彎曲失穩的案例
考慮初始缺陷的圓管截面非線性屈曲分析
一、問題描述
在鋼結構中，受壓桿件一般在其達到極限承載力前就會喪失穩定性，所以失穩是鋼結構最為突出的問題。壓桿整體失穩形式可以是彎曲、扭轉和彎扭。鋼構件在軸心壓力作用下，彎曲失穩是常見的失穩形式。而影響軸心受壓構件整體穩定性的主要因素為縱向殘余應力、初始彎曲、荷載初偏心及端部約束條件等。實際的軸心受壓構件往往會存在上述的一種或多種缺陷，導致構件的穩定承載力降低。
本文主要針對任意軸對稱的圓形鋼管截面，利用ABAQUS有限元非線性分析軟件，對其在軸心受壓情況下進行特征值屈曲分析和靜態及動態的非線性屈曲分析（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，得出構件發生彎曲失穩的極限荷載,并且由彎曲失穩的臨界荷載得出的構件荷載位移曲線。同時再進行非線性分析時，需要施加初始擾動，以幫助非線性分析時失穩，可以通過特征值屈曲分析得到的初始彎曲模態來定義初始缺陷；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所施加荷載的參考。
二、結構模型
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 ABAQUS與MidasCivil 在屈曲分析的對比
<a href="/major/ABAQUS與Midas Civil 在屈曲分析的對比
[摘耍]本文是基于Abaqus和Midas Civil采用梁單元，對實腹矩形截面構件在軸心受壓情況下發生彎曲失穩的線性屈曲分析。通過考慮材料線性得出構件發生彎曲失穩的特征值。通過保持構件的截面、長度和荷載不變，只改變邊界條件，進而實現得到不同邊界條件彎曲失穩的特征值，用兩種仿真軟件進行比較，供計算屈曲的參考。
[關鍵詞] 特征值 屈曲
1、 計算機配置情況
2、 計算時間
第一種工況
第二種工況
3、 模型參數：
構件尺寸（單位：mm）：
1500×1000×250
材料屬性：
彈性模量:1.0×10-2tonf/mm
荷載：
軸向載荷集中荷載1tonf，不考慮材料自重。
展開 鋼結構考試習題集
為提高軸心受壓構件的整體穩定，在桿件截面面積不變的情況下，桿件截面
的形式應使其面積分布（ B ）
A．盡可能集中于截面的形心處 B．盡可能遠離形心
C．任意分布，無影響 D．盡可能集中于截面的剪切中心
19.梁整體失穩的方式為（ D ）
A.彎曲失穩 B.剪切失穩
C.扭轉失穩 D.彎扭失穩
20、對于直接承受動力荷載的結構，宜采用 C 。
A、焊接連接； B、普通螺栓連接；
C、摩擦型高強度螺栓連接； D、承壓型高強度螺栓連
21.當僅討論截面形式對軸心受壓桿的失穩影響時，一般來說，圖示的四種截面中最易發生扭轉失穩的截面為（ ?。? 22. 雙軸對稱焊接工字形單向壓彎構件，若彎矩作用在強軸平面內而使構件繞弱軸彎曲，則此構件可能出現的整體失穩形式是( )
A.平面內的彎曲屈曲 B.扭轉屈曲
C. 平面外的彎扭屈曲 D. 平面內的彎曲屈曲或平面外的彎扭屈曲
23.格構式軸心受壓構件的整體穩定計算時，由于（ ），因此以換算長細比x代替x。
展開 腳手架節點做法總結，建議收藏！
只有連墻件在主節點附近方能有效的阻止腳手架發生橫向彎曲失穩或傾覆，若遠離主節點設置連墻件，因立桿的抗彎剛度較差，將會由于立桿產生局部彎曲，減弱甚至起不到約束腳手架橫向變形的作用。
2.應從底層第一步縱向水平桿處開始設置，當該處設置有困難時，應采用其它可靠措施固定；
3.連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
