abaqus 極限載荷的案例
鋼架橋極限載荷分析
拱肋截面形式
組合截面 550x300x12x14
HM482X300X11/15
熱軋H型鋼
300x450x10
鋼箱梁
橫截面積
146.6
146.4
146.0
極限承載
8.8
8
10.6
CAE工程分析 | 極限載荷法
原則上應(yīng)該需要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的特征以及大量試驗對比進行調(diào)整
— 載荷曲線特征點判斷 —
除了通過最大塑性應(yīng)變來判斷結(jié)構(gòu)的承載極限外，很多標準中還推薦使用載荷曲線特征點來判斷結(jié)構(gòu)的極限載荷
典型判斷方式有以下幾種（雙切線法，零曲率法（參考文獻③），兩倍彈性斜率法（參考文獻①））：
在各種判斷方法中，個人比較傾向的是章為民等提出的零曲率準則
該準則表示：實際極限載荷定義為與載荷-位移曲線或載荷-應(yīng)變曲線上的”零曲率“點相對應(yīng)的載荷，但是由于實際材料存在塑性流動和強化，因此不存在曲率為零的點，因此工程中常把出現(xiàn)顯著塑性流動時的載荷定義為工程極限載荷（參考文獻③）
也就是說前文所述膝部端點就是通過零曲率準則判斷的極限載荷值
為什么個人比較推薦零曲率準則？主要原因有兩點
①對應(yīng)的物理意義清晰
②結(jié)果發(fā)散性較小
①大家相對好理解，因為零曲率準則給出的極限載荷對應(yīng)的是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯塑性流動和強化值，也就是典型彈塑性曲線的膝部端點
②代表的意思是，不同部位分別提取力-應(yīng)變曲線，會發(fā)現(xiàn)通過零曲率準則得到的極限載荷值接近，也就是說該值受提取應(yīng)變位置的影響較小
如上圖，分別提取A、B、C三個點的力-總應(yīng)變曲線，可以看到，分別通過零曲率準則得到的極限載荷值非常接近，而其它幾種方法得到的極限載荷值受不同部位曲線形式的不同影響較大
【注：零曲率的另一種特殊判斷方法，即將材料設(shè)置為理想彈塑性，若有限元分析由于不能繼續(xù)承載而導(dǎo)致難以收斂，則此時對應(yīng)的載荷值即為極限載荷值】
當然，極限載荷法終歸只是一種防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過量塑性變形的校核方法，對于結(jié)構(gòu)的安定性問題，疲勞問題還需要進一步考慮
來源于： 仿真求知之路 作者：聰聰
展開 極限載荷法APDL算例及注意事項
極限載荷法是求解結(jié)構(gòu)能承受的極限載荷的一種方法。極限載荷法是一種強度分析方法，注意要與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析區(qū)分開。
案例49-鋼筋混凝土板的載荷極限分析
結(jié)構(gòu)完整性損失可通過力/位移曲線的水平切線在這些載荷極限下確定。
施加載荷極限導(dǎo)致的極限位移大約是靜止變形狀態(tài)的十倍。對于兩種載荷條件，最大位移都在中心，與理論假設(shè)一致。
下圖顯示，載荷極限步驟的大結(jié)構(gòu)變形會導(dǎo)致混凝土基礎(chǔ)基質(zhì)的高內(nèi)應(yīng)力：
彎曲運動導(dǎo)致混凝土板頂側(cè)的壓縮應(yīng)力和底部區(qū)域的拉伸應(yīng)力。
在下圖中，添加了加強單元：
鋼筋通過承載部分荷載來支撐復(fù)合結(jié)構(gòu)。
混凝土區(qū)域中越來越大的拉應(yīng)力導(dǎo)致裂縫形成，如等效塑性應(yīng)變所示：
裂紋圖案在中心形成，并向最外邊緣擴展。
裂縫形成導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)完整性損失導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在620 kN（Drucker Prager）或655 kN（Menetrey Willam）的指定載荷極限下倒塌。
建議
為鋼筋混凝土模型建立載荷極限分析時，考慮以下建議：
• 盡可能利用對稱條件穩(wěn)定數(shù)值模型。
