ANSYS平面板殼的大變形及應(yīng)力

平面板殼的大變形及應(yīng)力分析算例來(lái)源：ANSYS非線(xiàn)性基礎(chǔ)培訓(xùn)案例算例制作：孟志華算例校核：關(guān)鍵詞：板殼單元、幾何非線(xiàn)性、大變形、摘要本算例對(duì)一個(gè)平面圓盤(pán)結(jié)構(gòu)的板殼件進(jìn)行非線(xiàn)性大變形分析。在ANSYSMechanical軟件中進(jìn)行模型導(dǎo)入、網(wǎng)格劃分、載荷約束施加，分別計(jì)算線(xiàn)性小變形和非線(xiàn)性大變形的結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力，校核板殼的位移是否滿(mǎn)足要求。其中，Mechanical默認(rèn)對(duì)板殼單元使用Shell181單元，適合模擬薄殼到中等厚度殼。由于板殼結(jié)構(gòu)的厚度較薄，線(xiàn)性分析結(jié)果的位移達(dá)到49mm，結(jié)構(gòu)變形的撓度約為1/40，變形量較大。因此，在本例題中，應(yīng)打開(kāi)幾何大變形的開(kāi)關(guān)，作為幾何非線(xiàn)性問(wèn)題來(lái)對(duì)待。本例適合于初學(xué)者快速了解非線(xiàn)性問(wèn)題的基本分析過(guò)程，并了解幾何非線(xiàn)性的設(shè)置操作。算例描述圓盤(pán)板殼結(jié)構(gòu)如圖，材料為ANSYS內(nèi)置的鋼材料，部分區(qū)域承受均布力荷載，板殼邊沿有固定約束。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、荷載對(duì)稱(chēng)，為減少求解消耗，僅使用1/4模型，并施加對(duì)稱(chēng)邊界條件即可。分別計(jì)算線(xiàn)性小變形和非線(xiàn)性大變形的結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力。3.1.打開(kāi)ANSYSWorkbench，導(dǎo)入已有文件首先啟動(dòng)ANSYSWorkbench環(huán)境。（1） 導(dǎo)入已有的Workbench文件包：在Workbench界面的頂部【File】菜單中，使用“RestoreArchive…”菜單，指定本算例文件“SNLWS01.1-shell-disk.wbpz”及路徑，解壓并打開(kāi)文件。在系統(tǒng)提示保存時(shí)，選擇“保存”。提示：.wbpz，是ANSYSWorkbench的一種壓縮文件格式，壓縮文件內(nèi)包含了所有的仿真項(xiàng)目及必要的過(guò)程文件。該文件不能直接用“Open”打開(kāi)，而是用“RestoreArchive…”解壓打開(kāi)。在解壓打開(kāi)時(shí)，必須接受“保存”為.wbpj文件和同名文件夾，以便繼續(xù)完成操作。（2） 檢查確認(rèn)導(dǎo)入的wbpz文件：在Workbench界面中，導(dǎo)入文件后，在GUI視窗中，可以看到已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)“靜力分析”的項(xiàng)目及過(guò)程。3.2.檢查確認(rèn)材料的力學(xué)屬性提示：ANSYSMechanical在Workbench環(huán)境中，提供了一些鋼、鋁等常用材料庫(kù)，在【EngineeringData】可以設(shè)置、修改、或創(chuàng)建材料。而且，ANSYSMechanical默認(rèn)將所有單元設(shè)置為低碳鋼材料。（1） 在【ProjectSchematic】視窗欄目中，雙擊靜力分析過(guò)程的【EngineeringData】欄目，則進(jìn)入材料數(shù)據(jù)的設(shè)置和修改、創(chuàng)建頁(yè)面。（2） 檢查“structuralsteel”材料屬性：點(diǎn)擊默認(rèn)的“structuralsteel”材料，可以看到下面的材料力學(xué)屬性表格。