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基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析

基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析
基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析

基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析

由于玻璃钢复合材料的薄壁圆筒结构具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀,电绝缘及透微波等优点,目前已广泛应用于航空航天和民用领域中。工程中广泛使用的这些薄壁圆筒,当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等荷载作用时,最常见的失效模式为屈曲。因此,为了保证结构的安全,需要进行屈曲分析。

对结构进行屈曲分析,涉及到较复杂的弹(塑)性理论和数学计算,要通过求解高阶偏微分方程组,才能求解失稳临界荷载,而且只有少数简单结构才能求得精确的解析解。因此,只能采用能量法、数值方法和有限元方法等近似的分析方法进行分析。近20年来,随着计算机和有限元方法的迅猛发展,形成了许多的实用分析程序,提高了对复杂结构进行屈曲分析的能力和设计水平。ABAQUS 就是其中的杰出代表。

1.屈曲有限元理论

有限元方法中,对结构的屈曲失稳问题的分析方法主要有两类:一类是通过特征值分析计算屈曲载荷,另一类是利用结合Newton—Raphson迭代的弧长法来确定加载方向,追踪失稳路径的几何非线性分析方法,能有效分析高度非线性屈曲和后屈曲问题。

1.1线性屈曲

假设结构受到的外载荷模式为P0。,幅值大小为λ,结构内力为Q,则静力平衡方程应为

λP0=λQ

进一步考察结构在(λ+△λ)P0载荷作用下的平衡方程,得到

K E+K S S+λ△S+K G u+λu△u=△λP0由于结构达到保持稳定的临界载荷时有△λ,代入上式得

K E+λK S△σ+K G△u△u=0

该方程对应的特征值问题为

det K E+λK S△σ+K G△u=0

如果忽略几何刚度增量的影响,屈曲分析的方程又可进一步简化为

det K E+λK S△σ=0

该方程即为求解线性屈曲的特征值方程。λ为屈曲失稳载荷因子,△u为结构失稳形态的特征向量。

1.2非线性屈曲

非线性屈曲分析方法多采用弧长法进行分步迭代计算,在增量非线性有限元分析中,沿着平衡路径迭代位移增量的大小(也叫弧长)和方向,确定载荷增量的自动加载方案,可用于高度非线性的屈曲失稳问题。与提取特征值的线性屈曲分析相比,弧长法不仅考虑刚度奇异的失稳点附近的平衡,而且通过追踪整个失稳过程中实际的载荷、位移关系,获得结构失稳前后的全部信息,适合于高度非线性的屈曲失稳问题。

2.ABAQUS的线性屈曲分析

ABAQUS中提供两种分析方法来确定结构的临界荷载和结构发生屈曲响应的特征形状:线性屈曲分析(特征值屈曲分析)、非线性屈曲分析。

线性屈曲分析用于预测一个理想的弹性结构的理论屈曲强度。它是预期的线性屈曲荷载的上限,可以作为非线性屈曲分析的给定荷载,在渐进加载达到此荷载前,非线性求解必然发散;它还可以作为施加初始缺陷或扰动荷载的依据。所以预先进行特征值屈曲分析有助于非线性屈曲分析,进行特征值屈曲分析是必要的。

3.算例

3.1问题概述

图3-1 实例模型

如图所示两端开口的复合材料薄壁圆筒,底端固支,顶端作用有均匀分布的轴压边载。半径R=152mm,高度300mm,厚度t=0.804mm,对称铺层[±45,0]s,

单层厚度为0.134mm。复合材料圆筒的材料参数如下表:

表1 AS4/3501-6 石墨/环氧的弹性参数

弹性模量参数

E1/GPa 142

E2/GPa 9.7

G12/GPa 6

G13/GPa 3.6

G23/GPa 3.6

μ0.3

3.2建模、划分网格及分析过程

3.2.1 ABAQUS进行前处理建立模型

首先先绘制一个半径为152mm的三维轮廓图,然后进行拉伸300mm创建一个具有平面壳体单元的三维变形体。

其次进入property模块生成材料,参考上表编辑其弹性参数。编辑截面进行复合层板的铺层完成材料属性、截面属性的定义。

图3-2 铺层

接着生成装配件,定义屈曲分析步。对所建模型施加边界条件和施加载荷。将圆筒的一端固支,另一端施加单位1的均布轴边压载。

最后进行网格划分。考虑到在复合材料层合壳模型中剪切柔度的影响,可采用厚壳单元S4R来模拟它。所得到的模型如图所示:

