框架梁柱結(jié)構(gòu)非線性屈曲

框架梁柱結(jié)構(gòu)的非線性屈曲失穩(wěn)分析算例來源：安世亞太科技股份有限公司算例制作：孟志華算例校核：關(guān)鍵詞：梁單元、屈曲、失穩(wěn)、非線性、臨界載荷摘要屈曲分析主要用于研究結(jié)構(gòu)在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷，屈曲分析包括：線性屈曲和非線性屈曲分析。線彈性失穩(wěn)分析又稱特征值屈曲分析。本算例對一個常見的框架梁柱結(jié)構(gòu)進行了非線性的屈曲失穩(wěn)分析，探討了非線性屈曲的臨界荷載判定方法，然后還進行了后屈曲的結(jié)構(gòu)變形研究。該框架結(jié)構(gòu)使用了ANSYSBeam188梁單元。本算例適合于學習者掌握非線性的屈曲問題基本分析過程，并了解非線性屈曲失穩(wěn)臨界載荷判定的基礎(chǔ)概念。算例描述框架梁柱結(jié)構(gòu)如圖，材料為ANSYS內(nèi)置的鋼材料，梁柱截面為25.4mm的方形實體梁。結(jié)構(gòu)兩端鉸支，在右端點約束X和Y軸轉(zhuǎn)動，整體結(jié)構(gòu)只允許XY平面內(nèi)位移。荷載為在D位置的2224.11N的下壓集中力。要求評估結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲失穩(wěn)的臨界荷載，并考察屈曲后繼續(xù)承載的變形情況。3.1.打開ANSYSWorkbench，導(dǎo)入已有文件首先啟動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“nonlinear-buckling.wbpz”及路徑，解壓并打開文件。在系統(tǒng)提示保存時，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目及必要的過程文件。該文件不能直接用“Open”打開，而是用“RestoreArchive…”解壓打開。在解壓打開時，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。3.1.打開ANSYSWorkbench，導(dǎo)入已有文件（2） 檢查確認導(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“靜力分析”的項目及過程。3.1.打開ANSYSWorkbench，導(dǎo)入已有文件（3） 添加一個線性屈曲的分析項目：從Workbench頁面左側(cè)的【Toolbox】工具箱中，找到【EigenvalueBuckling】，按住鼠標左鍵將其拖拽至右邊窗口中——注意要放置在已創(chuàng)建的靜力分析項目的【Solution】欄位置，這代表新的分析項目將使用靜力分析項目的求解結(jié)果。創(chuàng)建的靜力分析+線性屈曲分析過程，如下圖。注意：由于之前的算例已經(jīng)介紹了“線性”屈曲失穩(wěn)的操作過程，本例將不再講述“線性”屈曲失穩(wěn)。（4） 再添加一個非線性屈曲的分析項目：從Workbench頁面左側(cè)的【Toolbox】工具箱中，找到【StaticStructural】，按住鼠標左鍵將其拖拽至右邊窗口中——注意要放置在已創(chuàng)建的靜力分析項目的【Model】欄位置，這代表新的分析項目將與前一個靜力分析項目共享有限元模型。提示：非線性屈曲失穩(wěn)的分析，本質(zhì)上是一種幾何非線性的靜力分析，因此在ANSYS中不算為單獨的分析類型，依然是采用“StaticStructural”分析來實現(xiàn)。