• 競爭性裂紋擴展會導(dǎo)致分叉問題，因此，在達到載荷極限之前，會導(dǎo)致數(shù)值收斂損失。通過在模擬模型中定義自定義薄弱點，從而在定義明確的區(qū)域中形成裂縫，從而避免該問題。
• 使用初始Newton-Raphson非線性解方法更好地捕捉不穩(wěn)定點。
• 與載荷控制分析相比，通過位移控制分析可以更容易地跟蹤剛度損失后的結(jié)構(gòu)行為；然而，如果不穩(wěn)定區(qū)域值得關(guān)注，并且需要進行載荷控制分析，則考慮使用弧長法（ARCLEN）。
使用弧長法，在大約610 kN的載荷和5.6 mm的撓度下確定了不穩(wěn)定區(qū)域。結(jié)果與圖49.4所示的分析結(jié)果一致，驗證了計算的載荷極限。
展開 
從不收斂的結(jié)果中識別正確塑性極限載荷
極限分析假定結(jié)構(gòu)所用材料為理想彈塑性材料。在某一載荷下結(jié)構(gòu)進入整體或局部區(qū)域的全域屈服后，變形將無限制地增大，結(jié)構(gòu)達到了它的極限承載能力，這種狀態(tài)即為塑性失效的極限狀態(tài)，這一載荷即為塑性失效時的極限載荷。
一、問題描述
軸的直徑為D = 10 mm，長度L = 40 mm。假設(shè)材料為理想彈塑性材料，扭轉(zhuǎn)剪切屈服強度200 MPa，彈性模量E = 200 GPa，泊松比μ = 0.3。計算圓軸扭轉(zhuǎn)的極限扭矩。
二、塑性極限扭矩的解析解
參考文獻：劉鴻文. 材料力學(xué) II (第6版) [M]. 北京: 高等教育出版社, 2017: 241-244.
三、剪切強度與第三、第四強度理論的關(guān)系
四、從不收斂的結(jié)果中識別塑性極限載荷
五、操作步驟
1．進入ANSYS
程序 → ANSYS → ANSYS ProductLauncher → 改變working directory到指定文件夾 → 在job name輸入：file → Run。
2．定義單元屬性
（1）單元類型：Main Menu >Preprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete→Add→在左列表框中選擇Beam，在右列表框中選擇2 node 188→OK。
（2）橫截面截面：Main Menu >Preprocessor>Sections >Beam >CommonSections →ID：輸入1；Sub-Type：選擇實心圓形截面；R：輸入5；N：輸入24；T：輸入12 →Meshview →OK。單位采用mm、N和MPa。
展開 基于ABAQUS海底滑坡模擬過程中海底載荷（泥線處海水對海底泥線的載荷）如何施加？ ￥3
利用ABAQUS進行海底滑坡或海底沉降或滑坡模擬過程中，如果海底是水平的，則該載荷很容易添加，如果海底存在一定的坡度，則不同位置處海底載荷不相等，那么就需要利用一定的手段進行施加。
本貼內(nèi)容就針對該問題為初學(xué)者進行解惑。入門ABAQUS高級使用者請繞路
如果假設(shè)模型模擬參數(shù)如下：
①尺寸：長250m，深125m，最淺處水深200m
那么海底泥線處載荷如何施加呢？
ABAQUS中橢圓形移動載荷DLOAD和UTRACLOAD子程序詳解：從定義到實現(xiàn) ￥288
圖5 切向載荷分布
3、子程序DLOAD和UTRACLOAD編程實現(xiàn)
確定好法向和切向移動載荷分布后，利用FORTRAN編寫DLOAD和UTRACLOAD用戶子程序，實現(xiàn)法向和切向移動載荷施加，載荷施加在滾動接觸體表面（以圖6所示的鋼軌踏面施加移動載荷為例）。
圖6 鋼軌表面施加法向和切向移動載荷
3.1 法向移動載荷實現(xiàn)DLOAD
DLOAD子程序是ABAQUS中定義體載荷、面載荷、線載荷等的一種接口，通過Fortran代碼自定義每個積分點上的載荷值。DLOAD適用于定義在單元上的載荷（如壓力、密度效應(yīng)等）；可以利用時間（TIME(1)）、空間坐標（COORD）、元素編號等信息，來定義移動的載荷區(qū)域或強度，主要用于法向載荷的模擬。
展開 Abaqus移動載荷 ￥25
ABAQUS——DLOAD和VDLOAD子程序應(yīng)用（移動載荷隱式和顯示）
abaqus中的載荷類型
