abaqus压杆屈曲分析教学内容

1、a b a q u s压 杆 屈 曲 分析压杆屈曲分析1问题描述在钢结构中，受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性，所以 失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下，弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整 体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件 等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷，导致构件的稳定 承载力降低。本文利用 abaqus 对一定截面不同长细比下的 H 型钢构件进行屈曲分析，通 过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲，得出构件发生弯曲失稳的极限 荷载。通过比较不同长细比下的弯

2、曲失稳的临界荷载得出构件荷载位移曲线， 并与规范中的构件曲线相比较。钢构件的截面尺寸如图1-1 所示。构件的材料特性：E= 2.0X1011呦口？,迁 0.3 , fy= 3.45X108 N?m2压杆截面尺寸（单位：m）图 1-12.长细比计算通过计算截面几何特性，截面绕 y 轴的回转半径为 iy= 0.0384m ,长细比取值及杆件长度见表 1：表 1入506080100120150180i(m1.922.303.073.844.605.766.903. 模型分析ABAQU 非线性屈曲分析的方法有 riks 法，general statics 法（加阻 尼），或者动力法。非线性屈曲分析采用

3、riks 算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振 型以及一般节点位移来描述。利用 abaqus 进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析 为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是 得出临界荷载（一般取一阶模态的 eigenvalue 乘以所设定的 load ）。其次, 就是后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的， 一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线性， 加上初始缺陷，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需 要得出荷载位移曲线的下

4、降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点 突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑。4. 建模计算过程建模计算过程以长细比为 50 的构件为例，其余构件建模计算过程与之类 似。4.1 buckle 分析1 在 buckle 分析中创建 part 模块，创建的模型为三位可变形壳体单元， 截面参数见图 1-1，构件长度 1.92。如图 4-1 示密Model Database=Create口artName: ydganModeling Space 3D 2D Planar心AJAsymmetric4-12 定义材料特性及截面属性并将其赋予单元。材料定义为弹塑性，泊松比0.3，屈服强度

5、3.45X108?口2，弹性模量 E = 2.0X1011 N?m2;腹板和翼缘板为壳单元，厚度分别为 0.008 和 0,01。材料定义见图 4-2ModelResults-c F_ y VTypeOptions9 DeformableDiscrete rigidNone availableAnalytical rigidEulerianEase Feature-ShapeTypeName: steelD&5 cription:Use temperdture-d已pEncdent dataModuli time（for讷沁。创詆tidty）; Long-term1 INo compr

6、essionNo tersion图 4-23 在 Assembly 装配中创建一个 instanee。4创建分析步，类型为 liner perturbation, buckle。如图 4-3，分析步名设置为 buckle1，此分析步名会在 riks 分析中引入初始缺陷时用到DataYoungs ModulusPaians Ratio1 200000000000CancelType: Isotropic bopliersOKMaterial BehaviorsElasticrMumber of field variables:Mame: bucklelType： BucldeBasic Othe

7、rDescription:Nlgeom: OffE igensalven _a nCZQSSub spaceNumber cjf eigenvalues requested： 10Minimum eigenvalue of interest;J Maximum eigenvalue of interestBlock size: a Default Value:Waxinnum number of hleek Lanczos 5tep5： a Default Value：Warning: Th? Larrczes eigertsolver cannot be used for buckliing

8、 analyse? of nnodel? that containcontact pairs or contact elements, hybrid element?, distributing匚ouplirig element or fprmodels prelcdd吊b口ve th骨biRircartion lod.Can cel图 4-35 定义边界及荷载，边界为一端铰支，一端滑动，荷载为单位为1 的壳边缘荷载。荷载定义见图 4-4Traction is defined per unit deformed areaFollow rotation图 4-4Reyiori:(PiName:

9、LoadType:Shell edge loadStep:btuchce-1 (Buckle)6 划分网格Sizing ControlsApproximate global iize： 0.0V Curvature controlMaximum deviation farter (0.0 h/L 1.0): 0.1 (Approximate number of elements percircle：&)Minimum size controlaBy fraction ?f global size0.0 c mini c 1,0) 0.1By absolute value 0Q c mi

10、n global size) 0.005图 4-57 创建分析作业，提交并运行分析。结果如下图4-6 :图 4-6在 buckle 分析中为了后面 riks 非线性分析可以引入初始缺陷，划分网格结束后需要修改 inp 文件，在 model-edit key words中输入：*node fileU,具体位置如图 4-7和7-fldQ7-fldQ勺勺勺-y-SJf-y-SJf .2.25TEIfiJns.ia5TEIfiJns.ia* OUTPUT REQUESTSIt* Restart, wrk, frequency = 0*node file* FIELD OUTPUT；F-Output-l

11、图 4-74.2 riks 分析riks 模型直接复制 buckle 模型，然后做以下修改。1 在 model 中选择 copy model，命名为 yagan1-r。2在 tool 中设置参考点 set-z，取构件中点以便于输出所需杆件的位移。3 在 in teraction中于距杆件两端 0.01 出设置耦合点，便于施加位移荷载，同时避免应力集中。其中一点设为set-1，以输出反力图 4-84 在分析步中选 buckle 然后 replace step ，将其改为 general-staticriks，各参数设置见图 4-9 :二-7 U1 7UJ 7U37凋5”匚tiruum dsiri

12、iuiirgSCfuCLTdl U 凿二uti百Ceraninud ctgrm nfCoupry 沖：7 ii.g 詔：， aSHp，mddd| 匸 crtrd porlv lckrdl I吠営图 4-95 修改 key words，引入初始缺陷。在 model 中选 edit key words ，加入 命令：*imperfectio n,file=buckle1,step=11,5e-32,5e-3具体位置见图 4-10 :* Boundary.PickedSetiar1, 2* Name: roller Type: Di5phcemenVRotatiori*Boundary叫m perf

13、ection,fie = bu ckl el,step=l15e-32,5e-3* STEP; bucldel图 4-106 修改荷载和边界条件，在耦合点上的U3 方向分别加 0.05 的位移荷载,删除原有的壳边缘荷载，边界条件除 UR2 以外的的自由度全部约束Name:dislType；Di5placement/RotatiStep;bucklei (Static, RilesRegion:(Picked BCSVS: (Global)R XDistribution:V Ul：Z:SIUM:3UR1:o UR2:J UR3:Note： The displacement valu& will be tnisintained in subsequent steps.图 4-117 创建分析作业，设置历史输出为 set-1 的 U1 和某一耦合点的 RF3 提交运行分析。分析结果如图 4-12 :图 4-12radiansradian?radians8 绘出荷载位移曲线，图 4-13 :图 4-