（5） 將新添加的分析項目改名：在剛剛新添加的【StaticStructural】分析項目上，找到“三角箭頭”，鼠標右鍵點擊，彈出菜單中選擇“Rename”，將該分析項目從默認的“StaticStructural”改為“NonlinearBulkling”，以便區(qū)分。3.電2.進入Me姓ch深an漁ic小al，檢叢查模型（1）懶打開AN陪SY拖S毀Me顫ch示an瞇ic巾al模塊友：剪在Wo糊rk怨be撞nc啦h起始費界面讀，找臥到項繳目流逃程【P咬ro奴je揀ct納S愛ch臺em籃at咸ic糊】窗口旨下新億添加答的“No繳nl辦in均ea傾r股Bu腦lk捐li巡壽ng例”分析曲項目遲，雙程擊其編中的【S寺et饞up焰】欄目炮，即睛打開AN望SY龍S坦Me逝ch蔥an星ic梁al模塊美的界藍面。努打開天界面腰的同飲時，擁繼承芬自原途來“St膠at凈ic告S府tr襲uc腥tu散ra儀l”分析再項目傳的幾中何模潮型和愿有限梢元模千型會波自動桐導(dǎo)入蓄，以笑便繼境續(xù)做廉非線娛性的徒屈曲病失穩(wěn)蜂分析。（2）否修改先屈曲遍分析亡工況抬的名航稱：薦為了償便于降區(qū)分躲，在名左側(cè)爸結(jié)構(gòu)詢樹中故的“St漁at安ic拿S具tr彈uc腎tu付ra患l芳2”上鼠翁標右惜鍵點拼擊，少選擇仙“re拆na叮me傳”重命晉名為違“No啊nl紐奉in拐ea蠢r渡Bu選lk腹li躬ng斷”，即訊非線親性屈證曲分煉析。宇修改臂名稱挺，僅勢是為廚了區(qū)討分方搶便，問不會個影響緒后續(xù)乓的操裕作。3.篇3.施加駱非線鍋性屈槐曲分逝析的借載荷菌和邊蓮界條梨件非線絹性屈傍曲失臭穩(wěn)的費分析絹過程遲，本裹質(zhì)上胖是考摔慮了皆幾何旱非線拖性等徹問題盯的“波靜力汽分析糞過程廣”，孫因此尊，其跡載荷拿和邊舅界條捧件的直定義艇，以方及求海解的袖控制公，與鈔普通竊的非濁線性欲靜力矮分析辮相同吳。本例揪題中組，在Wo季rk港be丑nc遲h分析摸項目新流程蝦中，蛇新添播加了象非線型性屈巖曲的今分析弦項目六，并脫且材挪料、限幾何挖、有姜限元僚網(wǎng)格換是通訴過連廟線繼蜓承自創(chuàng)之前閣的靜購力分淹析項虧目。糟另外害，非箏線性趣屈曲修分析魂作為指新的魔工況恐，還群需要畝重新馳定義態(tài)相應(yīng)瞎的邊賴界條般件和拉荷載泥。3.凈3.施加溝非線靜性屈銳曲分伐析的斃載荷圈和邊拌界條飼件（1）倡添加脂非線姨性屈籌曲工館況相閥應(yīng)的幅荷載往和邊景界條借件：脖非線劫性屈杏曲分戶析的飲工況泳，與挪之前叢靜力智分析條的工獅況基疾本一儉致。盒因此右，在拜左側(cè)搏結(jié)構(gòu)先目錄獄樹中勞，找適到“St灑at滋ic閱S扶tr室uc姿tu賺ra伶l”分析對工況否，按信住Ct意rl，鼠坊標左肥鍵連纏續(xù)選肝中工在況下霸所有柱的載減荷和翠邊界甜條件蘇，然互后拖彼拽至僑新添侮加的逗“No屢nl讓in皇ea截r詠Bu腫lk盾li存ng社”工況奴下。懶邊界儲條件陳與之艇前靜痰力分窄析相排同：褲結(jié)構(gòu)算兩端徹鉸支趕，在復(fù)右端畜點約鍬束X和Y軸轉(zhuǎn)劫動，映整體噸結(jié)構(gòu)桐只允距許XY平面墾內(nèi)位得移。3.彩3.施加甘非線擦性屈慈曲分譯析的五載荷火和邊齊界條沉件（2）奇修改甘下壓借力荷鍵載的飛數(shù)值燥：在蹤蝶結(jié)構(gòu)劈燕目錄段樹中扁選中辰新添暫加的虎集中狡力“Fo童rc落e”荷載慕，并蹤蝶在左銀下方舞相應(yīng)創(chuàng)的“統(tǒng)細節(jié)椒設(shè)置權(quán)面板堡”中掃，將晝載荷果數(shù)值眉從-4災(zāi).4毅48頓2N（1l籠b）改適為“-2另22期4.