(整理)基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析.

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abaqus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： , ,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 ,长细比取值及杆件长度见表1：表13.模型分析ABAQUS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。

abaqus屈曲分析报告实例

实用标准文档整个计算过程包括 2 个分析步，第 1 步做屈曲分析，第 1 步：屈曲分析载荷步定义如下：Step 1-InitialStep 2- Buckle2 步做极限强度分析0奪莖UWICWHIK . 叽I J I*' *iirl |U*ii:* ri«-2- c.仲［U**t Wfl| «R =・|0T* |«|M4 11 屮W Ml 町扌垮・3 4M4; *E>|轴亠白*wr»44* «*M *A*S MMM-in 4414-* Ita1! I >H*d *■.■ Lrfi|i-t*b*i UWi^ *4」>jU***^ ::切2冲<a：K-.L口sMwSniLpc^l Efl «o 誓光n-3 wa HF HB・・n c:^ > q士* f *B£ -A <MI '■■*W■uTp*』«MLrii4 *M；■pofit ■直j.i t…叫町■ ' H.,机...i . r |fl»-L , | |-£I -t fr E叶*盅1并在Model-Edit Keywords 的图中位置加入下面的文字，输出屈曲模态*nodefile, global=yesU,Create job 名称为“ Buckling点击continue ，完成第 1 步的计算第 2 步：极限强度分析将“ buckle ”分析步替换为“ riks ”分析步在Basic 选项卡中，Nlgeom：选择打开在Instrumentation 选项卡中，定义如下参数，然后点击OK Array定义一个新计算工作，输入名称，点击continue在Parallelization 选项卡，选择 2 个CPU，如下所示，点击OK。

在此编辑Model-edit keywords ，删除“第 1 步”加入的文字“ *nodefile, global=yesU,”，并在下图位置加入下段文字：*imperfection, file=buckling, step=1 1, 2.5点击OK，再保存文件最后提交计算。

abaqus弯曲应变 -回复

abaqus弯曲应变-回复题目：Abaqus中的弯曲应变及其解析步骤摘要：本文将详细介绍Abaqus软件中的弯曲应变分析及其解析步骤。

首先，我们将回顾弯曲应变的概念和公式。

然后，我们将介绍如何在Abaqus 中进行弯曲应变分析，包括创建模型、定义材料和边界条件、应用加载以及求解结果。

最后，我们将总结分析结果并探讨一些应变分析的应用。

1. 弯曲应变的概念和公式在工程实践中，弯曲应变是指在受到弯曲载荷时材料内部发生的应变变化。

弯曲应变可通过以下公式计算：ε= (M*y) / (E*I)其中，ε表示弯曲应变，M为弯矩，y为距离截面中心轴的垂直距离，E为弹性模量，I为截面惯性矩。

2. Abaqus中的弯曲应变分析步骤2.1 创建模型在Abaqus中创建弯曲应变分析模型通常需要以下步骤：- 导入几何信息：通过导入CAD文件、绘制几何形状或使用Abaqus中的几何建模工具创建模型的几何形状。

- 创建单元网格：选择适当的单元类型（如三角形、四边形或六边形单元）来划分模型，并生成单元网格。

- 定义截面属性：通过指定截面属性参数（如底座宽度、高度等）来描述弯曲截面。

2.2 定义材料和边界条件在Abaqus中，可以定义不同的材料性质和边界条件来模拟弯曲应变。

以下是一些常见的定义步骤：- 定义材料属性：指定材料的弹性模量、泊松比等力学性质。

- 定义边界条件：设置支撑和加载条件，如固支条件、平移约束和加载类型（如压力、位移等）。

2.3 应用加载加载是模拟弯曲应变的关键步骤之一。

在Abaqus中，可以通过施加不同类型的加载来模拟弯曲载荷，例如施加均布载荷或施加集中载荷。

2.4 求解结果在完成模型的几何配置、材料属性和加载条件的定义后，可以使用Abaqus 求解器来求解弯曲应变问题。

求解可以包括静态或动态分析，根据分析的需要进行选择。

3. 分析结果和应用完成求解后，可以使用Abaqus的后处理工具来分析和可视化结果。

一些常见的分析结果包括应变分布图、位移分布图和应力分布图。

abaqus屈曲分析报告实例

整个计算过程包括2个分析步，第1步做屈曲分析，第2步做极限强度分析。

第1步：屈曲分析载荷步定义如下：Step 1-InitialStep 2- Buckle并在Model-Edit Keywords的图中位置加入下面的文字，输出屈曲模态*nodefile, global=yesU,Create job 名称为“Buckling”点击continue，完成第1步的计算。