所有分析類型中，只要有載荷，就會隨之產(chǎn)生位移、應(yīng)變、應(yīng)力。這四個量，只要有一個產(chǎn)生，就會隨之產(chǎn)生另外三種，用數(shù)學(xué)公式表示他們之間關(guān)系的研究被稱為材料力學(xué)，而有限元法則是通過載荷得到位移和應(yīng)變，再根據(jù)以上求解應(yīng)力。因此，載荷類型必須要明確，下文對此作了說明。
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ABAQUS創(chuàng)建螺栓載荷
螺栓載荷建立緊固力或長度調(diào)整模型，如圖所示，容器A是由螺栓預(yù)緊力壓在蓋子上來密封的，中間有一墊子。
ABAQUS可以在第一個分析步中施加螺栓載荷來建立緊固螺栓內(nèi)的拉力，方式是集中力或規(guī)定長度的改變，可以在螺栓橫截面上施加載荷。后續(xù)分析步中可以防止螺栓長度的進一步改變，以使相對于裝配件內(nèi)的其他載荷，螺栓是作為標準的變形組件存在。
當創(chuàng)建螺栓載荷，必須指定：定義螺栓橫截面的面ABAQUS/CAE中螺栓載荷施加在橫截面上。該面必須切斷螺栓幾何。ABAQUS/CAE 在該位置創(chuàng)建一個“內(nèi)部”面。如果是內(nèi)部創(chuàng)建的或?qū)氲穆菟▽嵗ǔ⒙菟ㄔ谛枰奈恢梅指铋_是很必要的。如圖。
如果是一個孤立網(wǎng)格，必須通過選擇單元面來定義橫截面。如圖
注意：只可以施加螺栓載荷在三維實體、二維實體和三維線框上。不支持二維和軸對稱線框。 螺栓軸線 如果定義螺栓載荷在一實體區(qū)域上，必須選擇基準軸或基準坐標系的一個軸來定義螺栓軸線(如果不是垂直于橫截面)。如果在線框區(qū)域定義螺栓載荷，螺栓軸線總是被假定為橫截面處的線框切向。ABAQUS/CAE使用定義的橫截面和螺栓軸線來定義預(yù)緊截面數(shù)據(jù)，還有一個預(yù)緊參考節(jié)點。 施加載荷的方法 當創(chuàng)建螺栓載荷時，必須選擇下列方法之一：[url=](1)施加力在螺栓上。該方法創(chuàng)建緊固螺栓來承受指定載荷。(2)調(diào)整螺栓長度。該方法創(chuàng)建緊固螺栓直到其自由長度由指定值改變。(3)固定螺栓的當前長度。該方法僅當已經(jīng)在第一個分析步中創(chuàng)建了螺栓而且當前正在隨后的分析步中編輯它才可用。該方法允許螺栓長度保持不變以使螺栓中的力根據(jù)模型的響應(yīng)來改變。所選方法的大小 如果施加力給螺栓，必須輸入力的大小；如果調(diào)整螺栓長度，必須輸入長度改變值。只可以在第一個分析步創(chuàng)建螺栓載荷，但可以在隨后分析步中更改載荷方法或載荷大小。
展開 abaqus自定義載荷子程序------Dload使用
abaqus子程序Dload的主要作用：
（1）可用于定義作為位置、時間、單元編號、被加載積分點數(shù)量等的函數(shù)分布載荷大小的變化。
（2）在應(yīng)力分析期間，將在每個基于單元或基于表面的非均勻分布載荷定義的載荷積分點處調(diào)用；
（3）將在每個積分點調(diào)用，以計算承受不均勻荷載類型PENU和PINU的管道元件的有效軸向力ESF1；
（4）不能在基于模態(tài)的程序中用于描述負載的時間變化；并且忽略可能與相關(guān)聯(lián)的階躍定義或非均勻分布負載定義一起出現(xiàn)的任何幅度參考。
子程序接口界面
SUBROUTINE DLOAD(F,KSTEP,KINC,TIME,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,
1 COORDS,JLTYP,SNAME)
C
INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'
C
DIMENSION TIME(2), COORDS (3)
CHARACTER*80 SNAME
user coding to define F
RETURN
END
待定義變量
F：分布載荷的大小。表面載荷的單位為FL?2，體力的單位為FL?3。F將作為基于單元或基于表面的分布式載荷定義的一部分指定的載荷大小傳遞到例程中。如果未定義大小，F(xiàn)將作為零傳入。對于使用修正Riks法（靜態(tài)應(yīng)力分析）的靜態(tài)分析，F(xiàn)必須定義為荷載比例系數(shù)λ的函數(shù)。分布式負載大小不可用于輸出目的。
用于傳遞信息的變量
KSTEP：Step 編號
KINC：增量數(shù)
TIME(1)：當前分析步對應(yīng)的當前時間