結(jié)構(gòu)有限元分析最基本的材料力學(xué)屬性為楊氏模量、泊松比等，對(duì)于材料非線(xiàn)性分析，則需要添加和定制更多的材料本構(gòu)關(guān)系。（3） 直接關(guān)閉【EngineeringData】頁(yè)簽，回到Workbench的起始頁(yè)面（主頁(yè)面）。3.3.進(jìn)入Mechanical，賦予材料及網(wǎng)格劃分（1） 打開(kāi)ANSYSMechanical模塊：在Workbench起始界面，找到項(xiàng)目流程【ProjectSchematic】窗口下的靜力分析過(guò)程，雙擊其中的【Model】欄目，即打開(kāi)ANSYSMechanical模塊的界面。在本例題中，【Geometry】欄的幾何模型，已經(jīng)創(chuàng)建好，讀者無(wú)需操作。3.3.進(jìn)入Mechanical，賦予材料及網(wǎng)格劃分（1） 修改單位制：在Mechanical界面的頂部菜單欄，設(shè)置單位制【Units】為毫米、公斤、牛的單位制。3.3.進(jìn)入Mechanical，賦予材料及網(wǎng)格劃分（2） 檢查確認(rèn)板殼結(jié)構(gòu)的材料和厚度：在Mechanical的左側(cè)目錄樹(shù)【Outline】下，依次找到【Project】-【Model】-【Geometry】，左鍵點(diǎn)中“surfacebody”零件，此時(shí)在界面左下角的【Detail】細(xì)節(jié)設(shè)置面板中可為該零件賦予材料或設(shè)置其他屬性。找到細(xì)節(jié)設(shè)置面板下的【Material】-【Assignment】，確認(rèn)是系統(tǒng)默認(rèn)材料structuralsteel。找到細(xì)節(jié)設(shè)置面板下【Thickness】欄，確認(rèn)此處的板殼厚度為1mm。3.府3.進(jìn)入Me漢ch胃an南ic賽al，賦壞予材且料及板網(wǎng)格為劃分（3）鋪定義乞網(wǎng)格務(wù)劃分刪方法筋：在傳左側(cè)貝目錄酷樹(shù)【O見(jiàn)ut和li性ne挺】下，爛右鍵兇點(diǎn)擊【M喪es墊h】，在防彈出抄菜單丑中選揭擇【M鬼et齒ho賽d】，即郵添加屯了一遵個(gè)網(wǎng)燙格劃需分方終法。低然后維在網(wǎng)謹(jǐn)格劃店分方惑法對(duì)缺應(yīng)的【D丹et扒ai吃l】細(xì)節(jié)吵設(shè)置距面板抱中，斃在【G愈eo灘me授tr排y】項(xiàng)上陶指定槐設(shè)置豆對(duì)象喊為板晝殼零尋件，抵在【M電et壩ho從d】項(xiàng)設(shè)呈置為背“Mu籌lt請(qǐng)iz克on慚e幣Qu按ad膜/T量ri總”劃分點(diǎn)方法北。本健例題喜中，貼已經(jīng)乒添加爹并設(shè)組置了謀該網(wǎng)表格劃蚊分方叨法，襯讀者鞠可以社不做疾修改變。提示唐：“Mu糞lt擋iz枝on神e才Qu跨ad稻/T傍ri淚”網(wǎng)格俯劃分投方法第，稱(chēng)孩之為私多區(qū)聞?dòng)蚓W(wǎng)魄格劃券分方秤法，禿是常棋用的守四邊巡壽形、穴六面濫體網(wǎng)更格劃束分方謀法之脾一。3.詳3.進(jìn)入Me慨ch冒an杠ic捉al，賦狗予材都料及增網(wǎng)格縫劃分（4）計(jì)定義寇網(wǎng)格荷劃分卸尺寸撓：點(diǎn)深擊左貝側(cè)目懂錄樹(shù)【O帆ut督li譯ne妄】的【M忠es面h】欄，范對(duì)應(yīng)破的細(xì)涉節(jié)設(shè)黨置面畫(huà)板中澆，已眼經(jīng)設(shè)群置了錯(cuò)總體判的網(wǎng)驅(qū)格劃壞分尺它寸【E噸le膊me獸nt差S污iz牙e】為5m狡m。無(wú)消需修境改。（5）判生成外網(wǎng)格麥：在始目錄廢樹(shù)【O偉ut洞li虜ne若】下，弟找到-【繞Me喝sh寒】，鼠袖標(biāo)右鑼鍵，毅在彈映出菜犁單中秩選擇【G瘡en夠er疤at用e聯(lián)Me稀sh世】，即白可完鵝成網(wǎng)糧格劃亦分。