第2步：极限强度分析将“buckle”分析步替换为“riks”分析步在Basic选项卡中，Nlgeom：选择打开在Instrumentation选项卡中，定义如下参数，然后点击OK定义一个新计算工作，输入名称，点击continue在Parallelization选项卡，选择2个CPU，如下所示，点击OK。

在此编辑Model-edit keywords，删除“第1步”加入的文字“*nodefile, global=yesU,”，并在下图位置加入下段文字：*imperfection, file=buckling, step=11, 2.5点击OK，再保存文件。

最后提交计算。

提取计算结果进入visualization Module点击 Create XY data选择 ODB filed output，点击continuePosition选择 Unique Nodal， CF：point loads选择 CF2，再点击elements/nodes选项卡，选择跨中载荷加载点，最后点击save。

重复上一步操作，Position选择 Unique Nodal， U：spatial displacement 选择 U3，再点击elements/nodes选项卡，选择板格中心点，最后点击save。

点击Create XY data, 选择operate on XY data，点击continue选择Combine（X,X）命令，横坐标选择保存的displacement曲线，纵坐标选择保存的Point load曲线，点击最后一行Create XY Data与Save as。

薄壁球壳压缩非对称屈曲特性的实验及有限元分析

薄壁球壳压缩非对称屈曲特性的实验及有限元分析周刚毅;董新龙;郝伟伟【摘要】The deformation behaviors of thin-walled spherical shells subject to quasi-state and dynamic com-pression are studied experimentally. The process of deformation, the non-axisymmetric buckling characteristic and its influence factors are analyzed in detail using ABAQUS finite element code. The results show that the deformation modes are dependent on the impact velocity. It is found that, if impact loading speed increases, the collapse modes shift from pentagons to hexagons. The dynamic loading-deformation curve on which the impact velocity is not very high is in good consistence with its quasi-static one. Meanwhile, the load-deformation curves of FEM simulation conform well to the experimental results at the stage of axi-symmetric inward dimple, but it is not so at the non-axisymmetric buckling stage. Furthermore, the process of deformation of spherical shells and its effect factors are discussed, suggesting that the contact constraints of surface between spherical shell and rigid plate play a significant role in the process of non-asymmetric deformation.%采用实验方法研究了球壳在刚性板准静态和冲击压缩下变形特性及非对称屈曲模态，结合ABAQUS有限元分析了球壳冲击压缩下的屈曲变形过程、非对称屈曲特性，探讨了其影响因素。

abaqus屈曲分析报告实例

整个计算过程包括2个分析步，第1步做屈曲分析，第2步做极限强度分析。

在此编辑Model-edit keywords，删除“第1步”加入的文字“*nodefile, global=yesU,”，并在下图位置加入下段文字：*imperfection, file=buckling, step=11,点击OK，再保存文件。

最后提交计算。

提取计算结果进入visualization Module 点击 Create XY data选择 ODB filed output，点击continuePosition选择 Unique Nodal， CF：point loads选择 CF2，再点击elements/nodes选项卡，选择跨中载荷加载点，最后点击save。

重复上一步操作，Position选择 Unique Nodal， U：spatial displacement 选择 U3，再点击elements/nodes选项卡，选择板格中心点，最后点击save。

ABAQUS中的屈曲分析riks

ABAQUS中的屈曲分析riks
RIKS 法将施加的荷载也作为一个未知量，通过同时约束荷载水平和位移向量来达到对非线性问题得求解，它属于一种广义得位移控制法，采用该迭代控制方法能较好地计算临近极值点结构地反映和下降段问题。

它的基本思想是引入一个在几何上相当于解曲线弧长的参数，通过控制弧长参数来实现每个增量步，从物理意义上看，这相当于对位移和荷载的综合控制。

当结构到达荷载极限点附近或结构进入下降段时，Newton －Raphson 法无法追踪结构的下降段，如图28所示情况需要采用弧长法进行求解。

弧长的定义为：
1)(+??=?T N
i N i i v l νλ 式中：l ?为增加的弧长
i λ?为荷载增加系数
N
i ν为位移增量与初次迭代得到的最大位移绝对值之比
图28 失稳状态下的荷载发展
图29 RIKS 法示意图
图29为RIKS 法计算过程中的迭代示意图。

