平面板殼的大大變形及應力力分析算例來源：ANSYS非線性基礎(chǔ)培培訓案例算例制作：孟志華算例校核：關(guān)鍵詞詞：板殼單元、幾幾何非線性、、大變形、摘要本算例對一個個平面圓盤結(jié)結(jié)構(gòu)的板殼件件進行非線性性大變形分析析。在ANSYSMechanical軟件中進行模模型導入、網(wǎng)網(wǎng)格劃分、載載荷約束施加加，分別計算算線性小變形形和非線性大大變形的結(jié)構(gòu)構(gòu)位移和應力力，校核板殼殼的位移是否否滿足要求。。其中，Mechanical默認對板殼單單元使用Shell181單元，適合模模擬薄殼到中中等厚度殼。由于板殼結(jié)構(gòu)構(gòu)的厚度較薄薄，線性分析析結(jié)果的位移移達到49mm，結(jié)構(gòu)變形的的撓度約為1/40，變形量較大大。因此，在在本例題中，，應打開幾何何大變形的開開關(guān)，作為幾幾何非線性問問題來對待。本例適合于初初學者快速了了解非線性問問題的基本分分析過程，并并了解幾何非非線性的設(shè)置置操作。算例描述圓盤板殼結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖，材料料為ANSYS內(nèi)置的鋼材料料，部分區(qū)域域承受均布力力荷載，板殼殼邊沿有固定定約束。由于于結(jié)構(gòu)對稱、、荷載對稱，，為減少求解解消耗，僅使使用1/4模型，并施加加對稱邊界條條件即可。分分別計算線性性小變形和非非線性大變形形的結(jié)構(gòu)位移移和應力。3.1.打開ANSYSWorkbench，導入已有文文件首先啟動ANSYSWorkbench環(huán)境。（1） 導入已有有的Workbench文件包：在Workbench界面的頂部【File】】菜單中，使用用“RestoreArchive……”菜單，指定本本算例文件““SNLWS01.1-shell-disk.wbpz””及路徑，解壓壓并打開文件件。在系統(tǒng)提提示保存時，，選擇“保存存”。提示：.wbpz，是ANSYSWorkbench的一種壓縮文文件格式，壓壓縮文件內(nèi)包包含了所有的的仿真項目及及必要的過程程文件。該文文件不能直接接用“Open”打開，而是用用“RestoreArchive……”解壓打開。在在解壓打開時時，必須接受受“保存”為為.wbpj文件和同名文文件夾，以便便繼續(xù)完成操操作。（2） 檢查確認認導入的wbpz文件：在Workbench界面中，導入入文件后，在在GUI視窗中，可以以看到已經(jīng)創(chuàng)創(chuàng)建了一個““靜力分析””的項目及過過程。3.2.檢查確認材料料的力學屬性性提示：ANSYSMechanical在Workbench環(huán)境中，提供供了一些鋼、、鋁等常用材材料庫，在【EngineeringData】可以設(shè)置、修修改、或創(chuàng)建建材料。而且且，ANSYSMechanical默認將所有單單元設(shè)置為低低碳鋼材料。。（1） 在【ProjectSchematic】視窗欄目中，，雙擊靜力分分析過程的【EngineeringData】欄目，則進入入材料數(shù)據(jù)的的設(shè)置和修改改、創(chuàng)建頁面面。（2） 檢查“structuralsteel”材料屬性：點點擊默認的““structuralsteel”材料，可以看看到下面的材材料力學屬性性表格。結(jié)構(gòu)構(gòu)有限元分析析最基本的材材料力學屬性性為楊氏模量量、泊松比等等，對于材料料非線性分析析，則需要添添加和定制更更多的材料本本構(gòu)關(guān)系。（3）直直接關(guān)關(guān)閉【EngineeringData】頁簽，，回到到Workbench的起始始頁面面（主主頁面面）。。3.3.進入Mechanical，賦予予材料料及網(wǎng)網(wǎng)格劃劃分（1）打打開ANSYSMechanical模塊：：在在Workbench起始界界面，，找到到項目目流程程【ProjectSchematic】】窗口下下的靜靜力分分析過過程，，雙擊擊其中中的【Model】】欄目，，即打打開ANSYSMechanical模塊的的界面面。