFSET 命令在 GUI 的路径都在梁工具（BEAM TOOL）

ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 中。梁工具的样式取决于所选择的梁横截面形状 梁工具的顶部是截面形状号[ SECTYPE],中部是截面偏移信息[ SECOFFSET] 底部是截面几何形状信息[ SECDATA]。 SECDATA命令定义的尺寸 图8-2梁工具(包括横截面显示) Top of Beam Too: nform ation Sub-type drop offret ti● secoFFset Information 气 L Bottom of Beam Took SECDATA Inform ation (Portion of the Beam Tool that changes depending Beam Tool Action Buttons 取决于所选截面形状。可以单击梁工具下的“Help”获取所选截面的帮助信息 在 SECDATA也有截面形状尺寸的说明。 控制横截面和用户网格库 通用截面的数据,如CHAN和RECT,可以存储在横截面库中 用 SECWRITE命令生成、存储包括用户划分网格的截面的横截面库。如果在 另一个模型中使用横截面库,使用 SECREAD命令读入。 侧向扭转屈曲分析实例(GUI方式) ANSYS Structural Analysis Guide第七章详细叙述了屈曲分析。本例分 析了悬臂梁在末端承受横向载荷时的行为。 问题描述 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分支点 失稳(标志为侧向的大位移)的临界载荷。 问题特性参数 本例使用如下材料特性: 杨氏模量=1.0X10e4psi 7-3

ANSYS 高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 7-3 中。梁工具的样式取决于所选择的梁横截面形状： 梁工具的顶部是截面形状号[SECTYPE]，中部是截面偏移信息[SECOFFSET]， 底部是截面几何形状信息[SECDATA]。SECDATA 命令定义的尺寸 图 8-2 梁工具（包括横截面显示） 取决于所选截面形状。可以单击梁工具下的“Help”获取所选截面的帮助信息。 在 SECDATA 也有截面形状尺寸的说明。 控制横截面和用户网格库 通用截面的数据，如 CHAN 和 RECT，可以存储在横截面库中。 用 SECWRITE 命令生成、存储包括用户划分网格的截面的横截面库。如果在 另一个模型中使用横截面库，使用 SECREAD 命令读入。 侧向扭转屈曲分析实例（GUI 方式） ANSYS Structural Analysis Guide 第七章详细叙述了屈曲分析。本例分 析了悬臂梁在末端承受横向载荷时的行为。 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分支点 失稳（标志为侧向的大位移）的临界载荷。 问题特性参数 本例使用如下材料特性： 杨氏模量=1.0X10e4psi

ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 泊松比=0.0 本例使用如下的几何特性: L=lOin H=5in In 本例的载荷为 P=llb 问题示意图 特征值屈曲分析是线性化的计算过程,通常用于弹性结构。屈曲一般发生在 小于特征值屈曲分析得到的临界载荷时。这种分析比完全的非线性屈曲分析需要 的求解时间要少。 用户还可以做非线性载荷和位移硏究,这时用弧长法确定临界载荷。对于 更通用的分析,一般要进行崩溃分析 在模型中有缺陷时一定要做非线性崩溃分析,因为此时模型不会表现出屈 曲。可以通过使用特征值分析求解的特征向量来添加缺陷。特征向量是最接近于 实际屈曲模态在预测值。添加的缺陷应该比梁的标准厚度要小。缺陷删除了载荷 位移曲线的突变部分。通常情况下,缺陷最大不小于10%的梁厚度。 UPGEOM命 令在前一步分析的基础上添加位移并更新变形的几何特征。 第一步:设置分析名称和图形选项 1.选择菜单 Utility menu>File> Change Title。 输入“ Lateral Torsional Buckling Analysis”并单击OK 3.确认 PowerGraphics正在运行。选择菜单 Utility Menu> PlotCtrls>Sty le>Hidden-Line Options。确认 PowerGraphics选项打开并 单击OK。 4.将 Graphical Solution Tracking打开。选择菜单Main Menu> Solution>- Load Step opts- Output Ctrl> Grph Solu track并确认对话 框中 radio按钮设置为0N。单击OK 5.生成屈曲分析图的输出文件。选择菜单 Utility Menu> Plotctrls> Redirect plotsto grph file。将文件名改为 buckle.grph 7

