abaqus壓桿屈曲分析

1、壓桿屈曲非線性分析 專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程 姓名：劉耀榮 學(xué)號(hào)：2110150113壓桿屈曲分析1.問題描述在鋼結(jié)構(gòu)中，受壓桿件一般在其達(dá)到極限承載力前就會(huì)喪失穩(wěn)定性，所以失穩(wěn)是鋼結(jié)構(gòu)最為突出的問題。壓桿整體失穩(wěn)形式可以是彎曲、扭轉(zhuǎn)和彎扭。鋼構(gòu)件在軸心壓力作用下，彎曲失穩(wěn)是常見的失穩(wěn)形式。影響軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的主要因素為縱向殘余應(yīng)力、初始彎曲、荷載初偏心及端部約束條件等。實(shí)際的軸心受壓構(gòu)件往往會(huì)存在上述的一種或多種缺陷，導(dǎo)致構(gòu)件的穩(wěn)定承載力降低。 本文利用abaqus對(duì)一定截面不同長(zhǎng)細(xì)比下的H型鋼構(gòu)件進(jìn)行屈曲分析，通過考慮材料非線性、幾何非線性并引入初彎曲，得出構(gòu)件發(fā)生彎曲失穩(wěn)的極限荷載。通過比

2、較不同長(zhǎng)細(xì)比下的彎曲失穩(wěn)的臨界荷載得出構(gòu)件荷載位移曲線，并與規(guī)范中的構(gòu)件曲線相比較。鋼構(gòu)件的截面尺寸如圖1-1所示。構(gòu)件的材料特性： E=2.0×1011 Nm2 ,=0.3 , fy=3.45×108Nm2圖1-12.長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算通過計(jì)算截面幾何特性，截面繞y軸的回轉(zhuǎn)半徑為iy=0.0384m ,長(zhǎng)細(xì)比取值及桿件長(zhǎng)度見表1：表1506080100120150180（m）1.922.303.073.844.605.766.903.模型分析ABAQUS非線性屈曲分析的方法有riks法，general statics法（加阻尼），或者動(dòng)力法。非線性屈曲分析采用riks算法實(shí)現(xiàn)，可

3、以考慮材料非線性、幾何非線性已及初始缺陷的影響。其中，初始缺陷可以通過屈曲模態(tài)、振型以及一般節(jié)點(diǎn)位移來描述。利用abaqus進(jìn)行屈曲分析，一般有兩步，首先是特征值屈曲分析，此分析為線性屈曲分析，是在小變形的情況進(jìn)行的，也即上面提到過的模態(tài)，目的是得出臨界荷載（一般取一階模態(tài)的eigenvalue乘以所設(shè)定的load）。其次，就是后屈曲分析，此步一般定義為非線性，原因在于是在大變形情況進(jìn)行的，一般采用位移控制加修正的弧長(zhǎng)法，可以定義材料非線性，以及幾何非線性，加上初始缺陷，所以也稱為非線性屈曲分析。此步分析，為了得到極限值，需要得出荷載位移曲線的下降段。缺陷較小的結(jié)構(gòu)初始位移變形較小，在極值點(diǎn)突

4、變，而初始缺陷較大的結(jié)構(gòu)，載荷位移曲線較平滑。4.建模計(jì)算過程建模計(jì)算過程以長(zhǎng)細(xì)比為50的構(gòu)件為例，其余構(gòu)件建模計(jì)算過程與之類似。4.1 buckle分析1 在buckle分析中創(chuàng)建part模塊，創(chuàng)建的模型為三位可變形殼體單元，截面參數(shù)見圖1-1，構(gòu)件長(zhǎng)度1.92。如圖4-1示圖4-12 定義材料特性及截面屬性并將其賦予單元。材料定義為彈塑性，泊松比0.3，屈服強(qiáng)度3.45×108Nm2，彈性模量E=2.0×1011 Nm2；腹板和翼緣板為殼單元，厚度分別為0.008和0,01。材料定義見圖4-2圖4-23 在Assembly裝配中創(chuàng)建一個(gè)instance。4 創(chuàng)建分析步，

5、類型為liner perturbation，buckle。如圖4-3，分析步名設(shè)置為buckle1，此分析步名會(huì)在riks分析中引入初始缺陷時(shí)用到。圖4-35 定義邊界及荷載，邊界為一端鉸支，一端滑動(dòng)，荷載為單位為1的殼邊緣荷載。荷載定義見圖4-4圖4-46 劃分網(wǎng)格。圖4-57 創(chuàng)建分析作業(yè)，提交并運(yùn)行分析。結(jié)果如下圖4-6：圖4-6在buckle分析中為了后面riks非線性分析可以引入初始缺陷，劃分網(wǎng)格結(jié)束后需要修改inp文件，在model-edit key words中輸入：*node fileU，具體位置如圖4-7圖4-74.2 riks分析riks模型直接復(fù)制buckle模型，然后做

6、以下修改。1 在model中選擇copy model，命名為yagan1-r。2 在tool中設(shè)置參考點(diǎn)set-z，取構(gòu)件中點(diǎn)以便于輸出所需桿件的位移。3 在interaction中于距桿件兩端0.01出設(shè)置耦合點(diǎn)，便于施加位移荷載，同時(shí)避免應(yīng)力集中。其中一點(diǎn)設(shè)為set-1，以輸出反力。圖4-84 在分析步中選buckle然后replace step，將其改為general-static， riks，各參數(shù)設(shè)置見圖4-9：圖4-95 修改key words，引入初始缺陷。在model中選edit key words，加入命令：*imperfection,file=buckle1,step=11,5e-32,5e-3具體位置見圖4-10：圖4-106 修改荷載和邊界條件，在耦合點(diǎn)上的U3方向分別加0.05的位移荷載，刪除原有的殼邊緣荷載，邊界條件除UR2以外的的自由度全部約束。圖4-117 創(chuàng)建分析作業(yè)，設(shè)置歷史輸出為set-1的U1和某一耦合點(diǎn)的RF3。提交運(yùn)行分析。分析結(jié)果如圖4-12：圖4-128 繪出荷載位移曲線，圖4-13：圖4-13 荷載位移曲線重復(fù)上述步驟做出表1中剩余長(zhǎng)細(xì)比的荷載位移曲線，并在同一坐標(biāo)下做出對(duì)比，結(jié)果如圖4-14：圖4-14 各個(gè)長(zhǎng)細(xì)比荷載位移曲線5.不同長(zhǎng)細(xì)比下穩(wěn)定性系數(shù)與規(guī)范值對(duì)比