局部屈曲
關注創建者：yunduan082 創建時間：2020-10-15
局部屈曲的視頻教程
ABAQUS-鋁筒非線性屈曲分析
本案例基于ABAQUS的 static riks分析步模擬了厚度為2的鋁筒在集中力作用下發生局部屈曲的過程，圓筒采用S4R單元，上下邊界節點采用rigid node剛性約束，底邊固定，上端RP點施加集中力載荷，輸出位移場，通過修改inp文件，添加缺陷： *imperfection,file=linear_buckling,step=1 1,0.2 2,0.1 3,0.05 可以看到圓筒局部屈曲褶皺
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ABAQUS鋼框架-冷彎薄壁型鋼-OSB板組合剪力墻滯回分析-碩士學位論文復現
復現結果表明： 1、 滯回曲線和試驗吻合一致，出現完美的捏縮和下降段 2、 破壞形態與試驗一致，鋼框架在柱底和梁柱節點處發生連接失效，同時冷彎薄壁型鋼發生局部屈曲。 本教程對已有模型進行講解，講解累積時長約1.5h。 ?購買后聯系作者獲取相關資料
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局部屈曲的實例教程
結構失穩模式——如彎曲屈曲、橫向扭轉屈曲、局部屈曲、剪切屈曲和殼體屈曲——在根本原因、行為以及影響的結構部件方面各不相同。
全面理解和識別這些穩定性問題對于進行準確的分析和設計堅固的結構至關重要。本文將通過詳細解釋每種失效類型，包括其特征、主要原因和關鍵特點，來幫助您實現這一目標。
最后，將提供一個對比表，以總結不同失效類型之間的差異，使您更容易識別和區分它們。
在閱讀本文時，請記住，所有這些失效模式都可以使用Dlubal的結構穩定性模塊進行分析。通過利用這一工具，您可以通過先進的有限元分析（FEA）來應對與這些失效類型相關的挑戰。
01-彎曲屈曲（Flexural Buckling）
彎曲屈曲發生在軸壓構件中，由于壓力導致構件側向彎曲或“屈曲”。這種現象發生在超過臨界載荷時，即構件在壓力作用下失去穩定性的載荷。
屈曲最常見于細長柱或長細比（長度與回轉半徑之比）較高的構件。這種行為通常由彈性材料的歐拉屈曲公式控制，但它可能涉及彈性屈曲或非彈性屈曲，具體取決于材料的屬性和構件的幾何形狀。
02-橫向扭轉屈曲（Lateral - Torsional Buckling）
橫向扭轉屈曲主要發生在受彎梁中，這種屈曲模式會引起構件橫向位移和扭轉。受彎構件中受壓翼緣受壓且受壓翼緣沒有足夠側向約束是產生這種失效模式的主要原因。
橫向扭轉屈曲的發生主要受到以下因素的影響：無支承長度、截面形狀、彎矩梯度等。一般通過橫向扭轉屈曲彈性臨界彎矩來分析。
03-局部屈曲（Local Buckling)
局部屈曲是指截面內板件（腹板/翼緣）的屈曲，而 桿件整體沒有屈曲。
展開 各結構強度均在達到屈服位移后開始出現下降，從應力云圖可以看出，強度出現下降時結構開始出現局部屈曲，其中未設置加勁肋的結構其反力值下降速度明顯高于設置加勁肋的結構，其局部屈曲位置在距離底部300~400mm處；
4.計算機硬件情況
建模及計算所用計算機硬件情況如圖5所示。
計算耗時為15min，各模型時間差別在5min以內，且計算時間隨結構破壞程度增加而增加。計算時應注意打開幾何非線性選項，根據計算可知打開幾何非線性后機構破壞情況更接近真實情況且滯回曲線有捏縮出現。
本示例問題是使用非線性穩定的非線性屈曲和后屈曲分析。該問題使用一個承受均勻外壓力的環肋圓柱來說明如何找到非線性屈曲載荷，在屈曲后階段實現收斂，并解釋結果。
簡介
屈曲分析對于成功的結構設計和仿真至關重要，尤其是當涉及薄殼和梁等結構時。雖然線性屈曲分析相對簡單，但它受到近似值的限制，無法模擬后屈曲現象。非線性屈曲分析沒有這些局限性，因此是首選的，即使它稍微復雜一些，需要一些試錯實驗。
