空間結構穩定性分析的案例
大跨空間結構整體穩定分析指南
01
整體穩定分析的意義
為什么需要進行整體穩定分析？哪些結構需要？
我們知道在鋼構件驗算時，需要驗算腹板和翼緣的穩定性，保證板件的高厚比或寬厚比在一定限值范圍內，這叫局部穩定驗算。桿件是由腹板和翼緣組成的，即使腹板和翼緣不會局部失穩，如果桿件軸壓較大，或者長細比較大，還容易出現桿件層面的穩定問題，還需要桿件穩定驗算。
結構是由桿件組成的，對于某些結構（比如單層網殼）宏觀上結構內部存在較大軸壓力，即使我們保證了桿件層面穩定，也不能保證整體層面穩定。因此這類結構需要進行整體穩定驗算，這如同局部穩定和桿件穩定的關系。對于結構而言桿件就是結構的局部。而那些宏觀來看主要是抗彎的空間結構（比如平板網架）則無需進行整體穩定驗算，保證桿件穩定就可以了。
展開 結構剛度，強度，穩定性計算與非線性分析
結構強度、剛度、穩定性計算與非線性分析.pdf
.: 空間不均勻性作為結構特性表征金屬玻璃的結構-性能相關性
然而對于無序的金屬玻璃，還缺乏可以準確定義材料力學性能的結構參量。
【成果簡介】
為描述結構無周期性的金屬玻璃的力學行為，自由體積（free volume）、流變單元、以及剪切轉變區域（STZs）等概念已被引入金屬玻璃彈性-塑性轉變的研究中，來描述結構不穩定性。盡管流變單元和STZ理論是基于金屬玻璃結構不均勻性是剪切局域化及剪切軟化起源的假設，有關金屬玻璃結構不均勻性和宏觀力學性能之間的關系仍未明確建立起來。受實驗技術的限制，還未能描述金屬玻璃空間不均勻性，并確定其和宏觀力學性能之間本征關聯的定量關系。
近日，上海交通大學尖端物質結構研究中心團隊在Nature Communications上發表了題為“Spatial heterogeneity as the structure feature for structure–property relationship of metallic glasses”的文章。該工作報道了納米尺度空間不均勻性是金屬玻璃固有的結構特征，和強度及形變行為有著本征關聯。金屬玻璃的強度和楊氏模量可以通過空間不均勻性特征長度倒數的平方根來定義。此外，時間相關的應變弛豫的拉伸指數也可以通過特征長度來定量描述。該研究有力證明了空間不均勻性可作為描繪金屬玻璃力學性能的結構參量。
【圖文導讀】
圖1：不同熱力學狀態下金屬玻璃的空間不均勻性。
展開 基于ANSYS某單層球面網殼結構整體穩定性分析
基于ANSYS某單層球面網殼結構整體穩定性分析
注：此文核心內容非水哥原創，水哥只做部分語言美化與校核工作，出于私密性要求，本文不提供命令流學習。
所謂網殼結構，其實是指由一種桿件組成的曲面網格結構，也可以看成是曲面的網架結構，兼有桿系結構和薄殼結構的固有特性。因而其具有結構形式多樣，跨度大，質量輕，現場安裝簡便等特點，近年來被廣泛用于建筑工程中。以下工程皆為網殼結構。
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雖然網殼結構有如此多的優點，但同時也應該注意到國內外常有網殼結構倒塌事故的發生，而其中結構的整體性失穩已成為一種關鍵性因素。
本文以某單層球面網殼為例，采用ANSYS軟件對其進行了結構整體穩定性分析，該網殼大概情況如下：跨度40米，矢高8米，勁肋為6，環桿的圈數為5，主要截面為外部直徑為152mm，壁厚為5mm的鋼管。
本次分析主要包括以下內容：
1、等效節點荷載的轉換
2、施加等效節點荷載，網殼的靜力分析
3、網殼屈曲分析
4、考慮幾何非線性(幾何缺陷)的穩定性分析
5、改變矢跨比后結構穩定性分析
6、考慮材料非線性和幾何非線性后結構的穩定性分析。
結構建模思路主要為通過有規律的節點坐標，建立節點，通過節點建立我們所需單元，單元這里采用beam189以及mass21(考慮節點安裝質量)。
展開 
基于多點位移控制增量的網殼結構穩定性分析
（一）背景及基礎理論
