非线性屈曲分析
基于ABAQUS的钢管轴心受压非线性屈曲分析
一.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。
而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。
本文主要针对任意轴对称的圆形钢管截面，利用ABAQUS有限元非线性分析软件，对其在轴心受压情况下进行特征值屈曲分析和静态及动态的非线性屈曲分析（考虑材料弹塑性和初始缺陷的影响）。
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,并且由弯曲失稳的临界荷载得出的构件荷载位移曲线。
同时再进行非线性分析时，需要施加初始扰动，以帮助非线性分析时失稳，可以通过特征值屈曲分析得到的初始弯曲模态来定义初始缺陷；最后由可以将特征值屈曲分析得到的临界荷载作为非线性屈曲分析时所施加荷载的参考。
二.结构模型用ABAQUS中的壳单元建立轴心受压模型，采用SI国际单位制（m）。
1.构件的材料特性： E=2.0×1011N m2,μ=0.3, f y=2.35×108N m2，ρ=7800kg m3，钢管半径：60mm，厚度：3mm，长度：2.5m。
2.钢管的截面尺寸及钢管受到的约束和荷载施加的模型图如图2-1及图2-2所示。
图2-1 图2-2三.建模步骤（Buckle分析）（1）创建部件在创建part模块中命名构件的名字为gang guan，创建的模型为三维可变形壳体单元，如图3-1所示。
截面参数见图2-1，构件长度2.5m。
图3-1（2）创建材料特性及截面属性并将其赋予单元。
材料定义为弹塑性，弹性模量E=2.0×1011N m2，泊松比0.3，屈服强度2.35×108N m2，ρ=7800kg m3，材料定义如下图3-2所示。
屈曲分析常用方法
屈曲分析常用方法屈曲（buckling）是指当一个长、细的构件受到压缩力作用时，由于其固有的弯曲刚度过小而导致的失稳现象。
屈曲分析是在结构设计和分析中非常重要的一部分，它能够帮助工程师预测和控制结构在压缩力下的稳定性。
本文将介绍常用的屈曲分析方法。
一、线性弹性屈曲分析方法线性弹性屈曲分析是结构工程中最为常用的方法之一。
它基于线弹性理论，在计算建筑物或其他结构在受压力作用下的屈曲承载能力时非常准确。
采用这种方法时，首先需要定义结构的材料特性和截面形状，然后利用弹性力学理论计算结构的屈曲载荷和屈曲形态。
线性弹性屈曲分析方法的优点是计算简便、准确度高，适用于大部分结构。
二、非线性屈曲分析方法非线性屈曲分析方法更为复杂，它考虑到了材料和结构在屈曲承载能力附近的非线性行为。
这种方法适用于材料有一定塑性变形能力的情况，比如钢材等。
相比于线性弹性屈曲分析方法，非线性屈曲分析方法考虑了材料的刚度退化和强度减小等因素，能够更准确地描述结构在失稳时的行为。
三、有限元分析方法有限元分析方法是一种数值分析方法，它将结构划分为有限数量的单元，通过求解每个单元的力学方程和应变方程来获得结构的整体响应。
在屈曲分析中，有限元分析方法可以采用线性或非线性模型，通过迭代计算得到结构的屈曲载荷和屈曲形态。
有限元分析方法灵活度高，适用于复杂结构的屈曲分析，但需要借助计算机进行计算，计算量较大。
四、实验方法在某些情况下，为了确保对结构的屈曲行为有一个准确的判断，工程师会采用实验方法进行验证。
实验方法可以通过对试验模型施加压缩力并观察其稳定性来判断结构的屈曲承载能力。
这种方法对于复杂结构或者对特殊情况下的屈曲行为有较好的应用效果。
综上所述，屈曲分析的常用方法包括线性弹性分析方法、非线性分析方法、有限元分析方法和实验方法。
工程师可以根据具体的结构情况选择合适的分析方法，预测和控制结构在压缩力下的稳定性，从而保证工程的安全和可靠性。
特征值屈曲和非线性屈曲
• • • 形开关 横向加扰动 载荷子步不要太少 关闭自动步长开关 每个子步都输出