ANSYS 高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 7-4 泊松比=0.0 本例使用如下的几何特性： L=100in H=5in B=2in 本例的载荷为： P=1lb 问题示意图 特征值屈曲分析是线性化的计算过程，通常用于弹性结构。屈曲一般发生在 小于特征值屈曲分析得到的临界载荷时。这种分析比完全的非线性屈曲分析需要 的求解时间要少。 用户还可以做非线性载荷和位移研究，这时用弧长法确定临界载荷。对于 更通用的分析，一般要进行崩溃分析。 在模型中有缺陷时一定要做非线性崩溃分析，因为此时模型不会表现出屈 曲。可以通过使用特征值分析求解的特征向量来添加缺陷。特征向量是最接近于 实际屈曲模态在预测值。添加的缺陷应该比梁的标准厚度要小。缺陷删除了载荷 -位移曲线的突变部分。通常情况下，缺陷最大不小于 10%的梁厚度。UPGEOM 命 令在前一步分析的基础上添加位移并更新变形的几何特征。 第一步：设置分析名称和图形选项 1． 选择菜单 Utility Menu>File>Change Title。 2． 输入“Lateral Torsional Buckling Analysis”并单击 OK。 3． 确 认 PowerGraphics 正 在 运 行 。 选 择 菜 单 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Hidden-Line Options。确认 PowerGraphics 选项打开并 单击 OK。 4． 将 Graphical Solution Tracking 打开。选择菜单 Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>Grph Solu Track 并确认对话 框中 radio 按钮设置为 ON。单击 OK。 5． 生成屈曲分析图的输出文件。选择菜单 Utility Menu>PlotCtrls>Redirect Plots>To GRPH File。将文件名改为 buckle.grph

ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 并单击OK。 第二步:定义几何模型 1.进入前处理器并生成梁的关键点。选择菜单Main Menu> Preprocessor.>- Modeling-Create> Keypoints>In Active CS,然后输入下 列关键点号和坐标值: 关键点号:1坐标值:0,0,0 关键点号:2坐标值:100,0,0 关键点号:3坐标值:50,5,0 2.在关键点1和2之间生成一条直线。选择菜单Main Menu> Preprocessor>- Modeling- create>- Lines- Lines> Straight Line。将弹出 生成直线对话框。在图形窗口选择关键点1和2并单击OK。 3.存储模型。选择菜单 Utility menu)File> Save as。在“ Save database to”对话框中输入 buckle.db作为文件名并单击OK。 第三步:定义单元类型和横截面信息 1.选择菜单 Main menu> Preprocessor> Element Type>Add/Edit/ Delete。 将弹出单元类型对话框。 2.单击Add。将出现单元类型库对话框。 3.在左列选择“ Structural beam” 4.在右列选择“3 d finite strain,3 node 189”以选中 BEAM89 5.单击OK,然后的单元类型对话框中单击 Close。 6.定义梁的矩形截面 选择菜单Main Menu> Preprocessor.〉 Sections>-Beam- Common Sects。将出现梁工具对话框。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) 因为要生成一个矩形横截面,在子类型处不作修改 7.在梁工具对话框的底部,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 单击OK确定设置。 8.列出当前截面特性。选择菜单 Main menu> Preprocessor> Sections>list Sections。 ANSYS缺省选择特性号1。单击0K显示横截面信息。在浏览过以后, 在 SLIST窗口单击 Close 第四步:定义材料特性并定位结点 1.选择菜单 Main Menu>Preprocessor >Material Props>-Constant-Isotropic 2.单击∝K确认材料号为1。将出现各向同性材料特性对话框。 3.在杨氏模量框输入1E4。 4.在泊松比( minor)处输入0.0,并单击OK。 5.选择菜单 Utility Menu> Select〉 Entities来选择线。选择下列选项: Lines, By Num/Pick, From full并单击OK 6.出现选择线对话框。在图形窗口单击线实体。在对话框中单击OK。 7.作为线的属性定义结点定位。选择菜单Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define)All Lines. if Pick Orientation 7-5