通過類比，在物理世界中也很難確定屈曲的開始。“從科學和工程的角度來看，當肉眼可見結構未變形時，屈曲現象的有趣階段通常發生在變形非常大之前或僅輕微變形”。為了進行非線性屈曲分析，需要特殊的非線性分析技術來克服收斂困難，通常需要進行一些試驗。
以下技術可用于解決不穩定性或屈曲問題：
• 非線性穩定
該能力處理屈曲的局部和全局不穩定性，可用于除弧長法以外的任何其他非線性技術。
• 弧長法
該方法僅處理施加力時的整體失穩或屈曲，并可以模擬載荷-位移曲線的負斜率區域
• 將靜態問題作為“慢動態”分析
該技術使用動態效果來防止發散，但可能很難使用。
本示例使用外部靜水壓力下的環形加緊圓柱來演示如何預測屈曲載荷并借助非線性穩定來模擬后屈曲現象。將數值模擬結果與參考實驗結果進行了比較。
問題描述
一個由裸露的2024-T3鋁合金制成的圓柱體內部用五個Z形環加固。它的兩端用厚鋁隔板封閉。在頂板和頂環以及底板和底環之間存在鉚接的L形截面。
圓柱承受外部壓力差。壓力導致局部屈曲現象，其特征是加強環之間的蒙皮屈曲，最終導致坍塌。對屈曲壓力、屈曲和坍塌模式、圓柱體屈曲的波數以及荷載-位移曲線進行了檢查，并與參考結果進行了比較。
展開 因此，從承載力角度來說，截面等級是板件易發生屈曲程度和截面塑性發展程度的度量；從塑性設計和抗震設計角度而言，是截面塑性轉動和延性耗能能力的等級。所以，新鋼標按照根據截面承載力和塑性轉動能力，參考國際標準，并考慮到我國在受彎構件設計中采用截面塑性發展系數γx，新鋼標將截面根據其板件寬厚比分為五個等級S1~S5，各級截面對應的性能，按照截面受彎的力學性能已經給出了很明確的描述。
S1級截面：可達全截面塑性，保證塑性鉸具有塑性設計要求的轉動能力，且在轉動過程中承載力不降低，稱為一級塑性截面，也可以稱為塑性轉動截面；此時圖1所示的曲線1可以表示其彎矩-曲率關系。?p2一般要求達到塑性彎矩Mp除以彈性初始剛度得到的曲率?p的8~15倍。
S2級截面：可達全截面塑性，但由于局部屈曲，塑性鉸轉動能力有限，稱為二級塑性截面；此時彎矩-曲率關系如圖1所示的曲線2，?p1大約是?p的2~3倍。
S3級截面：翼緣全部屈服，腹板可發展不超過1/4截面高度的塑性，稱為彈塑性截面；作為梁時，其彎矩-曲率關系如圖1所示的曲線3。
S4級截面：邊緣纖維可達到屈服強度，但由于局部屈曲而不能發展塑性，稱為彈性截面；作為梁時，其彎矩-曲率關系如圖1所示的曲線4。
S5級截面：在邊緣纖維達到屈服應力前，腹板可能發生局部屈曲，稱為薄壁截面；作為梁時，其彎矩-曲率關系如圖1所示的曲線5。
圖1 截面的分類及其轉動能力
需要注意的是，S4級截面界限是邊緣纖維剛好達到屈服狀態。S1~S3級截面，能發展截面塑性，設計中可以按照規范的要求考慮塑性發展系數。而S5級截面在邊緣屈服未達到時，板件就已發生局部屈曲，只能考慮有效截面進行計算。因此對于板件寬厚比超出了S4時，按照新鋼標需要考慮有效截面復核強度與穩定。
展開 在靜力學分析中，尤其是在結構局部屈曲分析和時間相關非線性材料分析中，非線性穩定性控制（nonlinear stabilization）是一個非常好的選擇。
此外，在進行重啟動計算時，盡量避免在計算發散的時間點重啟動計算。比如本例中，計算在第十四個子步發散，在重啟動計算時，選擇在第十個子步設置nonlinear stabilization并啟動計算。如果計算依舊不收斂，則應選擇更靠前的時間點。
在后屈曲分析中，需要設置非線性穩定性控制（nonlinear stabilization）以保證計算收斂。通常有兩種方式實現：定義阻尼系數或定義能量比。用戶需要選擇通過哪種方式進行控制，然后輸入適當的值。理論上，用戶應該根據結構失穩類型、網格尺寸與類型，以及時間步長的綜合考慮進行設置。用戶可能需要經過多次嘗試才能尋找到相對合理的輸入。總之，nonlinear stabilization的目的是以最小的附加阻尼力獲得整個計算的收斂性。
