ansys壓桿穩(wěn)定的案例
材料力學(xué)之壓桿穩(wěn)定ANSYS特征值屈曲分析
導(dǎo)讀：掌握壓桿不同約束條件的施加和特征值屈曲分析方法，臨界載荷等于施加的載荷乘以特征值。
一、模型演示
以下模型實(shí)驗(yàn)演示了不同邊界條件下受壓桿件的屈曲現(xiàn)象和對應(yīng)的屈曲變形。實(shí)驗(yàn)中采用塑料尺來模擬桿件，我們可以感受到使塑料尺發(fā)生屈曲時(shí)所需力的大小。
(1)將塑料尺的一端置于桌面上，另一端用手掌加以固定，下壓塑料尺的頂部并逐步增加壓力，直尺會(huì)突然產(chǎn)生如圖a所示的側(cè)向變形。進(jìn)一步增加壓力，變形也會(huì)相應(yīng)的增大。本實(shí)驗(yàn)演示了兩端鉸支桿件的屈曲現(xiàn)象。
圖a 兩端鉸支
(2)用手指將塑料尺的兩端捏緊，防止其發(fā)生選裝和平動(dòng)。然后對直尺逐漸施加壓力直至出現(xiàn)如圖b所示的側(cè)向變形。本實(shí)驗(yàn)演示了兩端固定桿件的屈曲現(xiàn)象。可以明顯感受到本實(shí)驗(yàn)所需的臨界壓力要大于前一個(gè)實(shí)驗(yàn)。
圖b 兩端固定
(3)如果在塑料尺中部設(shè)置一側(cè)向支撐，以保證尺子在這點(diǎn)不會(huì)發(fā)生平動(dòng)，則需要施加比第一個(gè)實(shí)驗(yàn)更大的壓力才能使塑料尺發(fā)生如圖c所示的屈曲變形。
圖c 中部側(cè)向支撐
模型演示圖片來源：英國曼徹斯特大學(xué)季天健教授。
二、定義和概念
穩(wěn)定性：平衡物體在其原來平衡狀態(tài)下抵抗干擾的能力。
失穩(wěn)：不穩(wěn)定的平衡物體在任意微小的外界干擾下的變化或破壞過程，也稱為屈曲。
臨界載荷：使結(jié)構(gòu)介于穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡之間的載荷，或使結(jié)構(gòu)處于屈曲臨界狀態(tài)的載荷。
平衡的三種狀態(tài)：穩(wěn)定平衡、隨遇平衡（臨界狀態(tài)）、不穩(wěn)定平衡。
三、問題描述
鋼板尺子長度500mm，寬度39mm，厚度1.2mm。彈性模量E= 200 GPa，泊松比u =0.3。
分別受以下4種約束作用：
(1)兩端鉸支，
(2)一端固定、另一端自由，
(3)一端固定、另一端鉸支，
(4)兩端固定。
計(jì)算在各種約束情況下的臨界載荷。
展開 如何使用ANSYS繪制拉（壓）桿的軸力圖？
一．材料力學(xué)解法：
假定拉力為正軸力，根據(jù)材料力學(xué)中提供的解法——截面法：
1.求支反力：根據(jù)平衡關(guān)系，可得支反力FR=10kN;
2.截面法：
根據(jù)每段桿件的平衡關(guān)系，可得：
FN1=10kN；FN2=50kN；FN3=-5kN；FN4=20kN，軸力圖如下：
二．ANSYS解法：
使用ANSYS求解該問題時(shí)，我們從以下幾個(gè)方面入手：
1. 確定分析類型：根據(jù)例題所示結(jié)構(gòu)，確定分析類型為靜力學(xué)分析；
2. 確定單元類型：該結(jié)構(gòu)為拉壓桿，結(jié)果需要輸出軸力圖，因此分析時(shí)使用beam單元；
Step1:在SCDM中創(chuàng)建線體模型：
1.將草繪平面設(shè)置為Z面（根據(jù)自己習(xí)慣，選擇草繪平面）；
2.根據(jù)題目所示幾何尺寸，草繪四條線（草繪四條線，產(chǎn)生五個(gè)點(diǎn)，方便在后續(xù)步驟中施加四個(gè)載荷和一個(gè)約束）；
3.為線賦予截面，完成線體建模（由于主要計(jì)算軸力，因此截面形狀和幾何尺寸我們可以隨意設(shè)置一種，筆者在此使用默認(rèn)圓截面）；
4.為了保證四個(gè)線體連接處的節(jié)點(diǎn)連續(xù)，需要在選擇share命令進(jìn)行重合拓?fù)涔蚕恚?Step2：在WB中創(chuàng)建載荷及約束：
1.搭建分析流程：
2.網(wǎng)格劃分：自由網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格尺寸設(shè)置為10mm。
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在SHPB模擬中，通常需要去對材料定義合適的失效準(zhǔn)則，使其模擬破碎情況與實(shí)際情況一致，這里涉及到失效參數(shù)的調(diào)試過程，需要進(jìn)行大量的試算。本文主要將自己調(diào)試過程中得到的破碎效果進(jìn)行總結(jié)（破碎圖對應(yīng)k文件），給大家提供參數(shù)調(diào)整的思路，以期減少大家在調(diào)試過程中所花時(shí)間。
文件中包含幾十個(gè)SHPB破碎k文件，同時(shí)對于該案例的整體操作流程（包括軟件學(xué)習(xí)、入射波加載、數(shù)據(jù)處理）進(jìn)行了非常詳細(xì)的總結(jié)，一起整理到附件中供大家參考。
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