ANSYS 高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 7-5 并单击 OK。 第二步：定义几何模型 1． 进入前处理器并生成梁的关键点。选择菜单 Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Keypoints>In Active CS，然后输入下 列关键点号和坐标值： 关键点号：1 坐标值：0，0，0 关键点号：2 坐标值：100，0，0 关键点号：3 坐标值：50，5，0 2． 在关键点 1 和 2 之 间 生 成 一 条 直 线 。 选 择 菜 单 Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Lines-Lines>Straight Line。将弹出 生成直线对话框。在图形窗口选择关键点 1 和 2 并单击 OK。 3． 存储模型。选择菜单 Utility Menu>File>Save As。在“Save Database to”对话框中输入 buckle.db 作为文件名并单击 OK。 第三步：定义单元类型和横截面信息 1．选择菜单 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。 将弹出单元类型对话框。 2．单击 Add。将出现单元类型库对话框。 3．在左列选择“Structural Beam”。 4．在右列选择“3D finite strain, 3 node 189”以选中 BEAM189。 5．单击 OK，然后的单元类型对话框中单击 Close。 6．定 义 梁 的 矩 形 截 面 。 选 择 菜 单 Main Menu>Preprocessor>Sections>-Beam-Common Sects。将出现梁工具对话框。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）。 因为要生成一个矩形横截面，在子类型处不作修改。 7．在梁工具对话框的底部，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。 单击 OK 确定设置。 8．列出当前截面特性。选择菜单 Main Menu>Preprocessor>Sections>List Sections。ANSYS 缺省选择特性号 1。单击 OK 显示横截面信息。在浏览过以后， 在 SLIST 窗口单击 Close。 第四步：定义材料特性并定位结点 1． 选 择 菜 单 Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic。 2． 单击 OK 确认材料号为 1。将出现各向同性材料特性对话框。 3． 在杨氏模量框输入 1E4。 4． 在泊松比(minor)处输入 0.0，并单击 OK。 5． 选择菜单 Utility Menu>Select>Entities 来选择线。选择下列选项： Lines，By Num/Pick，From Full 并单击 OK。 6． 出现选择线对话框。在图形窗口单击线实体。在对话框中单击 OK。 7． 作 为 线 的 属 性 定 义 结 点 定 位 。 选 择 菜 单 Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>All Lines。单击 Pick Orientation

ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 Keypoint radio按钮旁边的 radio按钮将其改变为Yes并单击OK。 ANSYS将材 料特性号指向1,将单元类型号指向1并将截面特性号指向1。 8.出现线属性对话框。在图形窗口选择关键点3并在对话框中单击OK。 9.存储模型。选择菜单 Utility menu>File> Save as。选择OK,当 ANSYS 询问是否覆盖时,单击OK 第五步:对线划分网格并确认梁的定位 1.定义网格大小和分段数。选择菜单Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-All Lines. 4 No. of Element divisions框中输入10并单击OK。 对线划分网格 选择菜单Main Menu> Preprocessor>- Meshing- Meshlines。确认在“ Mesh lines”对话框中Pick 和 Single选定,然后在图形窗口选择线。在对话框中单击O对线划分网格 3.旋转划分好网格的线。选择菜单 Utility menu> Plotctrls>Pan, Zoom, Rotate。弹出Pan,Zoom, Rotate对话框。选择IS0并单击 Close。图形窗 口中梁将旋转。 4.确认梁的定位。选择菜单 Utility menu> Plotctrls> Style Size& Shape。选择/ ESHAPE旁边的 radio按钮并单击OK 5.显示横截面形状。选择菜单 Main menu> Preprocessor> Sections> Plot section并单击OK。 6.重新显示网格。选择菜单 Utility Menu>Plot> Elements 第六步:定义边界条件 1.定义固定端的边界条件。选择菜单Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement )On Keypoints. 43f 出 Apply u, ROt on Kps对话框。 2.定义关键点1为固定端。在 ANSYS输入窗口,输入1并回车,然后 单击OK 3.在对话框中选择“ All DOF”,然后单击OK。在 ANSYS图形窗口将显 示边界条件。 4.在自由端施加集中力。选择菜单Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/MomentOn Keypoints ti 现 Apply f/ M on KPs对话框。 5.定义关键点2为自由端。在 ANSYS输入窗口,输入2并回车,然后 单击OK 在 Direction of force/mom框中选择FY。 7.在数值处输入1并单击OK。在 ANSYS图形窗口将出现集中力标志。 8.存储模型。选择菜单 Utility menu>File> Save as。选择OK,当 ANSYS 询问是否覆盖时,单击Yes 9.选择菜单 Main menu> Finish。 第七步:作特征值屈曲分析 1.进入时序后处理器。选择菜单 TimeHist Postpro> Define variabl TIME变量是缺省的。选择 Close。 7-6