也可以通过在特征值屈曲结果得 到以后通过前处理中的modeling 下的update geometry来实现缺 陷的施加，同学们自行练习
设定求解方法子空间法，确定提取的阶数
• 求解 • 在通用后处理中查看结果分别为三阶屈曲 临界载荷
• 3.非线性屈曲分析 • 分析类型静态 • 打开大变形开关
• 在自由端加100N压力 • 自由端加0. 5N横向力
• 求解 • 查看结果
• 时间历程后处理查看自由端位移
选择自由端的节点横向位移
1.特征值屈曲
算例：截面矩形：10*10mm 杆长=1500mm,E=69Gpa,
0.3
一端固定一段自由 求临界载荷屈曲形态
单元 载荷约束如下图
• 步骤 • 前处理 • 进入求解器
• 在自由端加轴向单位压力
• 静态分析打开预应力开关
4、求解
• 2.重新求解，分析类型选为：特征值分析
NX Nastran非线性屈曲实例分析
实例的情景假设 此例为一个L型梁，模型尺寸、截面见图1-1。材料参数：弹性模量为处施加载荷。先对其进行线性屈曲分析确 定非线性屈曲的初始载荷。
图1-1
接下来我们进行具体操作：见视频
有限元值：(L)Pcr=15600N (NL)Pcr=14200N 通过比值来看，我们发现其结果比较接近。原因在于我们 此例是非线性弹性屈曲，不考虑材料的非线性行为 谢谢！
大家好！
NX Nastran非线性屈曲实例分析
本课目的：1.了解非线性屈曲分析 2.掌握如何使用NX Nastran解决非线性屈曲问题 3.线性与非线性结果比较
1.非线性屈曲分析基础理论介绍 非线性屈曲行为就可充分的考虑到3大非线性问题，这里主要以几何非线性 为主导分析结构的不稳定倒塌和后屈曲状态。 在NX Nastran中求解非线性屈曲我们采用弧长法(载荷-位移控制法)，通过对 某个可能会出现最大位移的节点进行控制，能够建立不稳定响应段的静力平 衡，此方法适用于载荷为比例加载。
建议大家在求解非线性问题上，都一致采用SOL 601,106 高级非线性静力学进 行解算，不建议采用SOL 106 非线性静力学解算。因为结构分析中最后三种解 算方案都采用的是Adina的解算核心。Adina在非线性领域有着极强的求解能 力，甚至可以说是要高出Abaqus的。我比较过Nastran本身的非线性解算方案 106，在求解轻微的非线性问题上，其结果还有一定可参考价值。。。
屈曲分析
屈曲（失稳）征值屈曲分析与非线性屈曲分析：很多现有的ANSYS资料都对特征值屈曲分析进行了较为详细的解释，特征值屈曲分析属于线性分析，它对结构临界失稳力的预测往往要高于结构实际的临界失稳力，因此在实际的工程结构分析时一般不用特征值屈曲分析。
但特征值屈曲分析作为非线性屈曲分析的初步评估作用是非常有用的。
以下是我经过多次计算得出的一些分析经验，欢迎批评。
1. 非线性屈曲分析的第一步最好进行特征值屈曲分析，特征值屈曲分析能够预测临界失稳力的大致所在，因此在做非线性屈曲分析时所加力的大小便有了依据。
特征值屈曲分析想必大家都熟练的不行了，所以小弟不再罗嗦。
小弟只说明一点，特征值屈曲分析所预测的结果我们只取最小的第一阶，所以你所得出的特征值临界失稳力的大小应为F＝实际施加力*第一价频率。
2. 由于非线性屈曲分析要求结构是不“完善”的，比如一个细长杆，一端固定，一端施加轴向压力。
若次细长杆在初始时没有发生轻微的侧向弯曲，或者侧向施加一微小力使其发生轻微的侧向挠动。
那么非线性屈曲分析是没有办法完成的，为了使结构变得不完善，你可以在侧向施加一微小力。
这里由于前面做了特征值屈曲分析，所以你可以取第一阶振型的变形结果，并作一下变形缩放，不使初始变形过于严重，这步可以在Main Menu> Preprocessor> Modeling> Update Geom中完成。
3. 上步完成后，加载计算所得的临界失稳力，打开大变形选项开关，采用弧长法计算，设置好子步数，计算。
