初始缺陷
關(guān)注創(chuàng)建者：大平-結(jié)構(gòu)工程 創(chuàng)建時(shí)間：2019-06-06
初始缺陷的視頻教程
考慮初始缺陷鋼管混凝土柱軸壓模擬（ABAQUS通法建模中級(jí)案例4）
為了使有限元分析更貼合實(shí)際情況，構(gòu)件的初始缺陷往往不能忽視。 本視頻主要講解了對(duì)于組合柱如何考慮幾何初始缺陷進(jìn)行受力分析，三步走，清晰步驟，方便您徹底掌握。理論派講解，讓您把握考慮初始缺陷的真諦。 本案例cae文件以及初始缺陷三步走txt文件均已上傳。 謝謝大家的鼓勵(lì)與支持，歡迎觀看。
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ABAQUS精品課A6—引入初始缺陷的兩種方法及可靠性驗(yàn)證
具體內(nèi)容如下： 1、初始缺陷的基本概況 2、兩種引入初始缺陷的方法講解 3、兩種方法的可靠性驗(yàn)證 4、后處理講解
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基于hyperworks&abaqus的考慮初始缺陷的懸架控制臂后屈曲仿真分析實(shí)例視頻教程
本課程詳細(xì)介紹了如何使用hyperworks和abaqus兩個(gè)軟件，去仿真計(jì)算考慮了初始缺陷的后懸架控制臂的非線性buckling force值，主要包含三個(gè)內(nèi)容：1、如何利用hyperworks進(jìn)行控制臂本體的網(wǎng)格劃分；2、如何在不打開abaqus軟件的前提下，使用簡(jiǎn)單命令調(diào)用abaqus求解器，來求解線性屈曲載荷；3、如何引入產(chǎn)品的初始缺陷，來求解控制臂本身的非線性buckling force
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初始缺陷的實(shí)例教程
而影響軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性的主要因素為縱向殘余應(yīng)力、初始彎曲、荷載初偏心及端部約束條件等。實(shí)際的軸心受壓構(gòu)件往往會(huì)存在上述的一種或多種缺陷，導(dǎo)致構(gòu)件的穩(wěn)定承載力降低。
本文主要針對(duì)任意軸對(duì)稱的圓形鋼管截面，利用ABAQUS有限元非線性分析軟件，對(duì)其在軸心受壓情況下進(jìn)行特征值屈曲分析和靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的非線性屈曲分析（考慮材料彈塑性和初始缺陷的影響）。通過考慮材料非線性、幾何非線性并引入初彎曲，得出構(gòu)件發(fā)生彎曲失穩(wěn)的極限荷載,并且由彎曲失穩(wěn)的臨界荷載得出的構(gòu)件荷載位移曲線。同時(shí)再進(jìn)行非線性分析時(shí)，需要施加初始擾動(dòng)，以幫助非線性分析時(shí)失穩(wěn)，可以通過特征值屈曲分析得到的初始彎曲模態(tài)來定義初始缺陷；最后由可以將特征值屈曲分析得到的臨界荷載作為非線性屈曲分析時(shí)所施加荷載的參考。
二、結(jié)構(gòu)模型
用ABAQUS中的殼單元建立軸心受壓模型，采用SI國際單位制（m）。
1.構(gòu)件的材料特性： E=2.0E11N/m2，μ=0.3， fy=2.35E8N/m2 ，ρ=7800kg/m3 ，鋼管半徑：60mm，厚度：3mm，長度：2.5m。
2.鋼管的截面尺寸及鋼管受到的約束和荷載施加的模型圖如圖2-1及圖2-2所示。
展開 其中線性屈曲分析不考慮任何非線性和初始擾動(dòng)，所以對(duì)結(jié)構(gòu)臨界失穩(wěn)載荷的計(jì)算值往往要高于結(jié)構(gòu)的實(shí)際臨界載荷，有的甚至超過實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)試值的幾十倍，線性分析唯一的優(yōu)勢(shì)是其分析速度較快，但在實(shí)際中其預(yù)測(cè)值參考價(jià)值不大，僅給定結(jié)構(gòu)屈曲失效的上限值。而在非線性屈曲分析中，對(duì)稱結(jié)構(gòu)和對(duì)稱載荷需要施加一個(gè)干擾力或者一個(gè)初始幾何缺陷，使得屈曲處的不連續(xù)響應(yīng)變成連續(xù)響應(yīng)，從而保證在非線性分析時(shí)得到屈曲解。由于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中存在的缺陷往往很難精確的定位和測(cè)量，所以通常的方法是將特征值屈曲分析得到的屈曲模態(tài)的變形乘以一個(gè)系數(shù)并施加在有限元模型上作為初始幾何缺陷，使結(jié)構(gòu)不再對(duì)稱，以便求得非線性屈曲分析的解。本文介紹的即是在WB中進(jìn)行非線性屈曲分析引入初始幾何缺陷的方法。
展開 項(xiàng)目難點(diǎn)：