網殼結構是一種重要的空間結構形式，對于單層網殼結構來說，穩定性問題是其結構設計中的重要問題。對于網殼結構穩定性問題來說，考慮材料-幾何雙重非線性下的非線性屈曲的求解方法一直是計算力學中的具有挑戰性的研究方向。本質上，非線性屈曲實際上要求解的是一個非線性靜力問題，在有限元中最終轉化為非線性方程組的求解，目前常見的非線性方程組的求解方法有牛頓迭代法、擬牛頓迭代法、增量法、增量迭代法和弧長法等。在abaqus中，如果采用static，general類型的step，則軟件采用增量迭代法進行計算，具體是將荷載/位移分為多個增量步加載，而每一個增量步內又采用牛頓迭代法進行求解。
對于單層網殼結構來說，在abaqus中，其計算非線性屈曲主要采用兩種方法：增量迭代法和弧長法。增量迭代法又分荷載增量迭代和位移增量迭代。對于單層網殼，由于通常情況下其所受的外荷載已知而在外荷載的位移未知，因此實際工程中事實上很難采用位移增量迭代，而對于荷載增量迭代，其具體過程如圖一所示：
圖一 基于荷載增量的增量迭代法
基于荷載增量迭代的具體求解過程可知，如果荷載-位移曲線存在下降段，則荷載增量迭代實際上在曲線接近峰值時由于剛度接近0而不收斂，難以繼續求解，具體過程如圖二所示：
圖二 基于荷載增量的不收斂示意
目前應對此缺陷的方法是采用弧長法，其具體過程如圖三。
展開 復合材料結構強度和穩定性分析及計算流程
自己備份一如圖
【CAE案例】基于結構有限元和強度折減法的非均質土石壩穩定性分析
通過有限元分析，水利工作者可以獲得壩體的應力場，并預判壩體的位移和破壞面，為排查水利風險提供決策支持。
對于非均質的土石壩，常采用強度折減法進行非線性穩定性分析。
邊坡穩定性分析 附GeoStudio2018幫助文檔邊坡穩定性分析模型SLOPE Modeling下
DeepEX中邊坡分析操作概述
在DeepEX中進行邊坡穩定性分析時，其操作思路大體可以分為以下三步：1）建立邊坡模型；2）邊坡分析設置；3）分析計算。
其中，邊坡建模和分析計算操作比較簡單。DeepEX提供了兩種邊坡建模方法，一種是直接建模，另外一種是DXF文件導入建模。當邊坡形狀比較復雜或者已有現成的DXF文件時，用戶可以直接導入DXF文件建立邊坡模型。當邊坡比較簡單時，可以在【一般】選項→【地表設置選項】中選擇【左側斜坡】或【右側斜坡】選項，即可打開編輯邊坡的對話框，如圖1所示。在該對話框中可以編輯邊坡坡度、放坡類型、臺階尺寸等數據，從而創建出邊坡模型。分析計算只需點擊【計算邊坡】按鈕即可，計算完成之后就能得到相應的安全系數結果。唯一需要注意的是，在進行邊坡穩定性計算之前，必須先完成常規計算。
圖1 設置邊坡形狀
在建立邊坡模型后，邊坡穩定性分析中最關鍵的操作就是邊坡分析設置。首先，用戶需要在【邊坡】選項中勾選【整體穩定性分析】（如圖2），才能進行邊坡穩定性分析設置。勾選之后，單擊【選項】按鈕即可打開【邊坡穩定性分析選項】對話框，如圖3所示。在該對話框中用戶可以選擇邊坡穩定性分析方法，設置圓弧中心范圍、半徑搜索方法，選擇是否考慮邊坡周圍基礎荷載、支撐極限承載力以及是否考慮坡頂土體拉裂等。完成邊坡分析設置之后，即可進行穩定性計算。
圖2 【邊坡】選項
圖3 邊坡穩定性分析選項
3 算例演示
本案例來自于Giam和Donald（1989）給出解答的一系列邊坡分析案例中最簡單的一個。Giam和Donald得到的計算結果在全世界范圍內得到了廣泛認可，因此他們的案例成為各種邊坡分析軟件的驗證案例。本文選取該案例來驗證DeepEX計算結果的準確性。
展開 3月26-28日 線上+西安 | Workbench結構強度、剛度計算、穩定性分析與優化設計
1、 子模型技術簡介
2、子模型技術的操作步驟
3、 邊界切分方法與操作技巧
4、 子模型技術的實現方法與設置技巧
5、 工程實例-斗型零件的子模型計算方法
結構幾何與材料
非線性有限元計算
1、結構非線性簡介
2、幾何非線性的概念
3、材料非線性的概念
4、材料本構曲線的輸入方法
5、非線性問題的控制方程
6、非線性問題的求解方法
7、 非線性計算的WB設置技巧
實例分析-1：超靜定工字梁鋼結構塑性極限(極限承載能力)分析
實例分析-2：鋼管塑性變形與回彈效應的非線性分析