（1）阻尼方法：如果用戶使用阻尼方法，意味著阻尼將定義在所有單元上。一旦阻尼值過大，附加在結構上的控制也會很大，因此結構剛度相應偏大，即結構很難產生變形；如果阻尼值過小，那么該設置不會起到控制計算收斂的作用。綜上所述，阻尼控制方法不適合用于局部非線性屈曲失效的結構。
（2）能量方法：由于本案例中的薄壁結構的失效是由于局部屈曲失效引起的，所以能量方法更加適合本案例。能量方法的原理是在不同的單元處施加不同的阻尼，所以程序會給容易失穩的單元施加較大的阻尼，而給不易失穩的單元施加較小的阻尼，這樣既可以控制計算的穩定性，同時也可以將附加控制力降低到最小。本案例中取能量比為0.000143進行計算。
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總結
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。這種缺陷量對于使模型在數值上發生屈曲是必要的。使用非線性穩定化是為了在屈曲點處實現收斂。
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該模擬采用圓柱柱局部屈曲分析來演示如何
在初始幾何形狀中引入一種缺陷。這種缺陷的量
為了使模型在數值上發生屈曲，這是必要的。采用了非線性穩定化方法
以達到在屈曲點處的收斂。
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自適應穩定求解
隱式?瞬態?半隱式自動接力，局部屈曲、材料軟化、接觸躍遷全程“一鍵求解”，原先難收斂的模型也能順利收斂。
由于其能夠準確模擬厚度方向的應力分布，在分析薄壁結構的局部屈曲和斷裂行為時具有優勢。
C3D8I 單元的應用場景：
C3D8I 單元在金屬薄壁結構分析中主要用于需要精確模擬彎曲變形的區域。由于其克服了剪切鎖死問題，在彎曲主導的問題中表現出色，在厚度方向上只需很少的單元，就可以得到與二次單元相當的結果，而計算成本明顯小于二次單元。
風壓不僅影響塔筒的強度和剛度性能，還可能誘發局部屈曲、疲勞破壞或整體失穩等問題，給設計和運行帶來嚴峻挑戰。
為了提高風機塔筒結構的設計效率并降低失效風險，風載荷作用下的風機塔筒受力分析仿真APP提供了一套集成化的分析工具。
03-局部屈曲（Local Buckling)
局部屈曲是指截面內板件（腹板/翼緣）的屈曲，而 桿件整體沒有屈曲。
局部屈曲引起的主要原因是板件受到的局部壓應力超過了板件彈性臨界屈曲應力。
這類屈曲主要發生在采用冷彎薄壁截面的桿件上。這類構件的強度和剛度計算都要考慮局部屈曲帶來的影響。
這種敏感性是由于在發生局部屈曲之前組成元件所達到的應變硬化水平。較不粗壯的截面位于屈服平臺之上或略低于屈服平臺，因此對局部屈曲點的變化不太敏感（就極限載荷而言）。對于屈服載荷和彈性屈曲載荷值相近的細長橢圓形空心截面，預計敏感性會增加。</p><p>在驗證了 FE 模型能夠復制長寬比為 2 的 EHS 測試行為的一般能力后，進行了一系列參數研究。
這種壓縮破壞與單個纖維的局部屈曲（微屈曲）有關。
四點彎曲試驗
（ASTM D6272）
四點彎曲試驗提供了彎曲彈性模量、彎曲應力和彎曲應力的值。該試驗與三點彎曲試驗非常相似。主要區別在于，由于增加了第四個鼻梁用于加載，梁的兩個加載點之間的部分被置于最大應力下。在3點彎曲試驗中，只有加載鼻下方的梁部分受到應力。
需要分析四種類型的應力-拉伸、壓縮、局部屈曲和臨界應力，每種應力都要進行測試以確認測試是否通過或失敗。使用該分析的結果，開發了第三個設計方案，如圖4和圖5。方案采用了一些變化。例如翻轉樞軸線靠近零件重心（CG），以減少作動器臂的運動并提供更大的支撐。這也有助于提高穩定性，避免使用磁性夾具。該團隊還使用鉸鏈來進一步改進設計。
盡管如此，通過測試，從 D/T 比等于 50 時開始，傳統得SIF 可能會由于過低由于擔心屈曲或局部損壞而不夠保守。 在這種情況下，我們建議對這些三通點或詳圖使用有限元分析 (FEA)，以確保在支撐位置處平面截面保持平面狀態。
