Abaqus 屈曲分析与非线性屈曲分析方法.docx

通常情况下，我们只用关注产品结构本身的强度和刚度满足一定的要求或标准即可。但实际工程中，对于像细长类的结构、薄壁结构，我们还得考虑它的稳定性问题，这也就是我们通常所说的失稳问题或者塌陷问题。在有限元分析中，我们主要通过屈曲分析（BucklingAnaIysis）去判断发生屈曲的临界载荷大小。而这其中根据实际结构和要求的不同，又分为线性屈曲分析（通常直接简称为屈曲分析）和后屈曲分析。当然，如何涉及非线性问题，后屈曲分析是必要的，不过对于后屈曲分析的实现方式也会更加麻烦一些，因为需要局部调整inp关键字达到目的，但只要掌握了关键点，依葫芦画瓢还是非常凑效的。在AbaqUS中，对于屈曲的计算考虑则依据结构的复杂性而定，简单的可以只考虑线性屈曲分析预估临界载荷大小;对于较复杂的模型,则可以考虑RikS法进行后屈曲计算，从而可获取屈曲以后的结构响应情况；但对于涉及接触脱开等特别复杂的问题，可能得借助Explicit来实现；而对于局部褶皱问题需要借助Static>Stabilize来实现。Ol线性屈曲分析线性屈曲分析用于预估临界失稳载荷和失稳模态，所求得的屈曲特征值与所加载的载荷大小相乘就是临界失稳载荷。当然，对完善结构的屈曲问题，线性屈曲分析也为后屈曲分析引入缺陷（扰动）做好准备，这是非常关键的。在AbaqUS中，进行线性屈曲分析的方法是通过BUCkIe进行的。Na mProcedureNlgom TlmTUbeeIKkIeBucktoOFFCreakEditStepName:TubeBuckteType:Bu<kie8askOtherDescription:Bucklingnalyofthetub«Nlgeom:OH/EigensohrerUnczoseSUbSPKeNumberofeigenvaluesrequested:10MaximumeigenvalueofinterestVectorsu(edperiteration：18Maximumnumberofiterations:50一般线性屈曲分析只需要关注第一阶屈曲模态，并根据计算所得的第一阶屈曲载荷因子预估使结构发生屈曲所需要的临界载荷是多大。但通常而言，线性屈曲分析得到的临界失稳载荷大小是保守的，偏大的。为了获取更加准确的结果，特别是复杂模型，就需要进行非线性屈曲分析（或称为后屈曲分析）。因此，通常会在线性屈曲分析中考虑添加关键字作为后屈曲分析的扰动引入参数。具体做法如下（注意关键字的插入位置和书写格式）：2 *OUTPUTREQUESTS3 Restart,write,frequency=0卜nodeTUe4 *FIELDOUTPUT:F-Output-I*Output.field,VariabIe=PRESELECT三；4EndStepT再提交计算后，会生成相应的.f11文件，该f11文件将在后屈曲分析中进行引用！02后屈曲分析后屈曲分析通常在线性屈曲分析后，通常的做法是将原线性屈曲模型复制生成新的模型，并调整和修改分析步和载荷工况、接触等。比如方筒的压溃，就需要修改为显示动力学分析,添加自接触关系等。当然最重要的是要引入缺陷扰动,即调用之前生成的.f11文件。具体做法如下：* *BOUNDARYCOND11ONST* * *Namo:Fix»d_BotTypo:Symmotry/Antisymmotry/EncastroxBoundaryBoLSeLENCASTREimperfection,file=BatteryCaryBuckIeSteP=I* * *STEP:ExpIicitBuckIe* Step,name=ExpIicitBuckie* Dynamic,Explicit1其中，关键字中file后面的名称即调用的前面的.f11文件的名称，第二行第一个数字1表示引入的是第一阶线性屈曲的扰动结果，05e-3表示引入的扰动量的大小。扰动量（或称为缺陷因子）的大小准确的做法是进行试验矫正，一般是按照经验的做法，取壳厚或杆长的1%。2%。实际上，在一定程度上你也可以调整扰动量的大小进行试算并比对后屈曲状态和其他计算结果参数，如果结果变化不大，说明结构对缺陷的敏感性较低，反之表示相对敏感。当然，这个观点还有待深入考究。上图中左图没有考虑引入扰动量，右图是考虑扰动量的结果。大家可以仔细观察下结果的区别。实际上右图在压溃的过程中，相对光滑，结果相对更加合理。当然，对于方筒这类实际上是通过显示方法实现的，更准确的讲是动力屈曲分析，所以我们还得判断动能、塑形耗散等能量参数，才能使结果更加准确。Abaqus屈曲分析屈曲是一种失效模式，其特征是构件在高压应力作用下突然失效。屈曲失效的实际压应力小于材料能够承受的最终压应力。当构件将膜应变能转换为弯曲应变能、而外部载荷不变时，就会发生屈曲失效。本文将对其相关内容进行简单介绍。