4. 后处理，主要是看节点位移和节点反作用力（力矩）的变化关系，找出节点位移突变时反作用力的大小，然后进行必要的分析处理。
屈曲的特征理解：当结构轴向（梁，板，壳）承受压缩载荷作用时，若压缩载荷在临界载荷以内，给结构一个横向干扰，结构就会发生挠曲，但当这个横向载荷消除时，结构还会恢复到原有的平衡状态，此时杆的直的形式的弹性平衡是稳定的。
圆孔蜂窝钢梁非线性屈曲有限元分析
文章编号:100926825(2007)0820092202圆孔蜂窝钢梁非线性屈曲有限元分析收稿日期:2006210213作者简介邵明强(2),男,助理工程师,河南华铁建筑工程有限公司,河南郑州 55胡志海(82),男,中南大学土木建筑学院硕士研究生,湖南长沙 5阮祥炬(2),男,硕士,助理工程师,中南建筑设计院,湖北武汉 3邵明强 胡志海 阮祥炬摘 要:采用有限元分析软件ANS Y S ,对圆孔蜂窝钢梁进行非线性屈曲分析,探讨了几何非线性和材料非线性对非线性屈曲抗弯承载力的影响,从而为进一步研究圆形蜂窝梁提供了参考。
关键词:圆孔蜂窝钢梁,非线性屈曲,抗弯承载力中图分类号:TU375.1文献标识码:A引言蜂窝钢梁是将宽翼缘工字钢(或H 型钢)或普通工字钢按一定的折线或圆弧线切割后错位焊接而成的空腹钢梁。
虽然国内外学者对蜂窝钢梁已进行了一些研究,但大多仅限于弹性分析。
部分学者对蜂窝钢梁非线性的研究[1,2],主要是强度极限承载力方面,而非线性屈曲问题,涉及较少,有待进一步研究和探讨。
根据形成原因不同,非线性问题可分为三大类型:材料非线性、几何非线性、状态非线性[3]。
若屈曲时,截面的部分纤维已经屈曲或超过比例极限,则称为蜂窝梁的非线性屈曲[4]。
在有残余应力的梁中,纤维应力为弯曲正应力与残余应力之和,往往当荷载不大,甚至一开始加载时,截面的部分纤维即已屈曲,整个截面分成弹性区和塑性区两部分,梁就进入非弹性工作。
文中采用ANS Y S 对圆孔蜂窝钢梁的非线性屈曲进行了较深入的研究,探讨了材料非线性和几何非线性对蜂窝钢梁抗弯承载力的影响。
1 分析对象描述分析对象为跨中作用集中荷载P 的简支圆孔蜂窝钢梁(跨度L =4.8m ,12孔或8m ,20孔),其中实腹截面的翼缘t =0.02m ,腹板厚度t w =0.02m ,截面高度h =0.4m ,翼缘宽度b =0.2m 。
采用通用有限元软件ANS Y S 建立有限元模型,采用三维4节点SHELL181壳单元进行网格划分,孔洞周围网格划分较密。
ABAQUS非线性屈曲分析步骤
ABAQUS 6.7 非线性屈曲分析步骤riks法，或者general statics法（加阻尼），或者动力法一共三种方法，【问】在aba中能实现非线性屈曲分析吗？在step中选定line- perturbation下的各项，其Nlgeom 都为Off ，是不是意味着是进行不了啊？【答】line-perturbation 应该是特征值屈曲分析，只能是线性的，要想进行非线性屈曲分析要引入初始缺陷ABAQUS 中非线性屈曲分析采用riks 算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已经初始缺陷的影响。
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。
no.1: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），且需要在inp 文件中，作如下修改*node file,global=yes*End Step此修改目的在于：在下一步后屈曲分析所需要的初始缺陷的节点输出为.fil 文件。
no.2：其次，就是所谓的后屈曲分析，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，加上初始确定，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降段，除了采用位移控制以及弧长法设定外，需在所得到的inp文件中，嵌入no.1中的.fil节点数据。
