特征值屈曲分析步骤
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。
屈曲分析常用方法
屈曲分析常用方法
介绍了用于屈曲分析的常用方法
处理屈曲问题可以用的几种计算方式
关键字特点
线性屈曲分析*buckle用于估计最大临界载荷和屈曲模态，无法查看屈曲后状态。
可用作引入缺陷的之前的计算分析步，需要加载荷；屈曲特征值与载荷相乘就是屈曲载荷。
主要用于缺陷不敏感结构。
非线性屈曲分析*static, riks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，如果结构存在接触，容易出现收敛问题。
通用静力分析*static用于计算结构刚度不变或结构刚度增大的结构，如果结构出现屈曲或者垮塌，很容易出现不收敛问题，无法计算后屈曲状态。
通用静力分析+阻尼稳定*static, stabilize在静力分析步中加阻尼，有助于收敛，计算的结束点可以比通用静力分析要后一些，但要注意阻尼不能加得过大。
隐式动力分析*Dynamic将屈曲问题作为隐式动力问题来处理，适合接触脱开的问题，但是假如结构接触对较多，很容易出现收敛问题。
这种分析类型使用的是隐式积分方法。
显式动力分析*dynamic, explicit将屈曲问题作为显式动力问题来处理，适合接触脱开的问题，能够适应复杂的模型，复杂的接触对，收敛效果较好。
但是计算量较大，计算时间较长，计算完以后需要评估计算结果是否可靠。
这种分析类型使用的是显式积分方法。
(ANSYS屈曲分析)
7.1 特征值屈曲分析的步骤 7.2 构件的特征值屈曲分析 7.3 结构的特征值屈曲分析
第7章 结构弹性稳定分析
结构失稳或结构屈曲: 当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的 增量，则结构的平衡位形将发生很大的改变，这种现 象叫做结构失稳或结构屈曲。 结构稳定问题一般分为两类: ★第一类失稳：又称平衡分岔失稳、分枝点失稳、特 征值屈曲分析。结构失稳时相应的荷载可称为屈曲荷 载、临界荷载、压屈荷载或平衡分枝荷载。 ★第二类失稳：结构失稳时，平衡状态不发生质变， 也称极值点失稳。结构失稳时相应的荷载称为极限荷 载或压溃荷载。 ●跳跃失稳：当荷载达到某值时，结构平衡状态发生 一明显的跳跃，突然过渡到非邻近的另一具有较大位 移的平衡状态。可归入第二类失稳。
7.1 特征值屈曲分析的步骤--查看结果
⑴ 列表显示所有屈曲荷载系数 命令格式：SET,LIST SET栏对应的数据为模态数阶次，TIME/FREQ栏对应的数据 为该阶模态的特征值，即屈曲荷载系数。荷载步均为1，但每个 模态都为一个子步，以便结果处理。 ⑵ 定义查看模态阶次 命令格式：SET,1,SBSTEP ⑶ 显示该阶屈曲模态形状 命令格式：PLDISP ⑷ 显示该阶屈曲模态相对应力分布 命令格式：PLNSOL或PLESOL等。 模态形状归一化处理，位移不表示真实的变形。 直接获取第N阶屈曲模态的特征值（屈曲荷载系数）： *get,freqN,mode,N,freq 其中FREQN为用户定义的变量，存放第N阶模态的屈曲荷载系 数，其余为既定标识符。
第7章 结构弹性稳定分析
★结构弹性稳定分析=第一类稳定问题 ANSYS特征值屈曲分析（Buckling Analysis）。 ★第二类稳定问题 ANSYS结构静力非线性分析，无论前屈曲平衡状态 或后屈曲平衡状态均可一次求得，即“全过程分析”。 这里介绍ANSYS特征值屈曲分析的相关技术。在本 章中如无特殊说明，单独使用的 “ 屈曲分析 ” 均指 “ 特 征值屈曲分析”。
荷载因子=特征值、屈曲分析
荷载因子=特征值、屈曲分析只有找到临界点才能说结构屈曲了，首先加的荷载是否超过临界荷载？然后是否有点的荷载位移曲线含有零斜率的点？3.5 特征值(线性)屈曲分析3.5.1 基本知识我们已经知道应力刚度矩阵[S]可以加强或减弱结构的刚度，这依赖于刚度应力是拉应力还是压应力。
对受压情况，当F增大时，弱化效应增加，当达到某个载荷时，弱化效应超过结构的固有刚度，此时没有了净刚度，位移无限增加，结构发生屈曲。
ANSYS的线性屈曲分析使用相似的概念，使用特征值的公式计算造成结构负刚度的应力刚度矩阵的比例因子。
([K] +λ[S] ){ψ}=0其中：[K]＝刚度矩阵[S]＝应力刚度矩阵{ψ}＝位移特征矢量λ＝特征值（也叫作比例因子或载荷因子）利用上面的特征值公式可以决定结构的分叉点，分叉点是指两条或多条载荷－变形曲线的相交点。
具有分叉屈曲的结构在达到屈曲载荷之前其位移－变形曲线表现出线性关系，达到屈曲载荷之后，曲线将跟随另外的路线，分叉屈曲的典型例子是欧拉梁和薄的轴向加载的圆柱壳。
关于特征值公式的几点说明：· 特征值表示给定载荷的比例因子· 如果给定载荷是单位载荷，特征值即是屈曲载荷。
· 特征矢量是屈曲形状· 一般来说只对第一个特征值和特征矢量感兴趣由于特征值屈曲不考虑任何非线性和初始扰动，因此它只是一种学术解，利用特征值屈曲分析可以预测出屈曲载荷的上限，然而在通常情况下我们都期望得到保守载荷（下限）。
特征值屈曲分析的优点是计算快。
在进行非线性屈曲分析之前我们可以利用线性屈曲分析了解屈曲形状。
3.5.2 特征值屈曲分析的步骤再一次提醒用户，特征值屈曲分析通常产生非保守结果，故通常不应用于实际结构的设计。
若用户认为特征值屈曲分析对于自己的应用是合适的话，则可按如下步骤进行分析：1、建立模型；2、获得静力解；3、获得特征值屈曲解；4、展开解；5、观察结果。