具体计算流程如下所示：
初始情况下：
对于 i=迭代步 (i=1,2,3,etc): a. 形成内部节点应力矩阵I N
b. 检查平衡方程
如果R i N 足够小，则计算收敛，否则求解方程
得到v i N 和c i N
c. 将初始矢量（1,N i v ）加上（N i N i c ρ,）（其中N
N N i i P P R /=ρ），这样解就由点A 1移动到点A 2,如图29所示。

求解等式
得到：
则最终的解为：
d. 更新到下一次迭代
返回到a，进行下一步迭代。

基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析

基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析由于玻璃钢复合材料的薄壁圆筒结构具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀，电绝缘及透微波等优点，目前已广泛应用于航空航天和民用领域中。

工程中广泛使用的这些薄壁圆筒，当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等荷载作用时，最常见的失效模式为屈曲。

因此，为了保证结构的安全，需要进行屈曲分析。

对结构进行屈曲分析，涉及到较复杂的弹(塑)性理论和数学计算，要通过求解高阶偏微分方程组，才能求解失稳临界荷载，而且只有少数简单结构才能求得精确的解析解。

因此，只能采用能量法、数值方法和有限元方法等近似的分析方法进行分析。

近20年来，随着计算机和有限元方法的迅猛发展，形成了许多的实用分析程序，提高了对复杂结构进行屈曲分析的能力和设计水平。

ABAQUS 就是其中的杰出代表。

1.屈曲有限元理论有限元方法中，对结构的屈曲失稳问题的分析方法主要有两类：一类是通过特征值分析计算屈曲载荷，另一类是利用结合Newton—Raphson迭代的弧长法来确定加载方向，追踪失稳路径的几何非线性分析方法，能有效分析高度非线性屈曲和后屈曲问题。

1.1线性屈曲假设结构受到的外载荷模式为P0。

，幅值大小为λ，结构内力为Q，则静力平衡方程应为λP0=λQ进一步考察结构在(λ+△λ)P0载荷作用下的平衡方程，得到K E+K S S+λ△S+K G u+λu△u=△λP0由于结构达到保持稳定的临界载荷时有△λ，代入上式得K E+λK S△σ+K G△u△u=0该方程对应的特征值问题为det K E+λK S△σ+K G△u=0如果忽略几何刚度增量的影响，屈曲分析的方程又可进一步简化为det K E+λK S△σ=0该方程即为求解线性屈曲的特征值方程。

λ为屈曲失稳载荷因子，△u为结构失稳形态的特征向量。

1.2非线性屈曲非线性屈曲分析方法多采用弧长法进行分步迭代计算，在增量非线性有限元分析中，沿着平衡路径迭代位移增量的大小(也叫弧长)和方向，确定载荷增量的自动加载方案，可用于高度非线性的屈曲失稳问题。

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基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析
由于玻璃钢复合材料的薄壁圆筒结构具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀，电绝缘及透微波等优点，目前已广泛应用于航空航天和民用领域中。

工程中广泛使用的这些薄壁圆筒，当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等荷载作用时，最常见的失效模式为屈曲。

因此，为了保证结构的安全，需要进行屈曲分析。

因此，只能采用能量法、数值方法和有限元方法等近似的分析方法进行分析。

近20年来，随着计算机和有限元方法的迅猛发展，形成了许多的实用分析程序，提高了对复杂结构进行屈曲分析的能力和设计水平。

ABAQUS 就是其中的杰出代表。

1.屈曲有限元理论
有限元方法中，对结构的屈曲失稳问题的分析方法主要有两类：一类是通过特征值分析计算屈曲载荷，另一类是利用结合Newton—Raphson迭代的弧长法来确定加载方向，追踪失稳路径的几何非线性分析方法，能有效分析高度非线性屈曲和后屈曲问题。

1.1线性屈曲
假设结构受到的外载荷模式为P0。

，幅值大小为λ，结构内力为Q，则静力平衡方程应为
λP0=λQ
进一步考察结构在(λ+△λ)P0载荷作用下的平衡方程，得到
{[K E]+[K S(S+λ△S)]+[K G(ũ+λũ)]}△ũ=△λP0由于结构达到保持稳定的临界载荷时有△λ，代入上式得
{[K E]+λ[K S△σ]+K G(△ũ)}△ũ=0
该方程对应的特征值问题为
det{[K E]+λ[K S△σ]+K G(△ũ)}=0
如果忽略几何刚度增量的影响，屈曲分析的方程又可进一步简化为
det{[K E]+λ[K S△σ]}=0
该方程即为求解线性屈曲的特征值方程。