修改如下：IMPERFECTION （缺陷），FILE=results_file （此文件名为.fil）, STEP=step特征值分析步名）,1 （模态），2e-3（模态的比例因子，此值一般取杆件的1%,壳体厚度1%）此修改一般加在boundary之后step之前。
Re:新手请教非线性屈曲中如何加初始扰动？6.2.4 Unstable collapse and postbuckling analysisRik 法用于跳越失稳问题的研究，也可以用于分支屈曲的后屈曲研究。
非线性屈曲分析方法在薄膜褶皱研究中的应用与进展
非线性屈曲分析方法在薄膜褶皱研究中的应用与进展引言：现代意义上的膜结构起源于20世纪初。
由于膜结构自重轻，透光率高，抗震性能好等优点，使得膜结构迅速发展，出现了一系列优秀的建筑作品。
1970年，在日本大阪万国博览会上，膜结构第一次集中展示并引起广泛的关注和兴趣。
1995年以后，薄膜结构在我国的应用也日益增多，规模较大的已有130多座[1]杨庆山，姜忆南. 张拉索—膜结构分析与设计[M]. 北京: 科学出版社，2004。
随着薄膜结构的广泛应用，膜材的各项性能也引起了人们的广泛关注。
膜材作为柔性材料，最重要的特性就是它的弯曲刚度特别小，其抗压缩能力很差。
这种结构，在面外荷载作用下所产生的弯矩、剪力需要通过结构的变形转换成面内拉力或压力，当压缩应力超过膜材的抗压能力时，结构上的部分节点就会偏离其原来的平衡位置，出现局部屈曲现象，即产生褶皱。
随着薄膜结构的广泛应用，褶皱带来的不利影响也就见凸显。
褶皱的产生会不仅影响建筑物的美观，更重要的是影响结构的稳定性，同时对结构的动态性能也会产生不利影响。
目前对薄膜结构褶皱研究的方法主要有两种：数值模拟方法和实验分析方法。
实验分析方法受到薄膜自身特性、实验工具、测量手段等的限制，使得目前仅能对部分简单的结构形式采用实验分析的方法进行研究，所得到得实验研究数据不但数量有限，而且只是针对几种非常简单的结构形式。
与此相比，数值方法则灵活的多。
数值分析方法不受实验空间和测量手段等的限制，可以用于计算分析大型复杂的空间结构。
基于多种数值理论的数值分析方法，已经越来越广泛的应用于薄膜结构褶皱的研究。
数值分析方法的发展平面薄膜结构褶皱数值分析方法主要有两种一种是基于薄膜理论采用不可压缩材料模型的数值分析。
该方法包含基于Stein-Hedgepeth理论的迭代薄膜性能（IMP）方法、基于张力场理论的修正变形梯度法、修正弹性张量法、二变量参数（T-VP）法、修正本构矩阵法等，基于薄膜理论的褶皱数值分析方法假定薄膜没有弯曲刚度，不能够承受压缩应力，可以确定褶皱的走向和区域。
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ansys workbench非线性屈曲分析
(2013-08-26 21:26:29)
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ansys
很多旋转受压结构必须进行屈曲分析，常规结构屈曲分析软件有nastran、abaqus和ansys，nastran对线性大型模型分析效率较高；abaqus屈曲分析使用较少；ansys使用比较频繁，其快速建模，与CAD软件的良好借口及有限元模型前处理的便捷性（WB界面）很有吸引力，屈曲分析功能较为完善，可以进行线性、非线性和后屈曲分析。
ansys学习资料中介绍较多的是线性屈曲分析。
线性屈曲分析在工业实际中预测的值偏高，有的甚至超过实际实验测试值的几十倍，线性分析唯一优势是其分析速度较快。
但在实际中其预测值参考价值不大，仅给定结构屈曲失效的上限值。
非线性屈曲分析考虑其他因素，包括结构加工缺陷（几何），材料非线性等，因此较为接近实际情况，但计算耗时较长。
针对最艰难学习情况归纳总结非线性屈曲分析时技术要点及应注意事项。