結構接觸非線性
有限元計算
1、概述
2、接觸面與目標面
3、接觸作用模式
4、接觸算法
5、對稱與非對稱接觸
6、修剪接觸
7、接觸探測
8、穿透容差和彈性滑移容差
9、約束類型
10、接觸剛度
11、時間步控制
12、球形域
13、接觸界面處理
14、接觸面和目標面幾何修正
15、初始接觸狀態調整
16、計算后接觸狀態的評估
17、摩擦接觸
實例分析-1：螺栓預緊結構非線性接觸分析
實例分析-2：工程摩擦生熱計算
結構多重非線性
有限元計算
1、多重非線性簡介
2、多重非線性有限元的控制方程
3、多重非線性問題的求解方法
4、多重非線性計算設置方法與求解技巧
實例分析-1：橡膠-鋼骨組合結構的材料與接觸雙重非線性分析
實例分析-2：鋼混組合梁剪力釘連接件的多重非線性分析
結構線性與非線性
穩定計算
1、結構穩定性分析簡介
2、結構線性穩定（特征值屈曲）計算理論
3、特征值屈曲的計算設置
4、非線性穩定（屈曲）計算原理
5、非線性穩定（屈曲）計算設置與操作技巧
展開 【8月29日-9月1日 北京】Ansys workbench結構強度、剛度、穩定性計算與非線性分析
“Ansys workbench結構強度、剛度、穩定性計算與非線性分析”高級培訓
一、課程背景：
ANSYS軟件因其領先的“虛擬樣機”理念和技術、強大的功能和便捷的操作，迅速發展成為CAE領域中使用范圍最廣、應用行業最多的數值仿真工具，占據了全球該CAE分析領域的大部分市場份額，被廣泛應用于航天、航空、汽車、兵器、船舶、電子、工程設備、重型機械、交通、土建及水利工程等行業，眾多國際化大型公司、企業均采用ANSYS軟件作為其產品設計研發過程中力學性能仿真的平臺。
為了讓廣大分析人員學習和掌握Ansys workbench強大的建模和仿真分析技術，弄清Ansys workbench的計算原理和操作技巧，特舉辦《結構強度、剛度、穩定性計算與非線性分析》培訓。
通過大量的理論和實例講解，使得學員可以在較短時間內掌握Ansys workbench的建模網格劃分與計算后處理技巧，結構強度與剛度評價技術、子模型技術、非線性計算方法與結構穩定性評價技術和結構動力計算與動強度評估技巧，掌握Ansys workbench破解應力奇異與應力集中問題、網格奇異與網格再生問題、計算不收斂問題、計算結果評價問題等關鍵數值計算疑難問題的技巧，并為大型復雜實際工程的計算仿真提供有效、可靠的數值解決方案和技術支撐。
二、增值服務：
1、贈送定制U盤一個；
2、同一單位2人報名享受9折優惠；同一單位3人以上（含）報名享受8.5折優惠；
3、課程結束后贈送10套學習資料；
4、參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為培訓講授的補充。
展開 利用原子選擇性占位提高超晶格儲氫合金結構穩定性
然而，該類合金復雜的堆垛模式也為其結構穩定性帶來了不利影響。主要問題是[A2B4]和[AB5]亞晶格在吸/放氫過程中的異步膨脹/收縮，會引起界面產生大量微應變(圖1(b))，從而導致合金結構穩定性急劇下降。
為此，燕山大學韓樹民教授課題組展開了大量研究工作，提出了超晶格儲氫合金結構衰減機理和結構穩定性的系列理論。在課題組前期工作(
Journal of PowerSources 300 (2015) 77-86
)基礎上，課題組研究發現，在超晶格儲氫合金中，[A2B4]亞晶格體積大于[AB5]亞晶格體積，在吸氫過程中，[A2B4]亞晶格在較低壓力下先于[AB5]吸氫，放氫反之。這種非同步吸放氫導致了兩個亞晶格體積膨脹收縮的不一致，使得其連接界面產生大量應力引起合金超堆垛結構的破壞。
展開 
鋼結構連接、鋼結構強度穩定性、鋼筋支架、格構柱計算
4、在最大剛度主平面內受彎的構件，其整體穩定性按下式計算：
Mx/φbWx ≤ f
式中 Mx──繞x軸的彎矩，取 100.8×106 N·mm；
φb──受彎構件的整體穩定性系數,取φb= 0.9；
Wx──對x軸的毛截面抵抗矩Wx,取 947000 mm3；
