ANSYS如何实现结构屈曲分析

不可思议

ANSYS中的屈曲分析有两种类型，即线性屈曲分析和非线性屈曲分析。

线性屈曲分析：
  · 基于线性分析理论，不能考虑非线性因素；
  · 计算结果为屈曲因子，可换算成临界力，通常结果比实际值偏大；
  · 分两步实现，第一步为静力计算(antype,static)，必须打开预应力开关(pstres,on)，类似于预应力模态分析过程；第二步为线性屈曲分析(antype,buckle)，同样需要打开预应力开关。

非线性屈曲分析：
  · 基于非线性静力分析，可考虑非线性因素，如大变形、接触和材料非线性因素等；
  · 计算结果为临界力，分析结果更接近实际情况；
  · 分析类型为静力分析(antype,static)，打开大变形开关(nlgeom,on)，设置子步(nsubst)，打开自动时间步长开关(autots,on)，求解方法一般选取弧长法(lnsrch,on)，后处理中查看载荷和位移的曲线得到临界载荷。

此外，非线性屈曲分析中，通常会施加结构缺陷或扰动，如结构微小缺陷、偏心力、微小扰动载荷等。更复杂和合理的方式有，基于线性屈曲模态，对位移进行微小比例因子的缩放，更新几何达到施加缺陷的目的，这种方法在以后的专题中详细讨论，本篇主要讨论加偏心力矩的方法模拟缺陷。

分析过程

线性屈曲分析

非线性屈曲分析

典型命令

BUCOPT, Method, NMODE, SHIFT, LDMULTE, RangeKey——屈曲分析设置

值得注意的是，屈曲模态特征值可以为负值，负号表示载荷的方向；ANSYS排列特征值的阶次的顺序是，从负最大到0再到正最大；最小的屈曲因子就是绝对值最小的“频率值”。

OUTRES,Item,Freq,Cname,--,NSVAR——结果输出设置

NSUBST,NSBSTP,NSBMX,NSBMN,Carry——子步步数设置

其他命令

Workbench中的设置和其静力分析相似，只是如果为线性屈曲分析，预应力开关是默认打开的，但在APDL中，需要手动打开；除此之外，Workbench的Linear Buckle中，只需要设置一个模态阶次，其余设置默认即可，因此本篇不在此列出Workbench中的参数设置。

算例

悬臂梁长1.0m，截面尺寸为0.02m*0.01m，弹性模量为200Gpa，泊松比为0.3，密度为7800kg/m3。

解析解：根据欧拉公式可计算一阶失稳时的临界载荷为

线性屈曲分析：顶端作用轴向压力载荷500N，无偏心；第一阶屈曲系数为1.646，即结构在500N*1.646=823N时发生一阶失稳。

非线性屈曲分析：顶端作用轴向压力900N，偏心距为0.005m；从载荷位移图可见，结构受压方向(Y向)和侧向(Z向)的位移都在约790N时显著增大，说明此时结构发生的失稳，临界载荷为790N。