图3-3 模型网格图

3.2.2计算结果分析

在JOD模块中建立屈曲分析模块进行分析,可得到薄壁圆筒的六阶屈曲失稳载荷因子。

表2 各阶模态的屈曲载荷因子

模态屈曲载荷因子

1 48.015

2 48.015

3 48.98

4 48.981

5 50.188

6 50.188

则取第一阶模态的屈曲载荷因子计算临界载荷。由屈曲载荷因子与临界载荷的关系:

P cr=λ?p

当对薄壁圆筒施加48.015N/mm的边载时,圆筒将屈曲失稳。

对应的各阶模态云图如下所示:

模态1位移轴向和截面方向云图

模态2位移轴向和截面方向云图

模态3位移轴向和截面方向云图

模态4位移轴向和截面方向云图

模态5位移轴向和截面方向云图

模态6位移轴向和截面方向云图

图3-4 各阶模态云图

由上图可以看出当施加一阶模态的载荷时,圆筒已经屈曲失稳。所以保留一阶的临界载荷更有现实意义。

4.总结

由算例的计算过程可以得到屈曲载荷因子的大小与划分的网格数和网格类型有关,网格划分过小会导致计算步骤过多影响计算速度甚至无法计算出结果,网格过大导致结果不精确。所以在选择网格时应选择适当选择类型和大小。

参考文献

[1] 吕桂萍、赵冰燃,水轮机圆筒阀筒体屈曲分析,阀门,2011年第5期.

[2]刘力涛,苏文献,内压和轴向载荷作用下开孔薄壁短圆筒屈曲的数值研究,石油化工设备,第37卷,第4期.

[3]邵英翠 ,闫伟, 王立朋, 国产T300碳纤维格栅加筋圆筒轴压稳定性研究,强度与环境,第37卷第6期.

[4] 况祺,夏凌辉 ,常春伟, ANSYS在复合材料夹层结构屈曲分析中的应用, 科学技术与工程,第5卷第23期.

abaqus压杆屈曲分析

a b a q u s压杆屈曲分析 Revised by Petrel at 2021

压杆屈曲分析1.问题描述 在钢结构中,受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性,所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下,弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷,导致构件的稳定承载力降低。 本文利用abaqus对一定截面不同长细比下的H型钢构件进行屈曲分析,通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲,得出构件发生弯曲失稳的极限荷载。通过比较不同长细比下的弯曲失稳的临界荷载得出构件荷载位移曲线,并与《规范》中的构件曲线相比较。钢构件的截面尺寸如图1-1所示。 构件的材料特性:,, 图1-1 2.长细比计算 通过计算截面几何特性,截面绕y轴的回转半径为,长细比取值及杆件长度见表1: 表1 50 60 80 100 120 150 180 (m) 1.92 2.30 3.07 3.84 4.60 5.76 6.90 3.模型分析

ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法,generalstatics法(加阻尼),或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现,可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中,初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析,一般有两步,首先是特征值屈曲分析,此分析为线性屈曲分析,是在小变形的情况进行的,也即上面提到过的模态,目的是得出临界荷载(一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load)。其次,就是后屈曲分析,此步一般定义为非线性,原因在于是在大变形情况进行的,一般采用位移控制加修正的弧长法,可以定义材料非线性,以及几何非线性,加上初始缺陷,所以也称为非线性屈曲分析。此步分析,为了得到极限值,需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小,在极值点突变,而初始缺陷较大的结构,载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程 建模计算过程以长细比为50的构件为例,其余构件建模计算过程与之类似。 4.1buckle分析 1在buckle分析中创建part模块,创建的模型为三位可变形壳体单元,截面参数见图1-1,构件长度1.92。如图4-1示 图4-1 2定义材料特性及截面属性并将其赋予单元。材料定义为弹塑性,泊松比0.3,屈服强度,弹性模量;腹板和翼缘板为壳单元,厚度分别为0.008和0,01。材料定义见图4-2