計算得：Mx/φbwx = 100.8×106/(0.9×947000)=118.268 N/mm2≤抗彎強度設計值f= 215 N/mm2，滿足要求！
5、在兩個主平面受彎的工字形截面構件，其整體穩定性按下式計算：
Mx/φbWx + My/γyWny ≤ f
式中 Mx，My──繞x軸和y軸的彎矩，分別取 100.8×106 N·mm,10×106 N·mm；
φb──受彎構件的整體穩定性系數,取φb= 0.9；
γy──對y軸的截面塑性發展系數，取 1.3；
Wx,Wy──對x軸和y軸的毛截面抵抗矩,分別取 947000 mm3, 85900 mm3；
Wny──對y軸的凈截面抵抗矩,取 85900 mm3
計算得：Mx/φbwx +My/ γyWny = 100.8×106/(0.9×947000)+10×106/(1.3×85900)=207.818 N/mm2≤抗彎強度設計值f=215 N/mm2，滿足要求！
◆鋼筋支架計算公式
一、參數信息
鋼筋支架（馬凳）應用于高層建筑中的大體積混凝土基礎底板或者一些大型設備基礎和高厚混凝土板等的上下層鋼筋之間。鋼筋支架采用鋼筋焊接制的支架來支承上層鋼筋的重量，控制鋼筋的標高和上部操作平臺的全部施工荷載。型鋼主要采用角鋼和槽鋼組成。
展開 角碼距離對結構穩定性影響
此次分析是想搞清楚，是不是角碼的距離越遠整體的結構就越是穩定。
應力結果是：5.1E+07，位移結果1.2
應力結果5.1E+7但是其面積更小，位移是6.7E-01會更小。
所以運算結果表明，角碼的距離越遠，整體的結構是越穩定的。
一種50m高脫硝鋼架結構的穩定性計算 ￥15
1、 結構設計信息
結構類型：無側移鋼框架
載荷分類：
靜荷載：包括支架自重、脫硝設備（催化劑模塊、反應器殼體等）重量、保溫層及附屬管道重量。
活荷載：考慮檢修人員、工具、積灰荷載（尤其SCR脫硝中灰分較高），通常按規范取2-5 kN/m2。
動荷載：風機振動、煙氣流動脈動荷載（需結合流體力學分析），地震荷載。
設計規范：
1. 《建筑荷載設計規范》（GB 50009-2012）
2. 《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）
3. 《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）
二、建模
根據所提供鋼架布置圖建立鋼架模型。
展開 案例分享 | Avio使用MSC Nastran和Actran確保空間發射器的結構可靠性
可以識別（中間圖）是未來的空間RIDER（歐洲返回式可重復使用的綜合演示器），這是提供給歐洲航天局（ESA）尚在計劃中的無人操作在軌航天器，用于為ESA提供可負擔的日常太空往返，預計2022年首飛。
圖 11：VegaC–有效載荷配置
測試新的建模功能
除了上述FE方法，Avio的工程團隊還使用Actran虛擬SEA方法對整流罩結構進行了SEA分析。在已有有限元模型的基礎上，建立了整流罩結構的SEA模型。
用Actran實現的虛擬SEA方法不需要進行任何實驗或解析表達式來構建SEA模型。這是一個非常有效和經濟的技術，可以將現有有限元模型的振動聲學分析擴展到更高的頻率，而無需SEA專業知識的要求。此外，由于虛擬SEA方法依賴于現有的低頻有限元模型，因此獲得的SEA結果在低頻/中頻處有效，在高頻和中頻結果之間存在平穩過渡。
在整流罩結構上比較了測量結果和Actran Virtual SEA結果。特別是，分析了不同結構區域的平均振動水平。觀察到測量值與Actran虛擬SEA結果之間的匹配非常好。它展示了這種新方法解決此類分析的潛力，并將進一步用于未來的發射器結構分析。.
圖 12: Vega整流罩 – 虛擬SEA分析
關于AVIO
Avio是一家領先的國際集團，從事航天發射器以及固體和液體推進系統的建造和開發。50多年來積累的經驗和專業知識使AVIO處于固體、液體和低溫推進器以及戰術推進器領域的最前沿。
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