TIME(2)：所有分析步對應(yīng)的當前時間
NOEL：單元編號
NPT：根據(jù)荷載類型，構(gòu)件內(nèi)或構(gòu)件表面上的荷載積分點編號。
展開 
abaqus自定義載荷子程序------Dload使用 ￥29.9
abaqus子程序Dload的主要作用：
（1）可用于定義作為位置、時間、單元編號、被加載積分點數(shù)量等的函數(shù)分布載荷大小的變化。
（2）在應(yīng)力分析期間，將在每個基于單元或基于表面的非均勻分布載荷定義的載荷積分點處調(diào)用；
（3）將在每個積分點調(diào)用，以計算承受不均勻荷載類型PENU和PINU的管道元件的有效軸向力ESF1；
（4）不能在基于模態(tài)的程序中用于描述負載的時間變化；并且忽略可能與相關(guān)聯(lián)的階躍定義或非均勻分布負載定義一起出現(xiàn)的任何幅度參考。
子程序接口界面
SUBROUTINE DLOAD(F,KSTEP,KINC,TIME,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,
1 COORDS,JLTYP,SNAME)
C
INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'
C
DIMENSION TIME(2), COORDS (3)
CHARACTER*80 SNAME
user coding to define F
RETURN
END
待定義變量
F：分布載荷的大小。表面載荷的單位為FL?2，體力的單位為FL?3。F將作為基于單元或基于表面的分布式載荷定義的一部分指定的載荷大小傳遞到例程中。如果未定義大小，F(xiàn)將作為零傳入。對于使用修正Riks法（靜態(tài)應(yīng)力分析）的靜態(tài)分析，F(xiàn)必須定義為荷載比例系數(shù)λ的函數(shù)。分布式負載大小不可用于輸出目的。
用于傳遞信息的變量
KSTEP：Step 編號
KINC：增量數(shù)
TIME(1)：當前分析步對應(yīng)的當前時間
TIME(2)：所有分析步對應(yīng)的當前時間
NOEL：單元編號
NPT：根據(jù)荷載類型，構(gòu)件內(nèi)或構(gòu)件表面上的荷載積分點編號。
展開 ABAQUS熱傳導(dǎo)邊界及載荷介紹
ABAQUS作為先進的非線性有限元分析軟件，可以用來分析大規(guī)模的復(fù)雜多組件模型的傳熱問題。純熱傳遞分析在Abaqus/Standard中完成，耦合響應(yīng)在Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中完成。在ABAQUS/Standard中，熱傳導(dǎo)分析的執(zhí)行是通過將幾何體離散成擴散熱傳導(dǎo)單元，并且使用*HEAT TRANSFER過程選項完成熱傳導(dǎo)計算。
ABAQUS進行熱傳導(dǎo)分析時，提供以下幾種邊界條件和熱載荷：
1、在某些節(jié)點上預(yù)設(shè)溫度，使用*BOUNDARY，自由度為11的值進行預(yù)設(shè)溫度定義；
對于預(yù)設(shè)溫度的定義，可以進行溫度值固定以及隨幅值曲線變化的溫度，其定義方法與一般邊界條件的定義方法類似，CAE界面的定義方法如下圖。
2、在某些節(jié)點或者表面或體積內(nèi)設(shè)置生熱率q，使用*CFLUX，*DFLUX，*DSFLUX進行定義；
生熱率的定義可以定義固定值或隨幅值曲線變化的值。分布熱流量通過*DFLUX和*DSFLUX施加，*DFLUX可以施加在面或體上，*DSFLUX只能施加在面上。
CAE界面的定義方法如下圖：
3、在某些節(jié)點或表面上的定義薄膜條件，使用*CFILM，*FILM，*SFILM；
熱傳導(dǎo)中，自由表面與緊鄰流體之間的對流是最常見的薄膜條件。*CFILM施加在節(jié)點上。*FILM二維情況下施加在單邊上，三維情況下施加在單元面上。*SFILM施加在面上。
4、在某些節(jié)點或表面設(shè)定敷設(shè)條件，使用*CRADIATE，*RADIATE，*SRADIATE；
*CRADIATE施加在節(jié)點上，*RADIATE施加在單元上，*SRADIATE施加在面上。定義輻射邊界條件需要定義Stefan-Boltzmann常數(shù)和絕對零度。
