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特征值屈曲分析能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)鋼柱在特定荷載作用下的臨界屈曲荷載與屈曲模態(tài)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐。與實(shí)際試驗(yàn)相比，借助有限元分析軟件開展特征值屈曲模擬，具備成本低廉、效率高效、可重復(fù)性優(yōu)異等顯著優(yōu)勢(shì)。本文將圍繞鋼柱特征值屈曲分析進(jìn)行建模教學(xué)，詳細(xì)闡述利用有限元軟件實(shí)施分析的完整流程，暫不涉及復(fù)雜的參數(shù)優(yōu)化內(nèi)容。

線性屈曲分析 處理屈曲問題最簡(jiǎn)單的方法是進(jìn)行線性屈曲分析。這其實(shí)相當(dāng)于我們?cè)诨A(chǔ)工程課程中學(xué)過的對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的方法。計(jì)算壓縮支柱的臨界載荷（如歐拉屈曲案例）就是這樣一個(gè)例子。 在 COMSOL Multiphysics 中，有一種特殊的研究類型稱為“線性屈曲”。在研究時(shí)，需要添加任意大小的外部荷載。它可以是一個(gè)單位載荷或預(yù)期的工作負(fù)荷。

特征值屈曲分析是一種線性屈曲分析方法，通過求解結(jié)構(gòu)在失穩(wěn)前的特征值問題，得到結(jié)構(gòu)的臨界載荷和屈曲模態(tài)。特征值屈曲分析的基本原理是：當(dāng)結(jié)構(gòu)受到壓縮載荷時(shí)，其剛度矩陣會(huì)隨著變形而發(fā)生變化，當(dāng)剛度矩陣出現(xiàn)零特征值時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生屈曲。

2.ABAQUS 的線性屈曲分析ABAQUS 中提供兩種分析方法來確定結(jié)構(gòu)的臨界荷載和結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲響應(yīng) 的特征形狀：線性屈曲分析(特征值屈曲分析)、非線性屈曲分析。線性屈曲分析用于預(yù)測(cè)一個(gè)理想的彈性結(jié)構(gòu)的理論屈曲強(qiáng)度。它是預(yù)期的線 性屈曲荷載的上限，可以作為非線性屈曲分析的給定荷載，在漸進(jìn)加載達(dá)到此荷 載前，非線性求解必然發(fā)散；它還可以作為施加初始缺陷或擾動(dòng)荷載的依據(jù)。

要理解非線性屈曲分析，首先要了解特征值屈曲。特征值屈曲分析預(yù)測(cè)一個(gè)理想線彈性結(jié)構(gòu)的理論屈曲強(qiáng)度，缺陷和非線性行為阻止大多數(shù)實(shí)際結(jié)構(gòu)達(dá)到理想的彈性屈曲強(qiáng)度，特征值屈曲一般產(chǎn)生非保守解, 使用時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。 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。

,結(jié)構(gòu)行為受屈曲主宰，即屈曲為結(jié)構(gòu)最可能的失效模式，此時(shí)結(jié)構(gòu)屈曲分析就具有了特殊的意義。當(dāng)然，歐拉屈曲應(yīng)力是按彈性理論推導(dǎo)的，并不適用于塑性結(jié)構(gòu)，故柱的實(shí)際屈曲載荷與細(xì)長(zhǎng)比的關(guān)系如圖中的虛線所示，對(duì)短柱而言，歐拉屈曲理論誤差較大，但長(zhǎng)柱屈曲理論值與實(shí)驗(yàn)值則相當(dāng)吻合(見圖1). 穩(wěn)定性分析分為兩個(gè)不同的階段，第一階段中，將在結(jié)構(gòu)上施加一組外載荷，然后計(jì)算相應(yīng)的內(nèi)力。

通常，我們會(huì)利用有限元法進(jìn)行壓桿的特征值屈曲分析。壓桿的特征值屈曲分析屬于線性分析。特征值屈曲分析得到的是屈曲載荷和相應(yīng)的失穩(wěn)模態(tài)，分析簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快，在實(shí)際工程中應(yīng)用大。 PERA SIM Mechanical是安世亞太自主開發(fā)的一款機(jī)械仿真分析軟件，基于PERA SIM通用仿真軟件架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)與流體、電磁、聲學(xué)等物理場(chǎng)的耦合分析計(jì)算。

在工程上屈曲分析的主要目點(diǎn)是計(jì)算結(jié)構(gòu)在軸向壓力或彎曲荷載作用下發(fā)生屈曲失效的臨界載荷值，從而判斷當(dāng)前設(shè)計(jì)是否安全。2.3 屈曲分析的方法屈曲分析有多種方法：2.3.1 非線性屈曲分析非線性屈曲分析是將力隨著位移的關(guān)系表達(dá)出來，直到能看出哪點(diǎn)是臨界載荷，臨界載荷時(shí)位移增加時(shí)，力將不再增加，反而下降，也就是臨界載荷就是載荷Vs位移曲線上的馬鞍點(diǎn)位置。