Abaqus针对复合材料优势

四Abaqus在复合材料领域的优势 4.1 复合材料介绍 4.1.1 复合材料的应用 复合材料有许多特性: 1、制造工艺简单 2、比强度高,比刚度大 3、具有灵活的可设计性 4、耐腐蚀,对疲劳不敏感 5、热稳定性能、高温性能好 由于复合材料的上述优点,在航空航天、汽车、船舶等领域,都有广泛的应用。复合材料的大量应用对分析技术提出新的挑战。

4.1.2 复合材料的结构 复合材料是一种至少由两种材料混合而成的宏观材料,其中的一种材料被称作基体,其它的材料称作纤维。其中纤维可以包含很多不同的 形式:离散的宏观粒子,任意方向的短纤维,规则排列的纤维和织物。 4.1.3 典型的复合材料 1)单向纤维层合板----冲击分析

2)编织复合材料---- 挤压分析 3)蜂窝夹心复合材料----不可见冲击损伤分析

基体和纤维的存在形式以及材料属性对于复合材料的力学行为有 着很大的影响。改变纤维和基体的属性目的就是在于生成一种复合材料具有如下性质: 1)低成本:原型,大规模生产,零件合并,维修,技术成熟。 2)期望的重量:轻重量,比重分配合理。 3)改进的强度和刚度:高强度/高刚度比。 4)改进的表面属性:良好的耐腐蚀性,表面抛光性好。 5)期望的热属性:较低的热传导性,热膨胀系数较低。 6)独特的电属性:具有较高的绝缘强度,无磁性。 7)空间适应性:大部件,特殊的几何构型。 4.1.4 复合材料的有限元模拟 根据不同的分析目的,可以采用不同的复合材料模拟技术: 1)微观模拟:将纤维和基体都分别模拟为可变形连续体。 2)宏观模拟:将复合材料模拟为一个正交各向异性体或是完全各向

abaqus屈曲分析实例

整个计算过程包括2个分析步,第1步做屈曲分析,笫2步做极限强度分析。 第1步:屈曲分析 载荷步定义如下: Step 1-Initial Step 2- Buckle

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基于ABAQUS的钢管轴心受压非线性屈曲分析

一.问题描述 在钢结构中,受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性,所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下,弯曲失稳是常见的失稳形式。而影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷,导致构件的稳定承载力降低。 本文主要针对任意轴对称的圆形钢管截面,利用ABAQUS有限元非线性分析软件,对其在轴心受压情况下进行特征值屈曲分析和静态及动态的非线性屈曲分析(考虑材料弹塑性和初始缺陷的影响)。通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲,得出构件发生弯曲失稳的极限荷载,并且由弯曲失稳的临界荷载得出的构件荷载位移曲线。同时再进行非线性分析时,需要施加初始扰动,以帮助非线性分析时失稳,可以通过特征值屈曲分析得到的初始弯曲模态来定义初始缺陷;最后由可以将特征值屈曲分析得到的临界荷载作为非线性屈曲分析时所施加荷载的参考。 二.结构模型 用ABAQUS中的壳单元建立轴心受压模型,采用SI国际单位制(m)。 1.构件的材料特性: E= 2.0×1011N m2,μ=0.3, f y=2.35×

108N m2,ρ=7800kg m3,钢管半径:60mm,厚度:3mm,长度:2.5m。 2.钢管的截面尺寸及钢管受到的约束和荷载施加的模型图如图2-1及图2-2所示。 图2-1 图2-2 三.建模步骤(Buckle分析) (1)创建部件 在创建part模块中命名构件的名字为gang guan,创建的模型为三维可变形壳体单元,如图3-1所示。截面参数见图2-1,构件长度2.5m。 图3-1