ANSYS 高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 7-6 Keypoint radio 按钮旁边的 radio 按钮将其改变为 Yes 并单击 OK。ANSYS 将材 料特性号指向 1，将单元类型号指向 1 并将截面特性号指向 1。 8． 出现线属性对话框。在图形窗口选择关键点 3 并在对话框中单击 OK。 9． 存储模型。选择菜单 Utility Menu>File>Save As。选择 OK，当 ANSYS 询问是否覆盖时，单击 OK。 第五步：对线划分网格并确认梁的定位 1． 定 义 网 格 大 小 和 分 段 数 。 选 择 菜 单 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-All Lines 。 在 No. Of Element Divisions 框中输入 10 并单击 OK。 2． 对线划分网格。选择菜单 Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>Lines。确认在“Mesh Lines”对话框中 Pick 和 Single 选定，然后在图形窗口选择线。在对话框中单击 OK 对线划分网格。 3． 旋转划分好网格的线。选择菜单 Utility Menu>PlotCtrls>Pan, Zoom,Rotate。弹出 Pan,Zoom,Rotate 对话框。选择 ISO 并单击 Close。图形窗 口中梁将旋转。 4． 确认梁的定位。选择菜单 Utility Menu>PlotCtrls>Style> Size&Shape。选择/ESHAPE 旁边的 radio 按钮并单击 OK。 5． 显示横截面形状。选择菜单 Main Menu>Preprocessor>Sections> Plot Section 并单击 OK。 6． 重新显示网格。选择菜单 Utility Menu>Plot>Elements。 第六步：定义边界条件 1． 定 义 固 定 端 的 边 界 条 件 。 选 择 菜 单 Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>On Keypoints。将弹 出 Apply U,ROT on KPs 对话框。 2． 定义关键点 1 为固定端。在 ANSYS 输入窗口，输入 1 并回车，然后 单击 OK。 3． 在对话框中选择“All DOF”，然后单击 OK。在 ANSYS 图形窗口将显 示边界条件。 4． 在 自 由 端 施 加 集 中 力 。 选 择 菜 单 Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Structural-Force/Moment>On Keypoints。将出 现 Apply F/M on KPs 对话框。 5． 定义关键点 2 为自由端。在 ANSYS 输入窗口，输入 2 并回车，然后 单击 OK。 6． 在 Direction of force/mom 框中选择 FY。 7． 在数值处输入 1 并单击 OK。在 ANSYS 图形窗口将出现集中力标志。 8． 存储模型。选择菜单 Utility Menu>File>Save As。选择 OK，当 ANSYS 询问是否覆盖时，单击 Yes。 9． 选择菜单 Main Menu>Finish。 第七步：作特征值屈曲分析 1． 进入时序后处理器。选择菜单 TimeHist Postpro>Define Variables。 TIME 变量是缺省的。选择 Close

ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 2.设置分析选项。选择菜单 Main menu> Solution> Analysis Options.。 将弹出 Static或 Steady- State Analysis对话框。 生成应力-刚度矩阵,存储起来在后续的特征值屈曲分析中使用。在 Stress stiffness or prestress框中,选择“ Prestress on”。 定义分析求解方法为 sparse solver。在 Equation solver框中选择 Sparse solver单击OK。 5.选择菜单 Main menu> Solution>- Solve- Current ls。浏览/STAT命令 窗口中的内容,然后单击OK开始求解。 6.当“ Solution is done!”窗口出现时,单击 Close关闭窗口。 7.选择菜单 Main menu> Finish 8.选择菜单 Main menu> Solution>- Analysis Type- New Analysis 9.选择“ Eigen Buckling”选项,然后单击OK。 10.选择菜单 Main menu> Solution> Analysis Options。将弹出特征值屈 曲选项对话框。选择 Block lanczos方法。在模态数目框中输入4,然后单击OK。 11.在 MXPAND命令设置 Element Calculation Key。选择菜单Main Menu>Solution>-Load Step Opts-ExpansionPass>Expand Modes 12.在扩展模态对话框中,输入4作为模态数,将 Calculate elem result: 框由No改为Yes,然后单击OK。 13.选择菜单 Main menu> Solution>- Solve- Current ls。浏览/STAT命令 窗口中的内容,然后单击0K开始求解。 14.当“ Solution is done!”窗口出现时,单击 Close关闭窗口。 15.选择菜单 Utility Menu> Plotctrls> Style>Size& Shape。确认在 / ESHAPE旁边的 radio按钮为ON,然后选择OK。 16.在 ANSYS输入窗口中输入/VIEW,1,1,1,1然后按回车。 17.在 ANSYS输入窗口中输入/ANG,1然后按回车 18.显示求解结果。选择菜单 Main menu> eneral Postproc>List Results> Results Summary。当查看结果完毕后,单击 Close关闭窗口 19.选择菜单 Main menu> General Postproc>List Results>-Read Results-> First set。 20.绘出梁的第一个模态。选择菜单 Main menu> General Postproc>Plot lesults> Deformed Shape。将弹出 Plot Deformed Shape对话框。选择Def+ undef edge并单击OK 21.选择菜单 Main menu> Finish。 第八步:作非线性屈曲分析求解 1.引入前面分析中得到的模型缺陷计算结果。选择菜单Main Menu> Preprocessor.>- Modeling- Update Geom.。在 Update Geometry对话框中, 输入0.002作为 Scaling factor,在 load step框中输入1,在 Substep框中输 入1,在 Selection框中输入file.rst。单击OK。 2.选择菜单 Main menu> Solution>- Analysis Type- New Analysis 3.选择“ Static”选项,单击OK 4.选择菜单 Main menu> Solution>- Load Step Opts- Output Ctrl>DB/ Results file,并确认选择了 All Items和 All entities选项,然后 单击OK 7-7