4.對高度 24m以上的雙排腳手架，必須采用剛性連墻件與建筑物可靠連接
5.開口型腳手架的兩端必須設置連墻件，連墻件的垂直間距不應大于建筑物的層高，并且不大于4m。
6.連墻件中的連墻桿或拉筋宜呈水平設置，當不能水平設置時，與腳手架連接的一端應下斜連接，不應采用上斜連接；連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
剪刀撐構造要求
雙排腳手架應設剪刀撐與橫向斜撐，單排腳手架應設剪刀撐。
剪刀撐的設置應符合下列規定：
1.每道剪刀撐跨越立桿的根數宜按規定確定。每道剪刀撐寬度不應小于 4跨，且不應小于 6m，斜桿與地面的傾角宜在 45～60 度之間。
2.剪刀撐斜桿的接長應采用搭接或對接。
3.高度在24m及以上的雙排腳手架應在外側全立面連續設置剪刀撐；高度在24m以下的單、雙排腳手架，均必須在外側兩端、轉角及中間間隔不超過15m的立面上，各設置一道剪刀撐，并應由底至頂連續設置。
展開 
腳手架節點做法總結，建議收藏！
只有連墻件在主節點附近方能有效的阻止腳手架發生橫向彎曲失穩或傾覆，若遠離主節點設置連墻件，因立桿的抗彎剛度較差，將會由于立桿產生局部彎曲，減弱甚至起不到約束腳手架橫向變形的作用。
2.應從底層第一步縱向水平桿處開始設置，當該處設置有困難時，應采用其它可靠措施固定；
3.連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
4.對高度 24m以上的雙排腳手架，必須采用剛性連墻件與建筑物可靠連接
5.開口型腳手架的兩端必須設置連墻件，連墻件的垂直間距不應大于建筑物的層高，并且不大于4m。
6.連墻件中的連墻桿或拉筋宜呈水平設置，當不能水平設置時，與腳手架連接的一端應下斜連接，不應采用上斜連接；連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
剪刀撐構造要求
雙排腳手架應設剪刀撐與橫向斜撐，單排腳手架應設剪刀撐。
剪刀撐的設置應符合下列規定：
1.每道剪刀撐跨越立桿的根數宜按規定確定。每道剪刀撐寬度不應小于 4跨，且不應小于 6m，斜桿與地面的傾角宜在 45～60 度之間。
2.剪刀撐斜桿的接長應采用搭接或對接。
3.高度在24m及以上的雙排腳手架應在外側全立面連續設置剪刀撐；高度在24m以下的單、雙排腳手架，均必須在外側兩端、轉角及中間間隔不超過15m的立面上，各設置一道剪刀撐，并應由底至頂連續設置。
展開 腳手架節點做法總結，建議收藏！
只有連墻件在主節點附近方能有效的阻止腳手架發生橫向彎曲失穩或傾覆，若遠離主節點設置連墻件，因立桿的抗彎剛度較差，將會由于立桿產生局部彎曲，減弱甚至起不到約束腳手架橫向變形的作用。
2.應從底層第一步縱向水平桿處開始設置，當該處設置有困難時，應采用其它可靠措施固定；
3.連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
4.對高度 24m以上的雙排腳手架，必須采用剛性連墻件與建筑物可靠連接
5.開口型腳手架的兩端必須設置連墻件，連墻件的垂直間距不應大于建筑物的層高，并且不大于4m。
6.連墻件中的連墻桿或拉筋宜呈水平設置，當不能水平設置時，與腳手架連接的一端應下斜連接，不應采用上斜連接；連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
剪刀撐構造要求
雙排腳手架應設剪刀撐與橫向斜撐，單排腳手架應設剪刀撐。
剪刀撐的設置應符合下列規定：