采用ABAQUS进行屈曲后屈曲和破坏分析

| w w w .3d s .c o m | ? D a s s a u l t S y s t èm e s | Buckling, Postbuckling, and Collapse Analysis with Abaqus | w w w .3d s .c o m | ? D a s s a u l t S y s t èm e s | Day 1 ?Lecture 1Basic Concepts and Overview ?Workshop 1Buckling and Postbuckling Analyses of a Crane Structure ?Lecture 2 Finite Element Formulation ?Lecture 3Finite Element Implementation in Abaqus ?Lecture 4Eigenvalue Buckling Analysis ?Workshop 2Eigenvalue Buckling of a Ring Subjected to External Pressure ?Workshop 3 Elastic Buckling of Ring-Supported Cylindrical Shell under Hydrostatic Pressure

| w w w .3d s .c o m | ? D a s s a u l t S y s t èm e s | Buckling, Postbuckling, and Collapse Analysis with Abaqus Day 2 ?Lecture 5 Regular and Damped Static Solution Procedures for Postbuckling Analyses ?Workshop 4Nonlinear Buckling of Ring-Supported Cylindrical Shell under Hydrostatic Pressure ?Workshop 5Static Buckling Analysis of a Circular Arch ?Lecture 6Modified Riks Static Solution Procedure for Postbuckling Analyses ?Workshop 5Static Buckling Analysis of a Circular Arch (continued)?Lecture 7Dynamic Analysis Solution Procedures for Postbuckling Analyses ?Workshop 5Static Buckling Analysis of a Circular Arch (continued)?Workshop 6Tube Crush Dynamic Analysis ?Lecture 8Putting It All Together… ?Workshop 7Capstone Workshop: Lee’s Frame Buckling Problem ?Workshop 8 Buckling and Postbuckling Analyses of a Stiffened Panel | w w w .3d s .c o m | ? D a s s a u l t S y s t èm e s | Legal Notices The Abaqus Software described in this documentation is available only under license from Dassault Systèmes and its subsidiary and may be used or reproduced only in accordance with the terms of such license. This documentation and the software described in this documentation are subject to change without prior notice. Dassault Systèmes and its subsidiaries shall not be responsible for the consequences of any errors or omissions that may appear in this documentation. No part of this documentation may be reproduced or distributed in any form without prior written permission of Dassault Systèmes or its subsidiary.? Dassault Systèmes, 2011. Printed in the United States of America Abaqus, the 3DS logo, SIMULIA and CATIA are trademarks or registered trademarks of Dassault Systèmes or its subsidiaries in the US and/or other countries. Other company, product, and service names may be trademarks or service marks of their respective owners. For additional information concerning trademarks, copyrights, and licenses, see the Legal Notices in the Abaqus 6.11 Release Notes and the notices at: https://www.doczj.com/doc/8c10454371.html,/products/products_legal.html.

abaqus复合材料

复合材料不只是几种材料的混合物。它具有普通材料所没有的一些特性。它在潮湿和高温环境,冲击,电化学腐蚀,雷电和电磁屏蔽环境中具有与普通材料不同的特性。 复合材料的结构形式包括层压板,三明治结构,微模型,编织预成型件等。 复合材料的结构和材料具有同一性,并且可以在结构形成时同时确定材料分布。它的性能与制造过程密切相关,但是制造过程很复杂。由于复合结构不同层的材料特性不同,复合结构在复杂载荷作用下的破坏模式和破坏准则是多种多样的。 在ABAQUS中,复合材料的分析方法如下 1,造型 它的结构形式决定了它的建模方法,并且可以使用基于连续体的壳单元和常规壳单元。复合材料被广泛使用,但是复合材料的建模是一个困难。铺设复杂的结构光需要一个月 2,材料

使用薄片类型(层材料)建立材料参数。材料参数可以工程参数的形式给出,或者材料强度数据可以通过子选项给出。这种材料仅使用平面应力问题。 ABAQUS可以通过两种方式定义层压板:复合截面定义和复合层压板定义 复合截面定义对每个区域使用相同的图层属性。这样,我们只需要建立壳体组合即可将截面属性分配给二维(在网格中定义的常规壳体元素)或三维(三维的大小应与壳体中给定的厚度一致)。基于网格中定义的连续体的壳单元) ABAQUS复合材料分析方法介绍 复合叠加定义是由复合布局管理器定义的,它主要用于在模型的不同区域中构造不同的层。因此,应在定义之前对区域进行划分,并且应将不同的层分配给不同的区域。可以根据常规外壳的元素和属性进行定义。 传统的壳单元定义了每个层的厚度,并将其分配给二维模型。应该给基于连续体的壳单元或实体单元提供3D模型(厚度是相对于单元长度的系数,因此厚度方向可以分为一层单元)。