益1N售”，注奔意正益負號帆代表誰的加龍載方哪向。3.愿4.非線乒性屈既曲分礎(chǔ)析的拘求解對于漸非線績性屈懶曲失淺穩(wěn)的焦問題晨，求甩解控承制的該選項躲及參漸數(shù)，魂會很臥重要旦，應(yīng)顯注意網(wǎng)檢查敵和調(diào)星整。（3）祝檢查劈燕非線鄉(xiāng)豐性屈番曲分極析的否求解儀參數(shù)哪：在街左邊血目錄基樹中長點擊鎮(zhèn)需要突求解失的“No控nl堅in推ea陜r顆Bu愁lk隆li殖ng砍”分析骨工況相設(shè)置侄，即反點擊-【回No耀nl狐in宏ea特r滅Bu顆lk隊li掩ng蠢】-婆【A沈na損ly雖si挎s出Se湯tt垂in寺g】欄，柳在對艙應(yīng)的謎細節(jié)樹設(shè)置馬面板凳中，邀逐一遷完成購下圖健的逐靈項設(shè)午置。3.圣4.非線四性屈妥曲分條析的奪求解（1）更執(zhí)行登求解遵：在字左邊嗚目錄奶樹中【N狂on值li碑ne絕ar爪B董ul梁kl尋in淘g】工況紅欄，謹使用州鼠標跌右鍵頃，彈泥出菜慘單選So律lv姓e，進嘗行求承解。再求解束過程惰中，蹄由于諸是非漲線性鵲問題辨，因炒此需植要關(guān)蹲注求物解時獨的收帥斂曲彩線和煮輸出見信息君。該夕例題隙中力貢的收棍斂曲鏡線，僚如下赤圖所德示3.聾5.分析音結(jié)果釋查看（1）促確認噸發(fā)生報了收虹斂困嗎難，族求解峽終止濱：計柴算將嬌在一心百多鬧次迭姿代后廊終止胖，因恨為出譽現(xiàn)了殼無法曲克服岸的收焰斂困鋪難?；j通常寫收斂四困難欣可以便通過秒合理喚的求砍解控隸制和頑參數(shù)師設(shè)置卷來解辯決，謎但有譯時的轟收斂持困難覆，恰解恰就是是由泄于實希際模歪型的盤失穩(wěn)挪、屈友服、墻滑脫筍等劇茄烈的鐮變化艷引起講的。擊在目萄錄樹坦中，動求解備非正揭常終縣止，蹦都會尾顯示頁紅色頁的閃矩電符伯號，扛以特密別提慘醒。3.炭5.分析用結(jié)果川查看（2）固添加繡并查快看位線移結(jié)占果：直在左鵲側(cè)目蘭錄樹軍的-【索No飾nl俘in華ea艦r慢Bu速lk卡li單ng杰】-紐奉【S櫻ol秒ut賠io恭n】欄，毛點鼠熱標右雜鍵，豆添加價靜力哭分析誰工況澇的【T陣ot失al搭D殺ef蓮or飲ma巧ti金on盛】總體爪位移續(xù)結(jié)果仇。使駁用鼠夫標右舊鍵的議“Ev軟al糞ut騙e丘al拋l厚Re峽su旗lt咸s”，可妻以計百算并遺顯示襲最后子一步罷的位才移結(jié)沙果。繼顯示糾如下佛圖，踐最大揀位移24毅98謊mm?？闪园l(fā)胃現(xiàn)，敵梁柱鹽結(jié)構(gòu)蚊變形吹很大倍，應(yīng)澆該是猛發(fā)生籠了失動穩(wěn)破盆壞導(dǎo)向致求縮慧解的勒突然咱終止廁。3.冠5.分析帽結(jié)果智查看（3）日算出持屈曲昌臨界禍載荷陪的數(shù)勞值：耳對于爛非線敗性屈派曲分攪析，注我們暮就是厲需要盾系統(tǒng)種求解束發(fā)生啦終止窄，如禮果系齒統(tǒng)正杠常求巧解結(jié)鬧束，石就意棒味著踢：或約者是炮目前枕的荷贊載水附平不遭會使己結(jié)構(gòu)拒發(fā)生笑失穩(wěn)甚，或憶者是汽結(jié)構(gòu)量受力鉤特性叛的確選不會省失穩(wěn)戀，或蛇者由揀于設(shè)卻置不狠合理筐導(dǎo)致薪意外吵的數(shù)關(guān)值干福擾。對于頂本例姓題，惱求解蘆終止汪的位悅置，痛最后齒一個貴收斂疏的時茫間步羞，通除過檢短查GU陳I界面兄下方筐的圖添表，捕可以摧看到磨是0.肌91任18喪5秒。婚那么書由于暢默認圈的求雙解總戰(zhàn)時刻眠是1秒，產(chǎn)那么滔就相偏當于伏載荷谷加載警的91晶.1葬85慈%時，姻還是毯收斂濁的，舅沒有映失穩(wěn)覺。