对于规则旋转壳，承受外压载荷作用，进行非线性屈曲分析时，必须加上几何缺陷，关键步是添加APDL语句
/prep7
upgeom,0.1,1,1,file,rst
cdwrite,db,file,cdb
/solu
该步引入屈曲模态情况下的几何缺陷，缺陷为屈曲模态变形相对值的0.1倍，该值可以根据实际加工水平等其他条件确定，上述
语句保存在txt文档中，在workbench流程APDL模块调用。
分析详细流程为，static structure模块导入几何，施加载荷和边界条件，分析求解，将linear buckling拖入流程中，共享static structure模块数据，进行线性屈曲模块分析，Mechanial APDL
模块调用屈曲分析结果，并调入（addinput）上面内含几何缺陷命令语句命令的txt文件，更新，将Mechanical结果导入Finite Element modeler模块，更新，此时在缺陷附近的单元节点位置发生改变。
在Finite Element modeler重构几何，导入static structure模块，此时可设置结构材料塑性参数，如屈服强度，剪切模量等。
进入Mechanical分析中，设置分析选项，主要设置分析步数和稳定能，分析步应设的足够大，便于捕捉屈曲临界载荷值。
最后求解，屈曲载荷位移曲线中有突变点，该处即为屈曲临界载荷值。
以受外压的圆柱壳为例
流程如下
线性静力分析后进行屈曲分析，线性静力分析约束及载荷如下，圆柱壳两端固定约束，中间承受1MPa压力作用
屈曲分析结果如下，载荷乘子1.5155，因此结构线性屈曲载荷为1.5155MPa
将屈曲分析模态位移结果导入Mechanical APDL中，添加upgeom.txt更细结构单元节点位置，将Mechanical APDL中结果导入Finite Element Modeler中，重建模型导入static structure 中，添加边界条件，注意此时压力载荷施加应超过屈曲载荷1.5155MPa，这里取2MPa。
分析设置如下图，设置分析时间2000s，打开几何分线性开关，设置载荷步初始200，最小100，最大1000.保证能有效捕捉屈曲点。
打开stabilization，开启稳定性分析。
最终求解得到结构载荷位移曲线，曲线中应出现一突变段，如下图所示，在1250s时刻，位移突变，因此考虑几何非线性时，结构屈曲载荷为1.25MPa，小于线性屈曲分析结果。
注意以上分析时，缺陷放大因子取0.2。
放大因子取0.1时，结构载荷位移曲线没有突变段，呈现线性关系。
具体如何取值应根据实际情况确定。
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非线性屈曲分析实例与
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电梯直达
发表于2013-9-5 19:15:58 |只看该作者||
WB的功能非常强大，但是自由度不如CLASSICAL。
现在就遇到一个问题，WB很多教材里面关于稳定性的都是线性屈曲分析，做非线性屈曲分析的方法不是太清楚。
在国
外网站上找到一些教程，但是有一些关键步骤不太清楚，所以拿出来和大家一起讨论讨论
如何用WB做非线性屈曲分析。
现在还搞不太清楚的就是提取结果这个过程。
也就是这个过程，将LINEAR BUCKLING的结果连接到MECHANICAL APDL里面，需要写入一
个INP文件，也就是WB和ANSYS之间的数据链接，不知道有哪位大神能解释里面的操作。
之后的操作就简单了，用FE修一下模型，再连到有大变形的静力分析上，通过迭代计算得到发散的解，就能得到非线性的屈曲结果。
但是现在就卡在了从LINEAR BUCKLING 到MECHANICAL APDL这一步，不知道有没有人以前
做过非线性屈曲分析，或是知道该怎么处理这一步操作的谢谢啦~。