基于ABAQUS网架结构的非线性屈曲分析

以网架结构作为结构稳定性研究对象,采用ABAQUS有限元软件对网架开展静力分析和特征值屈曲分析,探讨危及稳定的最大位移和最大应力值,并对比不同的屈曲模态。在此基础上,进一步分析几何初始缺陷对结构承载力的影响,以及结构是否满足稳定性承载力要求。研究表明,此网架结构在同一模态时,初始缺陷值越大,结构极限承载力越小,对结构越不利;在相同初始缺陷值时,计算不同屈曲模态,作为结构的几何初始缺陷模式,所得的稳定承载力系数均大于2.0,满足相关规范要求。     

一种基于有限元的薄壁杆件畸变屈曲分析方法

提出一种不需要假设屈曲模态变形纵向分布的薄壁构件畸变屈曲分析方法。该方法通过在ANSYS中施加约束,限定薄壁构件的屈曲模式,使之符合畸变变形特征,从而实现基于有限元的纯模态线性畸变屈曲分析。对有限元模型的约束在每个截面独立施加,且纵横向变形约束相互无关,其中纵向变形约束用以区分畸变变形和整体弯扭变形;横向变形约束用以区分畸变变形和局部变形。以轴压开口薄壁构件为例,对该方法的准确性做了对比分析,并讨论薄壁中面横向正应变对构件屈曲临界力的影响。     

轴压下薄壁圆柱形壳屈曲试验承载力的准确可靠预测方法

论述了一种能可靠并准确预测偏心荷载下薄壁圆柱形壳屈曲试验的方法。详细描述了试验装置和试件,包括用配套的设备测量试件表面的几何缺陷。为了精确地预测屈曲试验的荷载,根据不同的复杂度建立了不同的有限元模型模拟试验装置,并研究了初始几何缺陷、荷载偏心、沿柱圆周方向的荷载偏心位置和影响边界条件的不同试验装置对屈曲承载力的影响。解释了具有简单刚性支座的有限元模型会过高估计屈曲试验承载力的原因。尽管这些模型均考虑了初始几何缺陷和荷载偏心的影响。作为对比,计算了考虑实际支座条件有限元模型的结果。在有限元模型中,用弹性实体单元模拟固定装置,用面—面接触单元模拟试件与支座间的接触面,计算出的屈曲承载力与试验有着平均约-1.59%的偏离。沿有缺陷薄壁圆柱形柱圆周方向的荷载偏心位置对屈曲承载力有显著影响。     

受焊缝缺陷影响的锥形薄壳屈曲性能研究

壳体表面的初始压力通常是在各种平板的轧制或焊接过程中产生的。提出与现行规范相关的基本设计规则非常重要。本文重点介绍壳体制作过程中由平板边缘的持续焊接造成的纵向缺陷。将14个试验试件分成2组,分别称之为SCC和DCC,并施加均匀静水压力。随着厚度由1t,2t增大到3t(t为薄壳厚度),试件出现1条或2条直线缺陷。该文得到的研究结果与国际上的规范及关于初始和整体屈曲及破坏的理论基本吻合。     

冷弯薄壁构件屈曲模态力学准则的有限元验证

现有冷弯薄壁型钢设计规范中需要获知薄壁结构各个模态屈曲特性,如局部板件屈曲、畸变屈曲和整体屈曲。从工程设计需要出发,系统介绍约束有限元条分法的基础理论及进展,并着重阐述其在区分屈曲模态时的相关力学假设。对于由这些力学假设定义的模态是否正确,基于有限元静力分析从一个全新的角度验证其合理性。     

冷弯薄壁卷边槽钢畸变屈曲的数值分析

利用大型有限元软件ABAQUS分析冷弯薄壁卷边槽钢受压时的弹性畸变屈曲荷载。首先,分析了ABAQUS建模时各主要参数对分析结果的影响,在此基础上建立了分析模型,然后分别对轴心受压和偏心受压两种荷载情况下冷弯薄壁卷边槽钢的弹性畸变屈曲荷载进行了特征值分析,分析时改变截面组成板件的尺寸,求出对应的畸变屈曲荷载和畸变屈曲半波长;最后,对计算结果进行分析,得出了截面尺寸、偏心荷载与畸变屈曲荷载/半波长的关系。     