1、快速建模；
2、初始缺陷施加；
3、滯回模擬通法設(shè)置。
若有興趣，可加我QQ2170453510。
材料非線性行為：雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化BKIN，屈服強(qiáng)度460MPa
幾何非線性：長工字梁
其他:
1.采用梁?jiǎn)卧猙eam188建模
2.各個(gè)梁截面初始含有初始殘余應(yīng)力
加載示意圖：
梁?jiǎn)卧?em>初始殘余應(yīng)力云圖：
梁?jiǎn)卧刃?yīng)力云圖：
由此可見，結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服并不是因?yàn)檫_(dá)到材料的屈服極限，而是發(fā)生受壓失穩(wěn)。
載荷和轉(zhuǎn)角曲線：
這類問題很多時(shí)候是采用的是殼單元建模分析，本文提供了一種新的思路，對(duì)于復(fù)雜模型，由于節(jié)點(diǎn)數(shù)目相比于殼單元要少很多，因此可以極大的提高求解的效率。
另外在提供一個(gè)新的思路，根據(jù)本模型的特點(diǎn)，其實(shí)也可以采用2D-3D擴(kuò)展的方法。不過，這樣要花費(fèi)比較大的計(jì)算資源。
過程如下：
1.首先采用平面應(yīng)變單元，建立梁截面模型，然后采用施加截面的初始殘余應(yīng)變。
2.將模型擴(kuò)展到3D。輸出3d狀態(tài)下的初始殘余應(yīng)力。
3.將上述模型拷貝兩份。其中一份用于得到殘余應(yīng)力分布。另一份用于正常的特征值屈曲分析。
4.獲取特征值屈曲分析的變形作為初始幾何缺陷。
5.加入前面得到的初始殘余應(yīng)力場(chǎng)載荷，進(jìn)行非線性求解分析。
采用實(shí)體單元分析時(shí)，需要注意載荷的轉(zhuǎn)換。另外注意不要把初始應(yīng)力場(chǎng)加到特征值分析時(shí)。
展開 再有，在非線性有限元計(jì)算中，關(guān)于初始缺陷的問題沒有具體的介紹，試驗(yàn)前應(yīng)仔細(xì)量取“初始缺陷”，并在有限元分析中充分考慮。
我們先來考慮σcr、書本上σu以及海工規(guī)范RP-C201的計(jì)算結(jié)果及其相互比較如下：
從下面比較的結(jié)果看，書本和CSR規(guī)范雖然都“高估”了，但公式中沒有包含安全系數(shù)，并且所謂“誤差”的百分比相對(duì)比較“穩(wěn)定”。從帶安全系數(shù)的RP-C201（1.15的材料系數(shù)）的結(jié)果來看結(jié)果是可以接受的。另外，可以明確的是應(yīng)力重分布對(duì)薄板屈曲性能的貢獻(xiàn)很大，因?yàn)棣襝r明顯低于最終得到的屈曲強(qiáng)度。
從有限元出發(fā)
筆者對(duì)M-250模型，基于DNV-RP-C208，采用弧長法做了有限元壓潰分析，并研究初始缺陷的影響。由于模型的長寬比為2，所以第一階段模態(tài)（即兩個(gè)半波，臨界應(yīng)力120MPa）為主要初始缺陷模態(tài)（Model1）。同時(shí)，還關(guān)注一個(gè)半波的模態(tài)（Model2，臨界應(yīng)力130MPa），因?yàn)樗呛附幼冃蔚某Ｒ娦螒B(tài)。初始缺陷的幅值取s/200=1.25mm和s/100=2.5mm兩個(gè)來分析其敏感性。
Imperfection Model 1
Imperfection Model 2
Model 1的結(jié)果
Model 1得到的結(jié)果，從結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的形式來看十分接近試驗(yàn)觀察的現(xiàn)象。采用1.25mm和2.5mm的初始缺陷幅值，結(jié)果比試驗(yàn)分別大18%和12%。注意到若采用規(guī)范的安全格式，得到的結(jié)果應(yīng)除以?M=1.15，則誤差僅為2%和-3%。
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初始缺陷的最新內(nèi)容
反力-時(shí)間曲線
總結(jié)
本模擬通過圓柱柱體局部屈曲分析，說明了如何向初始幾何引入缺陷。這種缺陷量對(duì)于使模型在數(shù)值上發(fā)生屈曲是必要的。使用非線性穩(wěn)定化是為了在屈曲點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)收斂。
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圖2 循壞載荷下的應(yīng)力應(yīng)變曲線