在在本例例題中中，【Geometry】欄的幾幾何模模型，，已經(jīng)經(jīng)創(chuàng)建建好，，讀者者無需需操作作。3.3.進入Mechanical，賦予予材料料及網(wǎng)網(wǎng)格劃劃分（1）修修改單單位制制：在在Mechanical界面的的頂部部菜單單欄，，設(shè)置置單位位制【Units】】為毫米米、公公斤、、牛的的單位位制。。3.3.進入Mechanical，賦予予材料料及網(wǎng)網(wǎng)格劃劃分（2）檢檢查確確認板板殼結(jié)結(jié)構(gòu)的的材料料和厚厚度：：在Mechanical的左側(cè)側(cè)目錄錄樹【Outline】】下，依依次找找到【Project】】-【【Model】】-【【Geometry】，左鍵鍵點中中“surfacebody””零件，，此時時在界界面左左下角角的【Detail】細節(jié)設(shè)設(shè)置面面板中中可為為該零零件賦賦予材材料或或設(shè)置置其他他屬性性。找到細細節(jié)設(shè)設(shè)置面面板下下的【【Material】-【Assignment】，確確認是是系統(tǒng)統(tǒng)默認認材料料structuralsteel。找到細細節(jié)設(shè)設(shè)置面面板下下【Thickness】欄，，確認認此處處的板板殼厚厚度為為1mm。3.3.進入Mechanical，賦予予材料料及網(wǎng)網(wǎng)格劃劃分（3）定定義網(wǎng)網(wǎng)格劃劃分方方法：：在左左側(cè)目目錄樹樹【Outline】】下，右右鍵點點擊【Mesh】，在彈彈出菜菜單中中選擇擇【Method】，即添添加了了一個個網(wǎng)格格劃分分方法法。然然后在在網(wǎng)格格劃分分方法法對應應的【Detail】細節(jié)設(shè)設(shè)置面面板中中，在在【Geometry】項上指指定設(shè)設(shè)置對對象為為板殼殼零件件，在在【Method】項設(shè)置置為““MultizoneQuad/Tri””劃分方方法。。本例例題中中，已已經(jīng)添添加并并設(shè)置置了該該網(wǎng)格格劃分分方法法，讀讀者可可以不不做修修改。。提示：：“MultizoneQuad/Tri””網(wǎng)格劃劃分方方法，，稱之之為多多區(qū)域域網(wǎng)格格劃分分方法法，是是常用用的四四邊形形、六六面體體網(wǎng)格格劃分分方法法之一一。3.3.進入Mechanical，賦予予材料料及網(wǎng)網(wǎng)格劃劃分（4）定定義網(wǎng)網(wǎng)格劃劃分尺尺寸：：點擊擊左側(cè)側(cè)目錄錄樹【Outline】】的【Mesh】欄，對對應的的細節(jié)節(jié)設(shè)置置面板板中，，已經(jīng)經(jīng)設(shè)置置了總總體的的網(wǎng)格格劃分分尺寸寸【ElementSize】為5mm。無需需修改改。（5）生生成網(wǎng)網(wǎng)格：：在目目錄樹樹【Outline】】下，找找到-【Mesh】】，鼠標標右鍵鍵，在在彈出出菜單單中選選擇【GenerateMesh】】，即可可完成成網(wǎng)格格劃分分。劃劃分網(wǎng)網(wǎng)格后后的網(wǎng)網(wǎng)格數(shù)數(shù)量、、質(zhì)量量等信信息，，可以以在選選中-【Mesh】】下的細細節(jié)設(shè)設(shè)置面面板中中查看看。3.4.施加載載荷和和邊界界條件件本案例例需要要添加加兩類類邊界界條件件，一一類為為均布布壓力力載荷荷，一一類為為固定定約束束。（1）施施加均均布壓壓力載載荷：：例題題中的的目錄錄樹中中，已已經(jīng)添添加并并定義義了【Pressure】均布力力載荷荷，并并定義義了作作用區(qū)區(qū)域和和數(shù)值值。如如下圖圖，無無需修修改。。（2） 施加固固定約束：：例題中的的目錄樹中中，已經(jīng)添添加并定義義了【FixedSupport】固定約束，，并定義了了約束作用用的區(qū)域和和數(shù)值。如如下圖，無無需修改。。（3） 檢查結(jié)結(jié)構(gòu)對稱條條件：例題題中的目錄錄樹中，已已經(jīng)添加并并定義了【Symmetry】對稱條件，，作用于1/4板殼的邊界界上，從而而可以用1/4模型等效整整體模型進進行分析。。