展開 使用Abaqus創(chuàng)建螺栓載荷的方法
1)理解螺栓載荷
螺栓載荷建立緊固力或長度調(diào)整模型，如圖9所示，容器A是由螺栓預(yù)緊力壓在蓋子上來密封的，中間有一墊子。
可以在第一個分析步中施加螺栓載荷來建立緊固螺栓內(nèi)的拉力，方式是集中力或規(guī)定長度的改變，可以在螺栓橫截面上施加載荷。后續(xù)分析步中可以防止螺栓長度的進一步改變，以使相對于裝配件內(nèi)的其他載荷，螺栓是作為標準的變形組件存在。
當創(chuàng)建螺栓載荷，必須指定：
定義螺栓橫截面的面
ABAQUS/CAE施加螺栓載荷在橫截面上。該面必須切斷螺栓幾何。ABAQUS/CAE 在該位置創(chuàng)建一個“內(nèi)部”面。
如果你正面對內(nèi)部創(chuàng)建的或?qū)氲穆菟▽嵗ǔ⒙菟ㄔ谛枰奈恢梅指铋_是很必要的。如圖10。
如果你正面對一個孤立網(wǎng)格，必須通過選擇單元面來定義橫截面。如圖11。
注意：只可以施加螺栓載荷在三維實體、二維實體和三維線框上。不支持二維和軸對稱線框。
螺栓軸線
如果定義螺栓載荷在一實體區(qū)域上，必須選擇基準軸或基準坐標系的一個軸來定義螺栓軸線(如果不是垂直于橫截面)。如果在線框區(qū)域定義螺栓載荷，螺栓軸線總是被假定為橫截面處的線框切向。
ABAQUS/CAE使用定義的橫截面和螺栓軸線來定義預(yù)緊截面數(shù)據(jù)，還有一個預(yù)緊參考節(jié)點。
施加載荷的方法
當創(chuàng)建螺栓載荷，必須選擇下列方法之一：
l 施加力在螺栓上。該方法創(chuàng)建緊固螺栓來承受指定載荷。
l 調(diào)整螺栓長度。該方法創(chuàng)建緊固螺栓直到其自由長度由指定值改變。
l 固定螺栓的當前長度。該方法僅當已經(jīng)在第一個分析步中創(chuàng)建了螺栓而且當前正在隨后的分析步中編輯它才可用。該方法允許螺栓長度保持不變以使螺栓中的力根據(jù)模型的響應(yīng)來改變。
所選方法的大小
如果施加力給螺栓，必須輸入力的大小；如果調(diào)整螺栓長度，必須輸入長度改變值。
展開 【轉(zhuǎn)】使用Abaqus創(chuàng)建螺栓載荷的方法
1)理解螺栓載荷
螺栓載荷建立緊固力或長度調(diào)整模型，如圖9所示，容器A是由螺栓預(yù)緊力壓在蓋子上來密封的，中間有一墊子。
可以在第一個分析步中施加螺栓載荷來建立緊固螺栓內(nèi)的拉力，方式是集中力或規(guī)定長度的改變，可以在螺栓橫截面上施加載荷。后續(xù)分析步中可以防止螺栓長度的進一步改變，以使相對于裝配件內(nèi)的其他載荷，螺栓是作為標準的變形組件存在。
當創(chuàng)建螺栓載荷，必須指定：
定義螺栓橫截面的面
ABAQUS/CAE施加螺栓載荷在橫截面上。該面必須切斷螺栓幾何。ABAQUS/CAE 在該位置創(chuàng)建一個“內(nèi)部”面。
如果你正面對內(nèi)部創(chuàng)建的或?qū)氲穆菟▽嵗ǔ⒙菟ㄔ谛枰奈恢梅指铋_是很必要的。如圖10。
如果你正面對一個孤立網(wǎng)格，必須通過選擇單元面來定義橫截面。如圖11。
注意：只可以施加螺栓載荷在三維實體、二維實體和三維線框上。不支持二維和軸對稱線框。
螺栓軸線
如果定義螺栓載荷在一實體區(qū)域上，必須選擇基準軸或基準坐標系的一個軸來定義螺栓軸線(如果不是垂直于橫截面)。如果在線框區(qū)域定義螺栓載荷，螺栓軸線總是被假定為橫截面處的線框切向。
ABAQUS/CAE使用定義的橫截面和螺栓軸線來定義預(yù)緊截面數(shù)據(jù)，還有一個預(yù)緊參考節(jié)點。
施加載荷的方法
當創(chuàng)建螺栓載荷，必須選擇下列方法之一：
l 施加力在螺栓上。該方法創(chuàng)建緊固螺栓來承受指定載荷。
l 調(diào)整螺栓長度。該方法創(chuàng)建緊固螺栓直到其自由長度由指定值改變。
l 固定螺栓的當前長度。該方法僅當已經(jīng)在第一個分析步中創(chuàng)建了螺栓而且當前正在隨后的分析步中編輯它才可用。該方法允許螺栓長度保持不變以使螺栓中的力根據(jù)模型的響應(yīng)來改變。
所選方法的大小
如果施加力給螺栓，必須輸入力的大小；如果調(diào)整螺栓長度，必須輸入長度改變值。
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