3.5.2.1 建立模型定义作业名和分析标题，进入 PREP7 定义单元类型、单元实常数、材料性质、模型几何实体。
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
ABAQUS钢柱特征值屈曲分析
四、ABAQUS钢柱特征值屈曲分析问题描述：利用有限元软件分析咋爱不同特征值下的一个 4.2m高的钢柱的变形情况。
钢柱的截面尺寸如图所示。
钢柱的材料特性：弹性模量E=2.1e11N/m2，泊松比0.3，屈服强度f y=3.45e8 N/m2。
1.创建部件将Modeling Space设为3D，Shape设为shell，Type选择Extrusion，Approximate size项输入1，点击继续开始绘制草图。
以坐标的形式绘制线条，生成三维模型。
2.创建材料点击创建材料按钮，弹出对话框。
名称输入steel，在对话框中点击General(常规特性)-Density，在Mass Density中输入7850；点击Mechanical（力学特性）-Elasticity（弹性）-Elastic，将Young’s Modulus（弹性模量）设为2.0e11，Poisson’s Ratio为0.3。
3.创建截面属性点击创建截面按钮，将Category设为shell，Type设为Homogeneous，其余参数不变，点击继续弹出Edit section对话框，Value后面输入0.01，保持其余参数不变，完成对翼缘截面属性的定义。
同理输入0.006，完成对腹板截面属性的定义。
4.给部件赋予截面属性点击赋予截面属性按钮，分别赋予翼缘和腹板的截面属性。
5.定义装配件6.设置分析步点击创建分析步按钮，在名称后面输入load，procedure type项选择linear perturbation，下拉菜单中选择Buckle。
点击继续，弹出编辑分析步对话框，Eigensolver 项中选择Lanczos，在Number of eigenvalus requested（所需特征值数量）后输入10，即分析10个特征值下的变形情况，剩余参数不变。
7.定义荷载和边界条件●给钢柱施加边界荷载点击Create Load对话框，在名称后面输入load-1，step项中选择load，将出现的Type for Selected Step（所选分析步的荷载类型）设为Shell edge laod(壳体边缘荷载)，保持其他不变，点击继续，提示区显示选择要添加荷载的壳体边缘，选择如图所示的边界，在弹出的对话框的Magnitude（幅值）后面输入1e4，剩余参数不变。
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。
MIDAS屈曲分析演示幻灯片
注：在极限状态设计法中屋 面活荷载与普通层 的活荷载的荷载分 项系数不同，故荷 载工况也需单独输 入。
图2. 输入荷载工况
图3. 输入自重
注：若模型需要考虑初始缺 陷，那么施加恒荷 载和活荷载中不应 采用虚面得方式施 加！
图4. 屋顶荷载的施加
3、定义屈曲分析控制数据
图5.屈曲分析控制数据
定义屈曲分析控制数据， 运行屈曲分析， 找到网壳结构最 低阶屈曲模态 （第一屈曲模态） 的屈曲向量，通 过该模态的屈曲 向量考虑结构的
MIDAS/Gen 培训资料
单层网壳屈曲分析
培训目的
---熟悉单层网壳特征值屈曲的操作过程 ---了解单层网壳初始缺陷的施加方法 ---掌握单层网壳非线性屈曲的分析方法
操作步骤
---打开建好的网壳模型，建立荷载工况并施加荷载 ---定义屈曲分析控制数据 ---运行分析得到结构基本屈曲模态的屈曲向量 ---按规范规定考虑初始缺陷调整模型 ---给模型施加实际荷载 ---查看屈曲模态和临界荷载系数
图8.计算初始缺陷EXCEL表格
3、非线性屈曲分析
① 自动生成荷载组合， 建立或修改需要转换成非线性荷载工况的荷载组合，如 图9
② 生成非线性荷载工况：主菜单>荷载>由荷载组合建立荷载工况，如图10 ③ 查看在该工况下线弹性分析位移最大的点，做非线性分析的控制节点 ④ 设定非线性控制数据：主菜单>分析>非线性分析数据，如图11 ⑤ 查看荷载－位移曲线：结果>阶段/步骤时程图表，如图12
建立需要转换成非线性 荷载工况的荷载组合
系数可修改
图9.建立需要转换成非线性荷载工况的荷载组合
图10.由建立的荷载组合生成非线性荷载工况
不断调试， 直到得到理 想的结果
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ANSYS屈曲计算步骤：
进行屈曲分析，施加自重标准值和风荷载标准值，得到屈曲结果，大于5.
1.先静力分析：
2.设置计算选项：
3.运行，进行静力分析
4.设置屈曲分析计算选项
设置模态：20个，屈曲值得取值范围为：0-10000
显示结果，显示变形结果。
利用“by pick”得到模态屈曲值。
点击read，close。
在变形图上显示屈曲变形的趋势。
5.结果显示
单元显示关闭
选择实体
sap屈曲计算步骤：
定义荷载工况类型：BUCKLING
添加荷载：自重和风荷载。
系数为1.（上图是特殊情况需要改荷载）在施加自重荷载时，用添加，而不用替代，要不然就把钢结构原有荷载给替换掉了。
进行运行计算
看结果。
查看变形图，按照模态查看查看第一模态的结果：
若要显示其他模态可以修改振型数。