VMMECH012_Buckling of a Stepped Rod

ANSYS Workbench 阶梯轴圆杆的屈曲分析
案例分析：
如下图所示，一根阶梯圆轴杆一端固定，它受到两种轴向力的作用:自由端的拉伸载荷和两个横截面交界处的平台阶面上的压缩载荷。为了得到准确的结果，单元体尺寸大小设为6.5 mm。

求第一屈曲模态的载荷因子

1. 选择分析模块
此案例用于分析结构屈曲问题，因此需要同时使用Static Structural和Eigenvalue Buckling (又叫Linear Buckling）两种分析模块。并且前者与后者将会进行数据共享传递。
从Analysis System中拖拽Static Structural到Project Schematic中，然后拖拽Eigenvalue Buckling放置在前者的Solution上。

2. 定义材料属性
使用自定义属性。

— 右键Engineer Data并选择Edit/双击Engineer Data
— 新建材料并定义材料名称
— 从Toolbox中添加所需要的材料属性。
— 底部窗格中键入对应数值

3. 建立几何数模
右键Geometry并选择Edit Geometry in DesignModeler…
注意单位

4. 生成网格

— 双击Static Structural中的Model/右键Model选择Edit

— 右键Mesh，添加Body Sizing，单元体尺寸设置为 6.5 mm。

注：在生成网格之前，可以先将材料属性赋予几何体。展开Geometry选中几何体 -->在相关详细信息视图中Material项关联菜单选中之前自定义的材料。

Hint：可以尝试通过Multizone网格划分创建网格。

5. 添加边界条件和载荷

如下图所示，边界条件与载荷：

— Static Structural右键，插入“Fixed Support和Load。


6. 求解：
可选：也可输入想要查看的结果，例如总位移，等效应力和应变。

7.Eigenvalue Buckling求解

在Static Structural完成求解后，打开Eigenvalue Buckling中的Setup进行屈曲分析设置。
主要需要设置的是输出屈曲模态阶次，如下图所示的Max Mode to Find设置。

8. Solution
Hint：

1.若是在Solver Controls中激活包括负载荷因子选项，结果中会产生如下结果：

此结果中的第一二阶屈曲模态载荷因子均为负数，表明如果将所有载荷同时反向时也会发生屈曲，对应的屈曲载荷因子就是负特征值的绝对值。 此案例中不会出现所有载荷方向通常不会发生改变，因此可以忽略该负特征值。
2. 可以绘制所关心的屈曲模态。通过以下方法：
a. 点击工具栏中Deformation按钮，并在对应的详细信息设置窗格中，将Mode选项改成所需要的模态。
b. 在输出的结果Tabular Data窗格中，选中关心的模态载荷因子结果并右键，Create Mode Shape Results(可多选）
若要查看变形，注意将Analysis Settings中的Output Controls里的选项激活。

ANSYS Mechanical结果比较

注：上述Mechanical结果对于不同计算机或网格划分方式及网格尺寸大小可能会有些许差别

Reference：

ANSYS Help 19.0

Warren C. Young, Roark’s Formulas for Stress & Strains, McGraw Hill, 6th Edition, Table 34, Case 2a, pg. 672