旬劃分宴網(wǎng)格交后的蜓網(wǎng)格體數(shù)量歲、質(zhì)梯量等仗信息挺，可荷以在搏選中-【山Me健sh險(xiǎn)】下的供細(xì)節(jié)奪設(shè)置批面板照中查際看。3.駱4.施加夜載荷疏和邊燈界條善件本案扒例需淺要添您加兩規(guī)類(lèi)邊醫(yī)界條姓件，鄭一類(lèi)渣為均顫布?jí)簲n力載情荷，勻一類(lèi)巖為固薪定約毛束。（1）蔥施加胞均布剛壓力釘載荷針：例酷題中支的目卻錄樹(shù)嚇中，殃已經(jīng)坡添加片并定友義了【P事re湖ss估ur菜e】均布本力載刑荷，相并定咱義了捆作用評(píng)區(qū)域慮和數(shù)錯(cuò)值。盆如下繁圖，炮無(wú)需泡修改抽。（2）應(yīng)施加湖固定謙約束臉：例燦題中塞的目辰錄樹(shù)晌中，奇已經(jīng)訊添加恒并定垮義了【F撲ix累ed額S線(xiàn)up弊po犬rt先】固定孤約束緩，并充定義貝了約聰束作對(duì)用的摔區(qū)域組和數(shù)仁值。濤如下骨圖，甜無(wú)需節(jié)修改肌。（3）唱檢查柔結(jié)構(gòu)舌對(duì)稱(chēng)驅(qū)條件帳：例鐵題中澤的目弄錄樹(shù)掘中，惰已經(jīng)華添加晚并定重義了【S佳ym惹me傅tr富y】對(duì)稱(chēng)雹條件氏，作嗎用于1/嚼4板殼咬的邊師界上嚇，從雄而可魄以用1/濃4模型絕等效間整體界模型蕩進(jìn)行險(xiǎn)分析褲。如倚下圖憤，無(wú)筆需修連改。3.炒5.靜力醒分析蒸求解第一限次的鵝求解輛，為訊常規(guī)晴的靜岸力、尚線(xiàn)性芒問(wèn)題減，因因此無(wú)碧需進(jìn)堪行更偉多的葵求解才控制智。直逃接在煙左邊則目錄納樹(shù)【O遍ut集li叮ne熱s】中找滾到需片要求偷解的御靜力換分析顏工況敘，即-【驅(qū)St輕at羅ic精S繪tr瞞uc儉tu踏ra篩l】，在【S全ol州ut概io充n】欄上凡鼠標(biāo)黃右鍵許，彈識(shí)出菜收單選So黨lv數(shù)e，進(jìn)溜行求站解。3.則6.線(xiàn)性數(shù)分析熔結(jié)果峽查看計(jì)算錦完成驢后，（1）需添加腳并查聾看Vo嘩nm饞is簡(jiǎn)es應(yīng)力聯(lián)結(jié)果艘：繼鑰續(xù)在域左側(cè)選目錄扭樹(shù)【o幣ut撇li熄ne財(cái)】下的【S痕ol嫂ut火io丑n】，點(diǎn)遇鼠標(biāo)盟右鍵隨，在瘡彈出牌菜單脅選擇-【脫in衛(wèi)se腥rt摩】-巷【s芝tr甚es戴s】饞-【餃Eq卵ui珠va荷le泥nt務(wù)s種tr拿es切s/滔Vo告n-艱mi蜓se存s】，即游可在So毀lu仰ti殼on欄下脾插入攏一個(gè)Vo笛n-摟mi隸se侍s應(yīng)力削的查小看選忙項(xiàng)。首然后射在目預(yù)錄樹(shù)貿(mào)中新慕插入泉的Eq粘ui騙va老le傘nt呈S呈tr封es比s應(yīng)力妻上點(diǎn)慨擊鼠階標(biāo)右蠶鍵，蒸使用泰“Ev狂al娛ua未te榴A虜ll丈R竭es凍ul兼ts燙”，即哪可看行到應(yīng)冤力云釣圖的灣顯示勻。在本壩例題辟中，Vo文n-扇mi挨es譽(yù)e應(yīng)力鉆最大父值為80色0M容pa，最興大值悔在板杜殼零魔件圓汪心位助置3.睛6.線(xiàn)性浙分析牲結(jié)果聚查看（2）飲添加亦并查祥看整裹體變續(xù)形應(yīng)省力結(jié)商果：廉繼續(xù)刑在左零側(cè)目拍錄樹(shù)【o皮ut詳li效ne鳥(niǎo)】下的【S絹ol挨ut你io膝n】，點(diǎn)賭鼠標(biāo)滴右鍵董，在艦彈出畏菜單思選擇-【符in撫se經(jīng)rt休】-繭【d圍ef練or嗎ma農(nóng)ti隱on肆】-襯【t頸ot熟al技】，即影可在So燦lu償ti歌on欄下盛插入辣一個(gè)堵結(jié)構(gòu)廈總變塘形量量的查肚看選忙項(xiàng)。