如下圖，，無需修改改。3.5.靜力分析求求解第一次的求求解，為常常規(guī)的靜力力、線性問問題，因此此無需進行行更多的求求解控制。。直接在左左邊目錄樹樹【Outlines】中找到需要要求解的靜靜力分析工工況，即-【StaticStructural】，在【Solution】欄上鼠標右右鍵，彈出出菜單選Solve，進行求解解。3.6.線性分析結(jié)結(jié)果查看計算完成后后，（1） 添加并并查看Vonmises應力結(jié)果：：繼續(xù)在左左側(cè)目錄樹樹【outline】】下的【Solution】，點鼠標右右鍵，在彈彈出菜單選選擇-【insert】】-【stress】-【Equivalentstress/Von-mises】，即可在Solution欄下插入一一個Von-mises應力的查看看選項。然然后在目錄錄樹中新插插入的EquivalentStress應力上點擊擊鼠標右鍵鍵，使用““EvaluateAllResults””，即可看到到應力云圖圖的顯示。。在本例題中中，Von-miese應力最大值值為800Mpa，最大值在在板殼零件件圓心位置置3.6.線性分析結(jié)結(jié)果查看（2） 添加并并查看整體體變形應力力結(jié)果：繼繼續(xù)在左側(cè)側(cè)目錄樹【outline】】下的【Solution】，點鼠標右右鍵，在彈彈出菜單選選擇-【insert】】-【deformation】-【【total】，即可在Solution欄下插入一一個結(jié)構(gòu)總總變形量的的查看選項項。然后在在目錄樹中中新插入的的“totaldeformation”上點擊鼠標標右鍵，使使用“EvaluateAllResults””，即可看到到結(jié)構(gòu)總體體位移云圖圖的顯示。。對于本例題題，最大位位移點在板板殼的圓心心部位，此此外，可以以看到結(jié)構(gòu)構(gòu)的變形滿滿足對稱條條件，符合合用1/4模型模擬整體體模型的預期期。3.7.改為幾何非非線性求解解由于板殼結(jié)結(jié)構(gòu)的厚度度較薄，線線性分析結(jié)結(jié)果的位移移達到49mm，結(jié)構(gòu)變形形的撓度約約為1/40，變形量較較大。因此此，在本例例題中，應應打開幾何何大變形的的開關(guān)，作作為幾何非非線性問題題來對待。。（1） 打開幾幾何大變形形開關(guān)：在在Mechanical目錄樹中，，在該靜力力分析工況況【Staticstructural】欄下，點擊擊【AnalysisSetting】欄，相應的的細節(jié)設(shè)置置面板中，，可以設(shè)置置各種線性性、非線性性、動力學學的求解參參數(shù)和選型型。此處，，將【Autotimestepping】保持“programcontrolled”，即非線性性求解的時時間步長由由系統(tǒng)自動動調(diào)整。并并將“LargeDeflection””改為“on”，即打開幾幾何非線性性開關(guān)，求求解時作為為幾何非線線性問題來來求解。（2） 重新求求解：在目目錄樹的【StaticStructural】】-【【Solution】】欄上上鼠鼠標標右右鍵鍵，，彈彈出出菜菜單單選選Solve，進行重重新求解解。（3） 監(jiān)控控求解過過程的收收斂曲線線：非線線性求解解過程中中，迭代代和收斂斂是重要要的問題題。在目目錄樹找找到【Solution】】下的【SolutionInformation】】，點擊，，可以在在視窗中中看到收收斂曲線線和求解解進度。。3.8.非線性分分析結(jié)果果查看由于是非非線性問問題，求求解一般般需要多多次迭代代才能收收斂，所所以求解解時間長長于線性性問題。。計算完完成后，，（1）查查看Vonmises應力結(jié)結(jié)果：：再次次查看看Von-miese應力，，最大大值為為213Mpa，最大大值在在板殼殼零件件圓心心位置置。遠遠低于于沒有有打開開大變變形開開關(guān)時時800Mpa的結(jié)果果。3.8.非線性性分析析結(jié)果果查看看（2）查查看整整體變變形應應力結(jié)結(jié)果：：點擊擊目錄錄樹的的“