1.每道剪刀撐跨越立桿的根數宜按規定確定。每道剪刀撐寬度不應小于 4跨，且不應小于 6m，斜桿與地面的傾角宜在 45～60 度之間。
2.剪刀撐斜桿的接長應采用搭接或對接。
3.高度在24m及以上的雙排腳手架應在外側全立面連續設置剪刀撐；高度在24m以下的單、雙排腳手架，均必須在外側兩端、轉角及中間間隔不超過15m的立面上，各設置一道剪刀撐，并應由底至頂連續設置。
展開 大型半軸鍛件成形工藝研發
平鍛頂鐓工藝制坯成形過程分析如圖5 所示，根據模擬分析變形過程可見，在成形過程中由于第一道頂鐓工藝鐓粗比較大，坯料在模擬分析510 步出現了明顯的彎曲現象，在后端出現較大的凹陷缺陷，隨著變形逐步增加，彎曲變形受模具結構限制趨勢逐漸減緩，在1070 步接近于終成形時，第一道出現的凹陷缺陷還沒有完全消失，從整個模擬過程分析，雖然凹陷缺陷最終逐漸減緩，但這只是在理論狀態下的成形過程中已經出現坯料彎曲缺陷，實際頂鐓工藝成形過程中受各種因素影響坯料出現彎曲凹陷缺陷概率很大，如坯料端面斜度、加熱溫度不均勻、坯料直線度、模具安裝精度和設備精度都會導致頂鐓成形中出現彎曲折疊現象。
圖5 平鍛制坯工藝模擬成形過程步驟圖
平鍛制坯工藝改進
根據上述模擬分析得出第一道頂鐓過程中會出現頂鐓失穩彎曲缺陷，平鍛頂鐓工藝制坯得不到合理的形狀，給后續閉式胎模鍛成形帶來很大的質量隱患，盤面出現環形折疊缺陷，較深的導致鍛件報廢。對平鍛頂鐓工藝制坯進行工藝改進，經過優化的平鍛頂鐓工藝制坯成形工步圖如圖6 所示。經過第二次模擬分析(圖7)整個成形過程平穩，變形過程中在510 步沒有出現較大的彎曲缺陷，出現了輕微的彎曲現象，在后續1070 步成形中彎曲現象逐漸變緩，最終成形的中間坯上沒有出現明顯的凹陷缺陷，在后續的閉式胎模鍛成形中基本不會形成折疊缺陷。根據第二次模擬分析，改進后頂鐓制坯工藝只需進行局部尺寸優化即可達到設計要求，形成最終的頂鐓制坯成形工藝。
圖6 平鍛頂鐓工藝制坯改進后工步圖
圖7 平鍛制坯工藝改進后模擬成形過程步驟圖
工藝調試驗證
大型半軸的全套工藝設計完成后，進行了模具加工制造，并進行了首次樣件調試。按照坯料工藝規格要求進行坯料準備，加熱后溫度基本均勻達到工藝要求，坯料經過平鍛制坯和閉式胎模鍛鍛打，整個調試過程基本順利。
展開 技術 | 薄板單面密集焊縫焊后彎曲變形分析
摘要
針對2 mm的316L薄板單面密集焊縫結構，采用數值模擬的方法分析了兩種焊接方案下的薄板焊接彎曲變形. 利用高度測量裝置建立了薄板彎曲變形測量方法，進行了兩種焊接方案的工藝試驗，對焊后彎曲變形進行了測量. 在此基礎上，對數值模擬和工藝試驗的結果進行了對比. 結果表明，薄板單面密集焊縫結構焊接后呈船形變形，拉通焊彎曲變形中心接近于板中心，而兩端向中間焊彎曲變形中心偏向板的先焊位置. 兩端向中間焊在長度方向彎曲變形量小于拉通焊，兩端向中間焊的焊接方案較優.
20世紀90年代以來，發達國家在軍事制造和工業生產中，薄板鋼材的使用情況日益劇增. 板厚的減薄能節約材料，減輕產品質量，但給焊接生產帶來了不小的難題. 2 mm以下薄板焊接過程中，存在容易燒穿、變形大、焊縫成形不良等問題. 薄板剛度小，焊接過程中易產生彎曲變形，甚至失穩發生波浪變形，從而嚴重影響焊接結構的精度和質量，導致產品質量隱患. 薄板單面密集焊縫結構在薄板的單面密集分布著多條焊縫，其焊接變形具有復雜性、多元性. 多條焊縫的焊接順序、焊接方向選擇直接影響到薄板焊后形狀，控制不當極易引起產品質量隱患. 合理的設計薄板焊接順序方案，對于控制薄板焊接變形和薄板結構的安全應用非常重要.
Q
&
A
1.試驗方法
1.1 薄板單面密集焊縫結構
一種典型的薄板單面密集焊縫結構，其模型示意圖如圖1所示.
