基于ANSYS的铝合金壳体的屈曲分析

引言

    铝合金材料越发被人重视；其具有良好的耐蚀性、较高的比强度、易加工成型、无低温转变等优点，目前广泛的运用在航空航天、机械制造、家用电器等领域中。对铝合金壳体进行屈曲分析目的在于确定壳体的临界载荷及其相应的失稳模态。随着计算机技术的高速发展，ANSYS被广泛运用于结构分析中，包括：结构静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态分析、屈曲分析、非线性分析等，因此利用ANSYS研究壳体的临界载荷已被越来越多的研究者使用。本文通过利用ANSYS对不同壁厚不同长度的铝合金壳体进行屈曲分析，为使用铝合金材料的结构设计者提供参考。

1 软件与建模

    1.1 ANSYS软件介绍

    ANSYS软件经过不断的发展逐步成为一个集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件,广泛运用在核工业、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。

    1.2 模型的建立

    利用三维建模软件Pro/E分别建立五种仿真模型，并导入ANSYS。表1为五种仿真模型的尺寸介绍，图1为仿真模型的示意图。

表1 仿真模型的尺寸
 

图1 仿真模型

    1.3 屈曲分析过程

    分别对表1中的五种尺寸的模型进行仿真，壳体材料采用Aluminum Alloy，其中弹性模量为6.96×104MPa，泊松比为0.33。在圆筒壳体的底面加入Fixed Support约束，同时分别对圆筒壳体顶面施加轴向载荷和圆筒壳体外壁沿圆周方向施加载荷，施加载荷均为1MPa。同时用特征值求取壳体（包括在顶面施加轴向载荷以及在圆筒壳体外壁施加载荷）失稳时的临界载荷。

2 仿真结果与分析

    2.1 仿真结果

    经过仿真计算得到不同壁厚不同长度的铝合金圆筒壳体的变形云图。并可以得到1阶模态的变形云图以及第一阶屈曲载荷因子。图2-6分别表示五种模型的1阶模态变形云图，其中左图是圆筒壳体顶面施加轴向载荷的变形云图；右图是圆筒壳体外壁施加载荷的的变形云图。

图2 1#模型的1阶模态变形云图
 

图3 2#模型的1阶模态变形云图
 

图4 3#模型的1阶模态变形云图
 

图5 4#模型的1阶模态变形云图
 

图6 5#模型的1阶模态变形云图