此然后窄在目爪錄樹(shù)終中新鳳插入逐的“to貪ta地l錘de吉fo眾rm討at踐io叫n”上點(diǎn)仗擊鼠古標(biāo)右隙鍵，僚使用生“Ev以al公ua叨te緞A半ll誕R循es屈ul刪ts獄”，即受可看你到結(jié)猾構(gòu)總慮體位業(yè)移云繩圖的骨顯示媽。對(duì)于姑本例朵題，素最大夏位移屈點(diǎn)在監(jiān)板殼制的圓侄心部怪位，支此外攜，可下以看熊到結(jié)偶構(gòu)的伏變形壤滿(mǎn)足魯對(duì)稱(chēng)陣條件滲，符鼻合用1/詳4模型調(diào)模擬清整體奧模型明的預(yù)帳期。3.薦7.改為鋒幾何騎非線(xiàn)艷性求技解由于祥板殼娘結(jié)構(gòu)曉的厚惰度較嘗薄，弓線(xiàn)性裂分析碎結(jié)果怪的位炭移達(dá)追到49糾mm，結(jié)蜘構(gòu)變擱形的似撓度嚴(yán)約為1/虜40，變井形量毫較大值。因鎖此，喇在本顛例題戲中，陷應(yīng)打個(gè)開(kāi)幾婆何大塑變形付的開(kāi)消關(guān)，降作為滾幾何唇非線(xiàn)豪性問(wèn)拌題來(lái)岔對(duì)待收。（1）酒打開(kāi)迅幾何滋大變舊形開(kāi)臘關(guān)：凱在Me痰ch贈(zèng)an逐ic乞al目錄之樹(shù)中河，在紹該靜樂(lè)力分妨析工嚷況【S顫ta商ti鳴c曾st肚ru辯ct跌ur因al翼】欄下對(duì)，點(diǎn)社擊【A今na襖ly肉si狀s獲Se庫(kù)tt渠in限g】欄，鑼相應(yīng)晨的細(xì)尊節(jié)設(shè)木置面呀板中恒，可糖以設(shè)瘦置各布種線(xiàn)況性、誦非線(xiàn)貼性、鋸動(dòng)力系學(xué)的偏求解扔參數(shù)某和選肅型。匯此處程，將【A拒ut耀o掠ti值me拳s營(yíng)te籠pp麻in啄g】保持召“pr壩og槳ra著m兄co鋪nt殲ro煩ll茄ed控”，即樸非線(xiàn)魯性求專(zhuān)解的震時(shí)間捐步長(zhǎng)盜由系慈統(tǒng)自促動(dòng)調(diào)腦整。使并將悅“La沸rg橫e隱De魯fl表ec招ti絡(luò)on絞”改為垮“on晌”，即誤打開(kāi)鑒幾何神非線(xiàn)態(tài)性開(kāi)覽關(guān)，選求解瓜時(shí)作唐為幾話(huà)何非拜線(xiàn)性品問(wèn)題漢來(lái)求亞解。（2）景重新般求解打：在盾目錄膊樹(shù)的【S扇ta雀ti末c絲式St油ru壓ct塵ur孔al撞】-棗【S幕ol腔ut典io航n】欄上遠(yuǎn)鼠標(biāo)絮右鍵我，彈閥出菜茶單選So格lv懇e，進(jìn)圈行重秩新求致解。（3）辛監(jiān)控咱求解廉過(guò)程襪的收售斂曲腐線(xiàn)：與非線(xiàn)慰性求澤解過(guò)赴程中騙，迭招代和腰收斂智是重溉要的膜問(wèn)題臂。在艇目錄孕樹(shù)找軌到【S荒ol面ut惕io抹n】下的【S驕ol積ut壞io痛n晚In往fo瞇rm克at區(qū)io躍n】，點(diǎn)吳擊，掌可以餓在視捉窗中昌看到躬收斂械曲線(xiàn)棋和求通解進(jìn)查度。3.才8.非線(xiàn)危性分護(hù)析結(jié)殃果查桐看由于所是非避線(xiàn)性凡問(wèn)題霜，求籌解一猶般需音要多豈次迭中代才錯(cuò)能收恭斂，棋所以哀求解墻時(shí)間具長(zhǎng)于煤線(xiàn)性蘇問(wèn)題丘。計(jì)住算完振成后狹，（1）償查看Vo洲nm音is演es應(yīng)力問(wèn)結(jié)果葡：再書(shū)次查沫看Vo慌n-集mi掛es顫e應(yīng)力維，最矛大值繳為21規(guī)3M遠(yuǎn)pa，最副大值震在板鵝殼零煎件圓字心位背置。傲遠(yuǎn)低綱于沒(méi)歇有打頭開(kāi)大起變形體開(kāi)關(guān)升時(shí)80鏟0M拆pa的結(jié)階果。3.叮8.非線(xiàn)責(zé)性分?jǐn)[析結(jié)集果查能看（2）洋查看無(wú)整體涂變形炒應(yīng)力瓣結(jié)果瞎：點(diǎn)鈴擊目淘錄樹(shù)鏟的象“to臺(tái)ta猛l宋de犧fo饅rm算at哨io族n”，即漲可看隸到結(jié)吐構(gòu)總