abaqus复合材料薄壁圆筒建模流程

1,建立模型Part Module :类型三维,solid,旋转;按尺寸绘图,done,设置旋转角此处为360度。 2,建立参考面,将圆筒分成两半 3,Assembly Module :类型Independent 分区partition截面 4,Mesh module : 点击remove空二,选择cells消隐分区 X Select entities to remove: Cells Undo 撒种子时,需要分几层就在边缘上撒多少个种子,在每条边上尽量都撒相同数量的种子, 生成结构网格,生成的网格才比较规整。 (注意,此处的mesh,对象为assembly,而不是part) 生成网格后,Mesh: Create Mesh Part Module I- Mesh * Model:j Model-1 abject: * Awembly Part「 4,Job Module : Create Job,例如job-007-01,运行生成job-007-01.inp 文件,保存成007-01.cae 文件。 5,File: New打开新窗口

6,File: Import : Model 选择job-007-01.inp 打开 7,Mesh Module: Tools: Surface manager: create: by angle 定义surface 集合 Tools: Set manager: create: Element: by angle 定义Element 集合 用以下三个命令操作,选择恰当的面。 丄i Select the Entity Closest to the Screen, ---- Select From Exterior En tities '包i 一 J Select From Interior Entities (左键点击第二个图标不放拖出即可) 注:定义Element集合时,可以从外到内,定以一层后,在display中--- -:把定义的那层remove掉再定义下面一层。 8,Mesh: Edit :Mesh : Mesh Offset (create solid layers): Surfaces (选择相应的面):Total thickness定义厚度,生成cohesive单元,把其之前定义的几层surface,都生成cohesive单丿元。 9,Mesh: Element type :对cohesive 单元,Family 选择Cohesive,对其他单元,Family 选择3D Stress;对于静态运算,Element Library选择Standard,对于动态(显式)运算,Element Library 选择Explicit。 10,Property: Create Material: jiti (材料名字):Mechanical : Elastic: Type: Isotropic =tdrt Matetial 邑 M<)terial-jiti Description; NLrnnb?r of field v-arid4)l?:0 ' Moduli tme scale [forvi&ctwlKlicrty^ Long-term No compr-eision 3 Nc Datia Voungi'i P鈕1刖n1* 1 4D0C Create Material: xianwei (材料名字):Mechanical : Elastic : Type : Isotropic

本人学习abaqus五年的经验总结 让你比做例子快十倍

第二章 ABAQUS 基本使用方法 [2](pp15)快捷键:Ctrl+Alt+左键来缩放模型;Ctrl+Alt+中键来平移模型;Ctrl+Alt+右键来旋转模型。 ②(pp16)ABAQUS/CAE 不会自动保存模型数据,用户应当每隔一段时间自己保存模型以避免意外 丢失。 [3](pp17)平面应力问题的截面属性类型是Solid(实心体)而不是Shell(壳)。ABAQUS/CAE 推荐的建模方法是把整个数值模型(如材料、边界条件、载荷等)都直接定义在几 何模型上。 载荷类型Pressure 的含义是单位面积上的力,正值表示压力,负值表示拉力。 [4](pp22)对于应力集中问题,使用二次单元可以提高应力结果的精度。 [5](pp23)Dismiss 和Cancel 按钮的作用都是关闭当前对话框,其区别在于:前者出现在包含只读数 据的对话框中;后者出现在允许作出修改的对话框中,点击Cancel 按钮可关闭对话框,而不保存 所修改的内容。 [6](pp26)每个模型中只能有一个装配件,它是由一个或多个实体组成的,所谓的“实体”(instance) 是部件(part)在装配件中的一种映射,一个部件可以对应多个实体。材料和截面属性定义在部件 上,相互作用(interaction)、边界条件、载荷等定义在实体上,网格可以定义在部件上或实体上, 对求解过程和输出结果的控制参数定义在整个模型上。 [7](pp26) ABAQUS/CAE 中的部件有两种:几何部件(native part)和网格部件(orphan mesh part)。 创建几何部件有两种方法:(1)使用Part 功能模块中的拉伸、旋转、扫掠、倒角和放样等特征来直 接创建几何部件。(2)导入已有的CAD 模型文件,方法是:点击主菜单 File→Import→Part。网 格部件不包含特征,只包含节点、单元、 面、集合的信息。创建网格部件有三种方法:(1)导入 ODB 文件中的网格。(2)导入INP 文件中的网格。(3)把几何部件转化为网格部件,方法是:进 入Mesh 功能模块,点击主菜单Mesh→Create Mesh Part。 [8](pp31)初始分析步只有一个,名称是initial,它不能被编辑、重命名、替换、复制或删除。在初 始分析步之后,需要创建一个或多个后续分析步,主要有两大类:(1)通用分析步(general analysis step)可以用于线性或非线性分析。常用的通用分析步包含以下类型:—Static, General: ABAQUS/Standard 静力分析 —Dynamics, Implicit: ABAQUS/Standard 隐式动力分析 —Dynamics, Explicit: ABAQUS/ Explicit 显式动态分析