通常在做“非線性屈曲”分析之前，我們會(huì)先做 “線性屈曲”分析?！熬€性屈曲”分析也叫“特征值屈曲”分析，通常是在 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期用到的一種分析，目的在于找出結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的載荷臨界值，從而得出結(jié)構(gòu)的安全載荷或?qū)Y(jié)構(gòu)的材料、設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化以提高其載荷。當(dāng)超過臨界載荷時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生屈曲（如上圖所示）。

本文展示了環(huán)肋圓柱體的非線性屈曲分析模擬。該問題說明了如何進(jìn)行線性特征值屈曲分析，以便為數(shù)值模型引入初始缺陷。之所以需要引入幾何缺陷，是因?yàn)閷?duì)于完美對(duì)稱的問題，數(shù)值上不會(huì)出現(xiàn)非對(duì)稱屈曲。目標(biāo) 熟悉線性特征值屈曲分析 熟悉非線性屈曲分析步驟靜力結(jié)構(gòu)分析1、創(chuàng)建一個(gè)靜力結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。2、定義鋁合金材料。

從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度看，內(nèi)爆的機(jī)理是“非線性屈曲”，是有缺陷的容器在內(nèi)外壓差下產(chǎn)生非線性失穩(wěn)而發(fā)生的。線性屈曲＆非線性屈曲通常在做“非線性屈曲”分析之前，我們會(huì)先做“線性屈曲”分析?！熬€性屈曲”分析也叫“特征值屈曲”分析，通常是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期用到的一種分析，目的在于找出結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)時(shí)的載荷臨界值，從而得出結(jié)構(gòu)的安全載荷或?qū)Y(jié)構(gòu)的材料、設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化以提高其載荷。

通常，我們會(huì)利用有限元法進(jìn)行特征值屈曲分析。特征值屈曲分析屬于線性分析，它對(duì)結(jié)構(gòu)臨界失穩(wěn)力的預(yù)測(cè)往往高于結(jié)構(gòu)實(shí)際的臨界失穩(wěn)力，但特征值屈曲分析作為非線性屈曲分析的初步評(píng)估作用卻十分有用。特征值分析得到的是屈曲載荷和相應(yīng)的失穩(wěn)模態(tài)，分析簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快，在實(shí)際工程中應(yīng)用大。

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(zhǎng)法進(jìn)行求解。!問題描述!中空矩形柱，長(zhǎng)度500mm，寬度39mm，厚度1.2mm。彈性模量E= 200 GPa，泊松比u =0.3。

三、煤氣罐進(jìn)行屈曲分析仿真APP煤氣罐屈曲分析仿真 APP 的出現(xiàn)，為煤氣罐的屈曲分析帶來了全新的解決方案，與傳統(tǒng)方法相比，具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)。（一）便捷性仿真 APP 打破了傳統(tǒng)分析方法對(duì)專業(yè)設(shè)備和場(chǎng)地的依賴。用戶只需在手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備上安裝該 APP，即可隨時(shí)隨地進(jìn)行煤氣罐的屈曲分析。

Workbench之22 Eigenvalue Buckling 特征值屈曲分析特征值屈曲分析系統(tǒng)，預(yù)報(bào)理想彈性結(jié)構(gòu)的理論屈曲強(qiáng)度，此方法使用彈性屈曲分析的書本方法，例如，柱體的特征值屈曲分析與經(jīng)典歐拉方法匹配。然而，缺陷和非線性導(dǎo)致實(shí)際結(jié)構(gòu)達(dá)不到其理論彈性屈曲強(qiáng)度。特征值屈曲分析通常求解快速，但結(jié)果不保守。

<a href="/major/ABAQUS與Midas Civil 在屈曲分析的對(duì)比[摘耍]本文是基于Abaqus和Midas Civil采用梁?jiǎn)卧?，?duì)實(shí)腹矩形截面構(gòu)件在軸心受壓情況下發(fā)生彎曲失穩(wěn)的線性屈曲分析。通過考慮材料線性得出構(gòu)件發(fā)生彎曲失穩(wěn)的特征值。

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生你會(huì)得到什么：1、學(xué)習(xí)推桿三維模型的處理2、學(xué)習(xí)線性屈曲分析步的建立3、學(xué)習(xí)線性屈曲分析的邊界條件的施加4、學(xué)習(xí)線性屈曲分析的載荷的施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.案例介紹了ANSYS workbench 推桿線性屈曲分析。