而測超過91摩.1純85材%則發(fā)析生失墾穩(wěn)從癢而無殖法收吧斂。辮因此型，推柜算出皂結(jié)構(gòu)甲非線臂性屈透曲的恐臨界斗載荷迎約為22器24劇.1六*9炒1.忌18攔5%見=2頭02再8N。3.螞5.分析聾結(jié)果丈查看另外疏，特冤別提臺示，膛如下左圖，肉查看廢該梁叢柱結(jié)刷構(gòu)的泊應(yīng)力芳水平旗，可材以發(fā)喘現(xiàn)在趴求解聽時間俘步0.抬56呀6秒附燈近，桿結(jié)構(gòu)木應(yīng)力礎(chǔ)為21子3M呈pa，已紋經(jīng)處資于普扎通鋼詞材的縣屈服裹極限俯。而漏在之竹后，鞠應(yīng)力姥會發(fā)駕生顯陰著增射長，數(shù)可以駝?wù)J為喊結(jié)構(gòu)綢很快貢將進俘入塑闖性，梅從而盯也會刷引起鏈位移蘇急劇豆增長釋導(dǎo)致腸失穩(wěn)馬破壞央。因幟此，蛛若加膛入金歌屬塑貪性行匪為，終屈曲浙臨界邀荷載忘將會奪是13阿00壁N左右餡。3.渾6.使用陵重啟惹動技哭術(shù)，電重新恥設(shè)置賢參數(shù)叉后繼杯續(xù)求您解使用臘重啟堂動技權(quán)術(shù)，楊可以莫讓AN辟SY奶S在之興前求加解中籮止的梳時間鞋步（泄子步果）基歌礎(chǔ)上勿，繼澆續(xù)進葬行求往解計草算，吉而無挎需從爺零開譽始。狡這樣巖可以禮在求賣解過峰程中低遇到城收斂隱問題猾時，哄停下偶來檢蝦查模仍型或勝重新舉設(shè)置許求解匪參數(shù)分，然戰(zhàn)后再殲繼續(xù)扣求解谷。3.吩6.使用債重啟慚動技并術(shù)，當重新恩設(shè)置勁參數(shù)善后繼來續(xù)求鈴解（1）氧設(shè)置昆重啟問動時哨間步閃點，扭并修鵲改求呈解參鞏數(shù)：王由于自上一妖次的掌計算駱，設(shè)襲置了橫重啟省動點評為Ma障nu主al，要多求每茫一個討時間藍步（枝子步乖）均稼保留竟重啟話動文鏟件。右因此箱，我恩們可逆以任伍選一塔個時軋間步密（子釘步）洪來重渴啟動交求解泥。本站例中伙，設(shè)良置為劣從第20個子汽步的稍結(jié)果握繼續(xù)麥求解讓，具淘體的胃重啟堂動點氏設(shè)置驢如下勢圖。相另外妙，如連下圖溉中，清也要繁設(shè)置振相應(yīng)當?shù)臄?shù)舞值阻霧尼，護來克射服結(jié)億構(gòu)失翼穩(wěn)后限的收稈斂性蠻問題陪，使讀得求移解能幫跨過譜失穩(wěn)縮慧階段稠，進蹦入后畜屈曲鳥繼續(xù)鴉承載局階段漠。3.紹6.使用裳重啟帳動技催術(shù)，揉重新猜設(shè)置遵參數(shù)玻后繼茄續(xù)求帶解（2）攏執(zhí)行釀重啟攪動求正解：沈在“No鞋nl植in傍ea璃r皂Bu患lk割li尼ng鏈”工況甜下的【S挺ol者ut岡io巧n】欄，賤用鼠悶標右貨鍵，靈彈出吧菜單宮選擇So早lv譯e求解名。系紅統(tǒng)將缺繼續(xù)能進行鵲重啟騎動求丑解，蓋基于姻第20個子忙步的頃結(jié)果黨，繼均續(xù)計界算。木可以刮看到壤，由布于設(shè)盈置了珍數(shù)值律阻尼乎，所泉以可安以很陷快求戀解完盛成。3.俊6.使用謊重啟腐動技嘉術(shù)，孤重新?lián)裨O(shè)置矮參數(shù)貼后繼梁續(xù)求視解（3）撤查看冒求解害完成網(wǎng)的位芝移結(jié)往果：戚添加爭位移黑結(jié)果裂，查腿看求譽解完嘆成的圓結(jié)果段（即1秒時殼間步作的結(jié)當果）農(nóng)，可撤以看壤到結(jié)囑構(gòu)在管失穩(wěn)后后繼紛續(xù)變辟形的頌形狀遠。此落處注械意，脈由于聾實際頑上結(jié)此構(gòu)在淘加載56餅.6諸%左右趨時（0.呢56書6秒時拒間步絲式附近屆），