圖1 模型示意圖
薄板尺寸為260 mm×50 mm×2 mm的316 L不銹鋼，在其單面兩側四個邊沿對稱密集分布著四條焊縫.
展開 薄板單面密集焊縫焊后彎曲變形分析
摘要 針對2 mm的316L薄板單面密集焊縫結構，采用數值模擬的方法分析了兩種焊接方案下的薄板焊接彎曲變形. 利用高度測量裝置建立了薄板彎曲變形測量方法，進行了兩種焊接方案的工藝試驗，對焊后彎曲變形進行了測量. 在此基礎上，對數值模擬和工藝試驗的結果進行了對比. 結果表明，薄板單面密集焊縫結構焊接后呈船形變形，拉通焊彎曲變形中心接近于板中心，而兩端向中間焊彎曲變形中心偏向板的先焊位置. 兩端向中間焊在長度方向彎曲變形量小于拉通焊，兩端向中間焊的焊接方案較優.
20世紀90年代以來，發達國家在軍事制造和工業生產中，薄板鋼材的使用情況日益劇增. 板厚的減薄能節約材料，減輕產品質量，但給焊接生產帶來了不小的難題. 2 mm以下薄板焊接過程中，存在容易燒穿、變形大、焊縫成形不良等問題. 薄板剛度小，焊接過程中易產生彎曲變形，甚至失穩發生波浪變形，從而嚴重影響焊接結構的精度和質量，導致產品質量隱患. 薄板單面密集焊縫結構在薄板的單面密集分布著多條焊縫，其焊接變形具有復雜性、多元性. 多條焊縫的焊接順序、焊接方向選擇直接影響到薄板焊后形狀，控制不當極易引起產品質量隱患. 合理的設計薄板焊接順序方案，對于控制薄板焊接變形和薄板結構的安全應用非常重要.
1.試驗方法
1.1 薄板單面密集焊縫結構
一種典型的薄板單面密集焊縫結構，其模型示意圖如圖1所示.
展開 【JY】Abaqus“殼”單元概述與應用（三）——非線性擬協調固體連續殼單元CSS8
結構失穩與后屈曲分析
在淺殼結構的失穩分析中，單元結合弧長法可追蹤完整的后屈曲路徑，準確預測臨界載荷和失穩模式。例如，對淺屋頂薄殼在集中載荷作用下的分析，CSS8 單元能清晰捕捉 “snap-through” 現象，其臨界載荷計算值與參考解的偏差小于 2%。
（二）復合材料層合板分析
層間應力預測
擬協調固體殼單元保留橫向正應力（σ_z）和橫向切應力（τ_yz、τ_xz），可直接求解層合板的三維應力場，克服傳統殼單元忽略厚度方向應力的缺陷。在四層對稱（0/90/90/0）層合板的分析中，單元計算的層間剪應力（τ_xz）與彈性力學解析解的誤差小于 4%，而基于一階剪切變形理論的殼單元誤差超過 20%。
復雜鋪層結構模擬
對于反對稱鋪層（如 0/90）或夾芯結構，單元能準確描述彎 - 拉耦合效應和界面應力連續性。在兩層反對稱層合板的正弦載荷分析中，CSS8 單元預測的層間正應力（σ_z）分布與高階理論解高度吻合，可以便攜的揭示界面處的應力突變現象，為分層失效評估提供了關鍵依據。
功能梯度材料分析
在功能梯度材料（FGM）梁的彎曲分析中，單元通過材料屬性的厚度方向插值，可模擬彈性模量的連續變化，準確計算沿厚度方向的應力梯度。單元計算的正應力（σ_x）和橫向切應力（τ_xz）與超細網格高階實體單元（C3D20）結果的偏差均小于 3%，但同時后者會增加巨大的計算量！
（三）材料非線性問題探索
彈塑性分析
基于塑性節點模型的非線性擬協調固體殼單元，可模擬金屬材料的彈塑性行為。單元通過在節點處檢查屈服條件（如 von Mises 準則），將塑性變形局部化于節點，避免了傳統積分點塑性算法的數值振蕩。
展開 