ANSYS 高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 7-7 2． 设置分析选项。选择菜单 Main Menu>Solution>Analysis Options。 将弹出 Static 或 Steady-State Analysis 对话框。 3． 生成应力-刚度矩阵，存储起来在后续的特征值屈曲分析中使用。在 Stress stiffness or prestress 框中，选择“Prestress ON”。 4． 定义分析求解方法为 sparse solver。在 Equation solver 框中选择 Sparse solver。单击 OK。 5． 选择菜单 Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。浏览/STAT 命令 窗口中的内容，然后单击 OK 开始求解。 6． 当“Solution is Done!”窗口出现时，单击 Close 关闭窗口。 7． 选择菜单 Main Menu>Finish。 8． 选择菜单 Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis。 9． 选择“Eigen Buckling”选项，然后单击 OK。 10．选择菜单 Main Menu>Solution>Analysis Options。将弹出特征值屈 曲选项对话框。选择 Block Lanczos 方法。在模态数目框中输入 4，然后单击 OK。 11．在 MXPAND 命令设置 Element Calculation Key。选择菜单 Main Menu>Solution>-Load Step Opts-ExpansionPass>Expand Modes。 12．在扩展模态对话框中，输入 4 作为模态数，将 Calculate elem results 框由 No 改为 Yes，然后单击 OK。 13．选择菜单 Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。浏览/STAT 命令 窗口中的内容，然后单击 OK 开始求解。 14．当“Solution is Done!”窗口出现时，单击 Close 关闭窗口。 15．选择菜单 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size&Shape 。确认在 /ESHAPE 旁边的 radio 按钮为 ON，然后选择 OK。 16．在 ANSYS 输入窗口中输入/VIEW,1,1,1,1 然后按回车。 17．在 ANSYS 输入窗口中输入/ANG,1 然后按回车。 18．显示求解结果。选择菜单 Main Menu>General Postproc>List Results>Results Summary。当查看结果完毕后，单击 Close 关闭窗口。 19．选择菜单 Main Menu>General Postproc>List Results>-Read Results->First Set。 20．绘出梁的第一个模态。选择菜单 Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape。将弹出 Plot Deformed Shape 对话框。选择 Def+undef edge 并单击 OK。 21．选择菜单 Main Menu>Finish。 第八步：作非线性屈曲分析求解 1． 引 入 前 面 分 析 中 得 到 的 模 型 缺 陷 计 算 结 果 。 选 择 菜 单 Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Update Geom。在 Update Geometry 对话框中， 输入 0.002 作为 Scaling Factor，在 load step 框中输入 1，在 Substep 框中输 入 1，在 Selection 框中输入 file.rst。单击 OK。 2． 选择菜单 Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis。 3． 选择“Static”选项，单击 OK。 4． 选 择 菜 单 Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File，并确认选择了 All Items 和 All entities 选项，然后 单击 OK

ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 5.选择菜单 Main menu> Solution> Analysis Options。设置 Large deform effects旁边的 radio按钮为ON,然后单击OK。 6.设定arc- length方法。选择菜单 Main menu> Solution》 Load Step 0pts> Nonlinear>Arc- Length Opts。设定Arc- length方法为ON,然后单击OK。 8.段 quenc>Time and Substeps。输入1000.子步数并单击 7.定义本载荷步中的子步数。选择菜单 Main menu> Solution>- Load ste Opts-Time/F 置求解中断参数 选择菜单Mai Menu> Solution> Nonlinear>Arc- Length Opts。选择 the lab菜单旁边的下拉式 菜单的位移限制选项。在最大位移框中输入1.0。在VAL框中输入结点号为2。 选择 Degree of Freedom旁边的下拉菜单为UZ。单击OK 9.求解当前模型。选择菜单 Main menu> Solution>- Solve- Current ls。 浏览/STAT命令窗口中的内容,然后单击OK开始求解。同时将弹出一个非线性 求解窗口。收敛图也将显示,并在几分钟内完成。 10.当“ Solution is done!”窗口出现时,单击 Close关闭窗口。 11.选择菜单 Main menu> Finish。 12.重画梁网格。选择菜单 Utility Menu>Plot> Elements 13.定义要从结果文件中读出的载荷点位移。选择菜单 Menu> TimeHist Postpro> Define variables。当出现对话框时,单击OK 14.当弹出 Add Time- History Variable窗口时,确认 Nodal dof result 选项选中,然后单击OK。 15.出现 Define nodal data选择对话框。在图形窗口,选择结点2(梁 的右端结点)并单击OK。 16.出现 Define nodal Data窗口。确认参数Ref号和结点号都设置为2。 在User- specified框中输入 TIPLATDI。选择UZ平移并单击OK。 17.定义从结果文件中读出的总支反力。在 Define time- Histor Variables窗口选择Add 18.当 Add Time- History Variable窗口出现时,选择 Reaction forces radio按钮并选择OK。 19.出现 Define Nodal data选择对话框。在 ANSYS输入窗口中输入1 (梁的左端结点)并选择OK。单击 Close关闭对话框 20.出现 Define reaction force variable窗口。确认参数Ref号设置 为3,结点号设置为1。选择 Struct force fy选项并单击OK 21.选择菜单 Main Menu >TimeHist Postpro> Math Operators Multiply。在 Multiply time- History Variables窗口,在结果框中输入4作为 参考号,输入-1.0在 lst Factor框,在 lst variable框中输入3,单击OK。 22.显示X变量。选择菜单 Main menu> TimeHist Postpro> Settings Graph。在 Single variable no.框输入2并单击OK 23.绘出载荷和位移关系曲线以确定特征值法计算出的临界载荷。选择 菜单 Main menu> TimeHist Postpro>Graph Variables。在 Ist variable to graph 框中输入1。 24.列出变量随时间的变化曲线。选择菜单 Main menu> Timehist Postpro>List variables。在 lst variable to list框中输入2,在2 nd variable 框中输入4并单击OK 25.在 PRVAR命令窗口中检验数值并比较其与特征值屈曲分析的结果。 7-8