一、屈曲相关知识主要包括以下6个知识点：1、实际工程中像细长类的结构和薄壁结构，需要考虑其稳定性问题。有限元分析中，主要通过屈曲分析（BUCkIingAnaIySiS）去判断发生屈曲的临界载荷大小。2、根据实际结构和要求的不同，屈曲分析可分为线性屈曲分析（常简称为屈曲分析）和后屈曲分析。如果涉及非线性问题，后屈曲分析是必要的，但其实现方式更麻烦一些。3、在AbaqUS中，屈曲的计算依据结构的复杂性而定。简单的可以只考虑线性屈曲分析预估临界载荷大小；较复杂的模型则可以考虑RikS法进行后屈曲计算，从而可获取屈曲以后的结构响应情况;对于涉及接触脱开等特别复杂的问题,就需借助Explicit来实现；而对于局部褶皱问题则要借助Static.Stabilize来实现。4、线性屈曲分析用于预估临界失稳载荷和失稳模态，所求得的屈曲特征值与所加载的载荷大小相乘就是临界失稳载荷。其也可为后屈曲分析引入缺陷（扰动）做准备。一般只需关注第一阶屈曲模态，得到的临界失稳载荷大小是保守的、偏大的，复杂模型需要进行非线性屈曲分析（后屈曲分析）。5、非线性屈曲分析，用于计算最大临界载荷和屈曲以后的后屈曲响应，可以查看后屈曲状态，用弧长量代替时间量。载荷比例因子与载荷相乘就是屈曲载荷。可以用于缺陷敏感结构。很多情况下，后屈曲响应是不稳定的，压溃载荷强烈依赖于原始几何的缺陷，即“缺陷敏感性”。压溃载荷可能远低于特征值屈曲分析的预测值。6、扰动量（或称为缺陷因子）的大小准确的做法是进行试验标定。按照经验的做法时，可取壳厚或杆长的l%o2%。在一定程度上也可以调整扰动量的大小进行试算并比对后屈曲状态和其他计算结果参数，如果结果变化不大，说明结构对缺陷的敏感性较低，反之表示相对敏感。二、Abaqus进行线性屈曲计算这里主要对线性屈曲计算过程进行简单介绍，模型如图1所示，为一个直径20mm、长度Ioomm的薄壁圆柱件，厚度1mm。图1薄壁有限元模型将模型inp文件导入Abaqus中进行设置及计算。主要包括8个步骤：1材料属性设置。在ProPerty模块下，依次点击materialmanager、sectionmanagersectionassignmentmanager,分别进行材料创建、属性创建和材料赋予操纵。materialmanager,这里使用钢材料，设置密度和弹性模量及泊松比参数；sectionmanager,点击create后，在category出选择shell,然后continue,在出现的对话框中value出定义厚度1,默认单位mm；sectionassignmentmanager,点击Create后框选网格模型后继续进行操作即可。然后完成材料属性定义。2、载荷步设置。在St叩模块下，新建屈曲计算载荷步，如图2所示。Moduli：StepZModQU"Swpc>7N<nrUp1Tk*tt图2载荷步设置屈曲分析BUCkIe属于线性摄动分析。最大循环数可设的稍大一些，以利于收敛。3、载荷及约束边界设置。在Ioad模块下，进行加载及约束设置，加载如图3所示。图3加载过程设置这里采用的是ShenedgelOad,在圆柱的一端加载。而圆柱的另一端进行约束，将一圈端点约束全部自由度。4、计算及结果查看。然后在job模块下新建任务并提交计算即可（底部会出现Warning,不用管它）。待计算完成后进行结果查看，主要关注位移U的结果，如图4所示。U.Magnitude1.193811.0e43209944O.8953SOKse70.696390.59690OW42O3979402W4SO1989700994OOOOOO"然5 i图4结果查看重点关注第一阶模态的结果，可见结果为221.82,其对应于载荷ION的情况。通过计算可知，若加载为1,则结果就会变成2218.2。也就是说，特征值与加载值的乘积基本保持不变。此外，这是无预载的情况。也可在SteP模块下initial之后、buckle载荷步之前新增一个加载工况。也就是分别创建两个载荷步,第一步为一个非线性分析步,用于施加预载，然后再创建Buckle分析步。注意，要打开非线性选项。同时注意修改IOad模块下的加载和约束，如图5所示。Module:ZStepMMOdeI:CQUQUStep:CInitialName vz InitialProcedure(Initial)Nigtom TimeN/A N/AStep-2 Step1Static, GeneralBucldeONON 0AN引Viewport1Model:QUQUStep：InitiallawStepManagerCreate.Edit.Replace.Rename.Delete.Nlgeom.Dismiss图5有预载时的设置在计算完成后查看结果，若有预载和无预载的屈曲载荷差别十分巨大，则表明该结构对于初始变形是十分敏感的。因此，需要通过进行非线性分析进行后屈曲分析，获得结构的载荷-位移历程，来详细分析结果的屈曲极限载荷。