薄壁钢管混凝土梁-柱的钢板局部屈曲分析

高强钢和混凝土的应用,使得薄钢板开始应用在填充混凝土的钢管梁柱中。然而,在组合梁柱中薄钢板的应用可能会增加局部屈曲,这将减弱这些构件的强度和延性性能。通过有限元分析方法,分析了在填充混凝土的薄壁钢管梁-柱中钢板的临界局部屈曲和局部屈曲后性能。运用几何和材料非线性分析来研究在压力和平面内弯曲作用下钢板中的临界局部和后张局部屈曲强度。非线性分析中考虑了钢板的初始几何缺陷和残余应力,材料屈服和应变硬化。基于非线性有限元分析结果,本文提出一组设计公式,以确定这种组合梁柱的临界局部屈曲和钢板的极限强度。此外,还提出在不均匀压力作用下,钢板极限强度设计中有效宽度的计算公式。这一组设计公式可以直接用于组合梁-柱的设计和考虑局部屈曲作用后的薄壁钢管混凝土梁-柱分析。     

圆锥形壳的弹塑性屈曲

在外部和轴向压力共同作用下,进行短、薄壁、低碳圆锥形钢壳的屈曲分析。将试验得到的等效圆柱形钢壳在轴压和表面压力下的屈曲结果与已有的圆锥钢壳在轴压和表面压力下的屈曲结果进行了对比。给出了数值和试验结果,以及试验、数值模型及承载能力的计算过程。研究结果表明,等效圆柱形钢壳的概念对于低度规圆锥并不适用。得到了关于高度规圆锥形壳和其等效圆柱形壳的稳定曲线。这些曲线不仅提供了强度包络,也得到了屈服包络和塑性区。研究优化了由Esslinger和vanIm-pe提出的设计工具,使之适用于外部压强下圆锥形壳的弹塑性屈曲分析。     

平面门式刚架静力屈曲的仿真分析

应用ANSYS有限元程序,对柱脚铰接的平面门式刚架进行了静力屈曲分析。在仿真分析中,主要考虑荷载分布和初始几何缺陷的大小对刚架临界屈曲荷载的影响。分析结果表明:刚架的临界屈曲荷载和荷载的分布有关;初始几何缺陷对刚架临界屈曲荷载的影响随着刚架高跨比的变化而不同。     

H型钢楔形薄壁梁相关屈曲性能分析

以有限元分析软件ANSYS为平台,基于非线性板壳有限元分析理论,对轻型门式刚架中H型钢楔形薄壁梁的相关屈曲性能进行大挠度弹塑性分析。用Shell 18l单元对轻型门式刚架中H型钢楔形薄壁梁进行离散,考虑初始几何缺陷和残余应力的影响,对其进行全过程跟踪分析,从而对其相关屈曲性能进行深入的研究。从荷载-位移曲线、承载力、变形的发展和塑性区的分布等方面入手,对影响相关屈曲性能的因素(腹板高厚比、翼缘宽厚比、跨度、楔率等)进行系统的分析和研究,并与现行规范进行比较,得到一些有价值的结论。     

基于广义梁理论的薄壁构件屈曲模态有限元分析

提出基于广义梁理论(GBT)的新方法,将各向同性薄壁构件通过壳体有限元分析方法(FEA)获得的弹性屈曲模态分解成整体、畸变和局部屈曲模态。其创新之处在于仅使用GBT截面变形模态,而非构件变形模态。该方法能够单独计算各屈曲模态,更好地了解各构件的后屈曲特性和强度曲线。根据GBT的经典假设,忽略剪切应变和横向张力。通过有限元方法得到的各模态与经典GBT计算结果一致。     