300 K 時(shí)的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示，當(dāng)高溫合金受到循環(huán)加載時(shí)，最大應(yīng)力隨循環(huán)次數(shù)的增加而增大，即首先發(fā)生應(yīng)力循環(huán)硬化，這主要是由于初始缺陷的積累，如位錯(cuò)、堆垛層錯(cuò)等。隨著加載的進(jìn)行，循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線在最后幾個(gè)循環(huán)中基本一致。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，最大應(yīng)力趨于穩(wěn)定并達(dá)到循環(huán)飽和狀態(tài)，這符合金屬的循環(huán)變形特征。
殼體屈曲承載力受以下因素的影響：殼體厚度/殼體形狀/邊界條件/初始缺陷/材料特性等。
06-對(duì)比表
既然每種失效類型都已定義并概述了其特征，下面的表中總結(jié)了它們之間的主要區(qū)別。
三、解決方法2：直接分析法
如前面構(gòu)件驗(yàn)算報(bào)錯(cuò)時(shí)的建議所示：對(duì)于非雙軸對(duì)稱截面，可使用二階分析（并考慮7自由度）并添加初始彎曲缺陷進(jìn)行計(jì)算。其實(shí)就是受彎構(gòu)件的直接分析法。
非線性參數(shù)分析中的初始幾何缺陷采用最低彈性特征模態(tài)的形式，振幅 w0 為 t/100，這與測(cè)試結(jié)果最一致（表 4）。參數(shù)研究中考慮的截面尺寸為 150 × 150、150 × 100、150 × 75 和 150 × 50，厚度各不相同，以覆蓋橫截面細(xì)長范圍。該結(jié)果已用于驗(yàn)證橢圓形空心截面所提出的細(xì)長參數(shù)和橫截面分類極限，并將在下一節(jié)中詳細(xì)討論。
非線性屈曲分析時(shí)考慮結(jié)構(gòu)平衡受擾動(dòng)（初始缺陷、載荷擾動(dòng)）的非線性靜力分析，該分析時(shí)一直加載到結(jié)構(gòu)極限承載狀態(tài)的全過程分析，分析中可以綜合考慮材料塑性、幾何非線性、接觸、大變形。非線性屈曲比特征值屈曲更精確，因此推薦用于設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)。
!3、非線性屈曲分析的理論計(jì)算及有限元計(jì)算
!理論解，根據(jù)Euler公式。其中μ取決于固定方式。
!
4、特征值屈曲分析的缺點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
如上分析，特征值屈曲分析得到的是非保守解，但是具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：快捷分析，屈曲模態(tài)形狀可用作非線性屈曲分析的初始幾何缺陷。
因此為了得到較為精確的屈曲分析，還需要做非線性屈曲分析，后期繼續(xù)非線性屈曲分析的學(xué)習(xí)，將會(huì)采用弧長法進(jìn)行求解。
!問題描述
!中空矩形柱，長度500mm，寬度39mm，厚度1.2mm。彈性模量E= 200 GPa，泊松比u =0.3。
當(dāng)然最后別忘了如果φb大于0.6，需要利用公式C.0.1-7進(jìn)行換算以考慮構(gòu)件初始缺陷對(duì)承載力的影響，得到一個(gè)不大于1.0的值。
復(fù)合材料有四層，在第3層和第4層之間有一個(gè)初始缺陷。結(jié)構(gòu)承受壓縮載荷，導(dǎo)致零件在初始缺陷處屈曲。
VCCT模型通過“粘接失效”選項(xiàng)定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點(diǎn)應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識(shí)別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進(jìn)行常規(guī)接觸，即使它們是粘合界面的一部分。
在VCCT情況下，兩個(gè)部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。通過界面元件，在部件之間存在彈性層。
復(fù)合材料有四層，在第3層和第4層之間有一個(gè)初始缺陷。結(jié)構(gòu)承受壓縮載荷，導(dǎo)致零件在初始缺陷處屈曲。
VCCT模型通過“粘接失效”選項(xiàng)定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點(diǎn)應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識(shí)別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進(jìn)行常規(guī)接觸，即使它們是粘合界面的一部分。
在VCCT情況下，兩個(gè)部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。通過界面元件，在部件之間存在彈性層。
