ANSYS Workbench非线性屈曲分析入门指南

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很多旋转受压结构必须进行屈曲分析，常规结构屈曲分析软件有nastran、abaqus和ansys，nastran对线性大型模型分析效率较高；abaqus屈曲分析使用较少；ansys使用比较频繁，其快速建模，与CAD软件的良好借口及有限元模型前处理的便捷性（WB界面）很有吸引力，屈曲分析功能较为完善，可以进行线性、非线性和后屈曲分析。

ansys学习资料中介绍较多的是线性屈曲分析。线性屈曲分析在工业实际中预测的值偏高，有的甚至超过实际实验测试值的几十倍，线性分析唯一优势是其分析速度较快。但在实际中其预测值参考价值不大，仅给定结构屈曲失效的上限值。非线性屈曲分析考虑其他因素，包括结构加工缺陷（几何），材料非线性等，因此较为接近实际情况，但计算耗时较长。针对最艰难学习情况归纳总结非线性屈曲分析时技术要点及应注意事项。

对于规则旋转壳，承受外压载荷作用，进行非线性屈曲分析时，必须加上几何缺陷，关键步是添加APDL语句
/prep7
upgeom,0.1,1,1,file,rst
cdwrite,db,file,cdb
/solu

该步引入屈曲模态情况下的几何缺陷，缺陷为屈曲模态变形相对值的0.1倍，该值可以根据实际加工水平等其他条件确定，上述语句保存在txt文档中，在workbench流程APDL模块调用。

分析详细流程为，static structure模块导入几何，施加载荷和边界条件，分析求解，将linear buckling拖入流程中，共享static structure模块数据，进行线性屈曲模块分析，Mechanial APDL模块调用屈曲分析结果，并调入（addinput）上面内含几何缺陷命令语句命令的txt文件，更新，将Mechanical结果导入Finite Element modeler模块，更新，此时在缺陷附近的单元节点位置发生改变。在Finite Element modeler重构几何，导入static structure模块，此时可设置结构材料塑性参数，如屈服强度，剪切模量等。进入Mechanical分析中，设置分析选项，主要设置分析步数和稳定能，分析步应设的足够大，便于捕捉屈曲临界载荷值。

最后求解，屈曲载荷位移曲线中有突变点，该处即为屈曲临界载荷值。

以受外压的圆柱壳为例

流程如下

线性静力分析后进行屈曲分析，线性静力分析约束及载荷如下，圆柱壳两端固定约束，中间承受1MPa压力作用

屈曲分析结果如下，载荷乘子1.5155，因此结构线性屈曲载荷为1.5155MPa

将屈曲分析模态位移结果导入Mechanical APDL中，添加upgeom.txt更细结构单元节点位置，将Mechanical APDL中结果导入Finite Element Modeler中，重建模型导入static structure中，添加边界条件，注意此时压力载荷施加应超过屈曲载荷1.5155MPa，这里取2MPa。分析设置如下图，设置分析时间2000s，打开几何分线性开关，设置载荷步初始200，最小100，最大1000.保证能有效捕捉屈曲点。打开stabilization，开启稳定性分析。

最终求解得到结构载荷位移曲线，曲线中应出现一突变段，如下图所示，在1250s时刻，位移突变，因此考虑几何非线性时，结构屈曲载荷为1.25MPa，小于线性屈曲分析结果。

注意以上分析时，缺陷放大因子取0.2。放大因子取0.1时，结构载荷位移曲线没有突变段，呈现线性关系。具体如何取值应根据实际情况确定。

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