风荷载下均匀厚度的锚固柱状壳体的屈曲

与承受均匀外部压力作用下的柱状壳体相比,承受不均匀风压的柱状壳体表现出不同的屈曲性能。不同的长宽比下,会出现相当复杂多样的屈曲模式;线性和非线性屈曲分析的结果也会有很大的不同。相比之下,除了较短的柱体或边界条件发生变化外,在均匀外压力作用下,柱体常出现环向失稳,且受几何变化的影响很小。对风压力下厚度均匀的锚固短柱壳和长度适中的柱壳进行了广泛的研究,旨在获得筒仓和锚固贮水池设计的有用信息,以防止其在风载作用下发生屈曲。线性和非线性有限元分析结果表明,短圆筒中出现环向受压失稳模式。对长度适中的柱,截面出现呈椭圆状的前屈曲对屈曲强度有重要的影响。参考均匀外压下的传统临界值,得到风荷载下线性和非线性临界滞止压力的经验公式。简要探讨了屈服和缺陷敏感性的影响。     

带垂直加劲肋的波纹板组成的圆柱形金属筒的三维屈曲分析

介绍了采用垂直加劲肋加强的水平波纹板组成的漏斗式圆柱形金属筒的准静态屈曲性能的三维分析结果。考虑了欧洲规范1规定的散粒体对筒壁产生的对称与不对称荷载、不同的初始几何缺陷和荷载分布的不均匀性,给出了无缺陷和有缺陷的筒仓壳体的线性屈曲、几何和材料的非线性的分析结果。将计算得到的临界荷载值与欧洲规范3给出的允许值进行对比。     

对轴压力作用下带有椭圆形开孔的圆柱形壳体屈曲的数值和试验研究

在圆柱形壳体的设计中,开孔对于其承载能力及屈曲性能的影响非常大。采用有限元方法对具有不同尺寸开孔的薄壁钢圆柱形壳进行模拟和分析,分析了开孔的位置、长度与直径比值（L／D）和直径与厚度比值（D／t）对圆柱形壳届曲和后屈曲性能的影响。采用INSTRON 8802液压系统对一些构件进行屈曲试验,并将试验结果与数值计算结果进行对比发现,两者具有非常好的一致性。最后,基于试验和数值分析结果,提出计算这类结构屈曲荷载的公式。     

普通荷载作用下的薄壁构件截面屈曲分析

分析了普通加载条件下薄壁构件截面的屈曲性能。使用半解析有限条法进行分析。结论主要适用于均布荷载作用下的截面,如均布压力、均布弯矩和均布荷载,都施加在截面的剪力中心。在普通荷载作用条件下,首先采用线性分析得到截面的纵向应力。刚度矩阵也采用标准的表达形式。每一个有限单元条带都分割成单元,并对这些单元上的纵向应力进行记载。每一个单元都是一个完整的个体,最后将其全部汇总,便可得到带状的几何矩阵。     

On the buckling of cylindrical shells with through cracks under axial load

Presence of cracks or similar imperfections can considerably reduce the buckling load of a shell structure. In this paper, the buckling of cylindrical shells with through cracks has been studied. A general finite element model has been proposed, verified and applied to some novel cracked shell buckling problems for which documented results are not available. A special purpose program has been developed for generating finite elements models of cylindrical shells with cracks of varying length and orientation. The buckling behavior of cracked cylinders in tension and compression has been studied. The results of the analysis are presented in parametric form when it seems to be appropriate. Sensitivity of the buckling load to the crack length and orientation has also been investigated.     

Dynamic buckling of fiber composite shells under impulsive axial compression

The paper deals with dynamic buckling due to impulsive loading of thin-walled carbon fiber reinforced plastics (CFRP) shell structures under axial compression. The approach adopted is based on the equations of motion, which are numerically solved using a finite element code (ABAQUS/Explicit) and using numerical models validated by experimental static buckling tests. To study the influence of the load duration, the time history of impulsive loading is varied and the corresponding dynamic buckling loads are related to the quasi-static buckling loads. To analyse the sensitivity to geometric imperfections, the initial geometric imperfections, measured experimentally on the internal surface of real shells, are introduced in the numerical models. It is shown numerically that the initial geometric imperfections as well as the duration of the loading period have a great influence on the dynamic buckling of the shells. For short time duration, the dynamic buckling loads are larger than the static ones. By increasing the load duration, the dynamic buckling loads decrease quickly and get significantly smaller than the static loads. Since the common practice is to assume that dynamic bucking loads are higher than the static ones, which means that static design is safe, careful design is recommended. Indeed, taking the static buckling load as the design point for dynamic problems might be misleading.