ANSYS 高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 7-8 5． 选择菜单 Main Menu>Solution>Analysis Options。设置 Large deform effects 旁边的 radio 按钮为 ON，然后单击 OK。 6． 设定 arc-length 方法。选择菜单 Main Menu>Solution>Load Step Opts>Nonlinear>Arc-Length Opts。设定 Arc-length 方法为 ON，然后单击 OK。 7． 定义本载荷步中的子步数。选择菜单 Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substeps。输入 10000 作为子步数并单击 OK。 8． 设 置 求 解 中 断 参 数 。 选 择 菜 单 Main Menu>Solution>Nonlinear>Arc-Length Opts。选择 the Lab 菜单旁边的下拉式 菜单的位移限制选项。在最大位移框中输入 1.0。在 VAL 框中输入结点号为 2。 选择 Degree of Freedom 旁边的下拉菜单为 UZ。单击 OK。 9． 求解当前模型。选择菜单 Main Menu>Solution>-Solve-Current LS。 浏览/STAT 命令窗口中的内容，然后单击 OK 开始求解。同时将弹出一个非线性 求解窗口。收敛图也将显示，并在几分钟内完成。 10． 当“Solution is Done!”窗口出现时，单击 Close 关闭窗口。 11． 选择菜单 Main Menu>Finish。 12． 重画梁网格。选择菜单 Utility Menu>Plot>Elements。 13． 定 义 要 从 结 果 文 件 中 读 出 的 载 荷 点 位 移 。 选 择 菜 单 Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables。当出现对话框时，单击 OK。 14． 当弹出 Add Time-History Variable 窗口时，确认 Nodal DOF result 选项选中，然后单击 OK。 15． 出现 Define Nodal Data 选择对话框。在图形窗口，选择结点 2（梁 的右端结点）并单击 OK。 16． 出现 Define Nodal Data 窗口。确认参数 Ref 号和结点号都设置为 2。 在 User-specified 框中输入 TIPLATDI。选择 UZ 平移并单击 OK。 17． 定义从结果文件中读出的总支反力。在 Define Time-History Variables 窗口选择 Add。 18． 当 Add Time-History Variable 窗口出现时，选择 Reaction forces radio 按钮并选择 OK。 19． 出现 Define Nodal Data 选择对话框。在 ANSYS 输入窗口中输入 1 （梁的左端结点）并选择 OK。单击 Close 关闭对话框。 20． 出现 Define Reaction Force Variable 窗口。确认参数 Ref 号设置 为 3，结点号设置为 1。选择 Struct Force FY 选项并单击 OK。 21． 选择菜单 Main Menu>TimeHist Postpro>Math Operators> Multiply。在 Multiply Time-History Variables 窗口，在结果框中输入 4 作为 参考号，输入-1.0 在 1st Factor 框，在 1st Variable 框中输入 3，单击 OK。 22． 显示 X 变量。选择菜单 Main Menu>TimeHist Postpro>Settings> Graph。在 Single variable no.框输入 2 并单击 OK。 23． 绘出载荷和位移关系曲线以确定特征值法计算出的临界载荷。选择 菜单 Main Menu>TimeHist Postpro>Graph Variables。在 1st variable to graph 框中输入 1。 24． 列出变量随时间的变化曲线。选择菜单 Main Menu>TimeHist Postpro>List Variables。在 1st variable to list 框中输入 2，在 2nd variable 框中输入 4 并单击 OK。 25． 在 PRVAR 命令窗口中检验数值并比较其与特征值屈曲分析的结果

ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 关闭 PRVAR命令窗口。 26.选择菜单 Main menu>finish 第九步:绘出并查看结果 1.在 ANSYS工具栏,单击Quit 2.选择一个存储选项并单击OK。 悬臂梁求解实例:命令行格式 可以用命令行格式完成同样的分析问题 /PREP7 /GRA, POWER GST, ON /SHOW, BUCKLE, GRPH K,1,0,0,0, K,2,100.0,0,0, K,3,50,5,0, LSTR ET, 1. BEAM189 SECTYPE. 1, BEAM, RECT SECDATA, 0.2. 5.0 SLIST, 1. 1 MP, EX, 1.1E4 MP, NUXY, 1.0.0 LATT,1,,1,0 LES IZE. all SECN. 1 MESH. all VIEW,,1,1,1 /ESHAPE, lEPLOT 0,AL, FK,2,FY,1.0 FINISH /SOLU PSTRES, ON EQSLV, SPARSE SOLVE FINISH /SOLU ANTYPE, BUCKLE BUCOPT, LANB 4 MXPAND. 4,, yES SOLVE /POSTI 7-9

ANSYS 高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 7-9 关闭 PRVAR 命令窗口。 26． 选择菜单 Main Menu>Finish。 第九步：绘出并查看结果 1． 在 ANSYS 工具栏，单击 Quit。 2． 选择一个存储选项并单击 OK。 悬臂梁求解实例：命令行格式 可以用命令行格式完成同样的分析问题： /PREP7 /GRA,POWER GST,ON /SHOW,BUCKLE,GRPH K,1,0,0,0, K,2,100.0,0,0, K,3,50,5,0, LSTR, 1, 2 ET,1,BEAM189 SECTYPE, 1, BEAM, RECT, SECDATA, 0.2, 5.0 SLIST, 1, 1, , MP,EX,1,1E4 MP,NUXY,1,0.0 LSEL,S, , , 1, 1, 1 LATT,1, ,1,0, 3, ,1 LESIZE, all, , ,10 SECN,1 LMESH,all /VIEW,,1,1,1 /ESHAPE,1EPLOT DK,1, , , ,0,ALL, , FK,2,FY,1.0 FINISH /SOLU PSTRES,ON EQSLV,SPARSE SOLVE FINISH /SOLU ANTYPE,BUCKLE BUCOPT,LANB,4 MXPAND,4,,,YES SOLVE /POST1

ANSYS高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 /ESHAPE, 1 VIEW,1,1,1,1 /ANG, 1 SET, LISTSET, 1.1 PLDI FINISH UPGEOM. 0. 002, 1,1 file, rst /SOLU ANTYPE STATIC OUTRES. ALL. ALL NLGEOM. ON ARLEN. ON NSUBST, 10000 ARCTRM. U. 1.0.2.UZ SOLVE FINISH /POST26 NSOL, 2.2. U Z, TIP LAT DISP RFORCE.3,1,F,Y PROD, 4.3 ,-1.0,1,1, PLVAR, 4 7-10

ANSYS 高级分析技术指南 梁分析和横截面形状 7-10 /ESHAPE,1 /VIEW, 1 ,1,1,1 /ANG, 1 SET,LISTSET,1,1 PLDI,2 FINISH UPGEOM,0.002,1,1,file,rst /SOLU ANTYPE, STATIC OUTRES,ALL,ALL NLGEOM,ON ARCLEN,ON NSUBST,10000 ARCTRM,U,1.0,2,UZ SOLVE FINISH /POST26 NSOL,2,2,U,Z,TIP LAT DISP RFORCE,3,1,F,Y, PROD,4,3, , , , , ,-1.0,1,1, XVAR,2 PLVAR,4 PRVAR,2,4 FINISH