λ为屈曲失稳载荷因子，(△ũ)为结构失稳形态的特征向量。

1.2非线性屈曲
非线性屈曲分析方法多采用弧长法进行分步迭代计算，在增量非线性有限元分析中，沿着平衡路径迭代位移增量的大小(也叫弧长)和方向，确定载荷增量的自动加载方案，可用于高度非线性的屈曲失稳问题。

与提取特征值的线性屈曲分析相比，弧长法不仅考虑刚度奇异的失稳点附近的平衡，而且通过追踪整个失稳过程中实际的载荷、位移关系，获得结构失稳前后的全部信息，适合于高度非线性的屈曲失稳问题。

2.ABAQUS的线性屈曲分析
ABAQUS中提供两种分析方法来确定结构的临界荷载和结构发生屈曲响应的特征形状：线性屈曲分析(特征值屈曲分析)、非线性屈曲分析。

线性屈曲分析用于预测一个理想的弹性结构的理论屈曲强度。

它是预期的线性屈曲荷载的上限，可以作为非线性屈曲分析的给定荷载，在渐进加载达到此荷载前，非线性求解必然发散；它还可以作为施加初始缺陷或扰动荷载的依据。

所以预先进行特征值屈曲分析有助于非线性屈曲分析，进行特征值屈曲分析是必要的。

3.算例
3.1问题概述
图3-1 实例模型
如图所示两端开口的复合材料薄壁圆筒，底端固支，顶端作用有均匀分布的轴压边载。

半径R=152mm，高度300mm，厚度t=0.804mm，对称铺层[±45,0]s，
单层厚度为0.134mm。

复合材料圆筒的材料参数如下表：
表1 AS4/3501-6 石墨/环氧的弹性参数
弹性模量参数
E1/GPa 142
E2/GPa 9.7
G12/GPa 6
G13/GPa 3.6
G23/GPa 3.6
0.3
μ
3.2建模、划分网格及分析过程
3.2.1 ABAQUS进行前处理建立模型
首先先绘制一个半径为152mm的三维轮廓图，然后进行拉伸300mm创建一个具有平面壳体单元的三维变形体。

其次进入property模块生成材料，参考上表编辑其弹性参数。

编辑截面进行复合层板的铺层完成材料属性、截面属性的定义。

图3-2 铺层
接着生成装配件，定义屈曲分析步。

对所建模型施加边界条件和施加载荷。

将圆筒的一端固支，另一端施加单位1的均布轴边压载。

最后进行网格划分。

考虑到在复合材料层合壳模型中剪切柔度的影响，可采用厚壳单元S4R来模拟它。

所得到的模型如图所示：
图3-3 模型网格图
3.2.2计算结果分析
在JOD模块中建立屈曲分析模块进行分析，可得到薄壁圆筒的六阶屈曲失稳载荷因子。

表2 各阶模态的屈曲载荷因子
屈曲载荷因子
模态
48.015
1
2 48.015
3 48.98
4 48.981
5 50.188
6 50.188
则取第一阶模态的屈曲载荷因子计算临界载荷。

由屈曲载荷因子与临界载荷的关系：
P cr=λ∗p
当对薄壁圆筒施加48.015N/mm的边载时，圆筒将屈曲失稳。

对应的各阶模态云图如下所示：
模态1位移轴向和截面方向云图
模态2位移轴向和截面方向云图
模态3位移轴向和截面方向云图
模态4位移轴向和截面方向云图
模态5位移轴向和截面方向云图
模态6位移轴向和截面方向云图
图3-4 各阶模态云图
由上图可以看出当施加一阶模态的载荷时，圆筒已经屈曲失稳。

所以保留一阶的临界载荷更有现实意义。

4.总结
由算例的计算过程可以得到屈曲载荷因子的大小与划分的网格数和网格类型有关，网格划分过小会导致计算步骤过多影响计算速度甚至无法计算出结果，网格过大导致结果不精确。

所以在选择网格时应选择适当选择类型和大小。

参考文献
[1] 吕桂萍、赵冰燃，水轮机圆筒阀筒体屈曲分析，阀门，2011年第5期.
[2]刘力涛，苏文献,内压和轴向载荷作用下开孔薄壁短圆筒屈曲的数值研究,石油化工设备，第37卷，第4期.
[3]邵英翠 ,闫伟, 王立朋, 国产T300碳纤维格栅加筋圆筒轴压稳定性研究,强度与环境，第37卷第6期.
[4] 况祺,夏凌辉 ,常春伟, ANSYS在复合材料夹层结构屈曲分析中的应用, 科学技术与工程,第5卷第23期.。