(整理)基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析.

基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析 由于玻璃钢复合材料的薄壁圆筒结构具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀,电绝缘及透微波等优点,目前已广泛应用于航空航天和民用领域中。工程中广泛使用的这些薄壁圆筒,当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等荷载作用时,最常见的失效模式为屈曲。因此,为了保证结构的安全,需要进行屈曲分析。 对结构进行屈曲分析,涉及到较复杂的弹(塑)性理论和数学计算,要通过求解高阶偏微分方程组,才能求解失稳临界荷载,而且只有少数简单结构才能求得精确的解析解。因此,只能采用能量法、数值方法和有限元方法等近似的分析方法进行分析。近20年来,随着计算机和有限元方法的迅猛发展,形成了许多的实用分析程序,提高了对复杂结构进行屈曲分析的能力和设计水平。ABAQUS 就是其中的杰出代表。 1.屈曲有限元理论 有限元方法中,对结构的屈曲失稳问题的分析方法主要有两类:一类是通过特征值分析计算屈曲载荷,另一类是利用结合Newton—Raphson迭代的弧长法来确定加载方向,追踪失稳路径的几何非线性分析方法,能有效分析高度非线性屈曲和后屈曲问题。 1.1线性屈曲 假设结构受到的外载荷模式为。,幅值大小为,结构内力为Q,则静力平衡方程应为 进一步考察结构在载荷作用下的平衡方程,得到 由于结构达到保持稳定的临界载荷时有,代入上式得 该方程对应的特征值问题为 如果忽略几何刚度增量的影响,屈曲分析的方程又可进一步简化为 该方程即为求解线性屈曲的特征值方程。为屈曲失稳载荷因子,为结构失稳形态的特征向量。

1.2非线性屈曲 非线性屈曲分析方法多采用弧长法进行分步迭代计算,在增量非线性有限元分析中,沿着平衡路径迭代位移增量的大小(也叫弧长)和方向,确定载荷增量的自动加载方案,可用于高度非线性的屈曲失稳问题。与提取特征值的线性屈曲分析相比,弧长法不仅考虑刚度奇异的失稳点附近的平衡,而且通过追踪整个失稳过程中实际的载荷、位移关系,获得结构失稳前后的全部信息,适合于高度非线性的屈曲失稳问题。 2.ABAQUS的线性屈曲分析 ABAQUS中提供两种分析方法来确定结构的临界荷载和结构发生屈曲响应的特征形状:线性屈曲分析(特征值屈曲分析)、非线性屈曲分析。 线性屈曲分析用于预测一个理想的弹性结构的理论屈曲强度。它是预期的线性屈曲荷载的上限,可以作为非线性屈曲分析的给定荷载,在渐进加载达到此荷载前,非线性求解必然发散;它还可以作为施加初始缺陷或扰动荷载的依据。所以预先进行特征值屈曲分析有助于非线性屈曲分析,进行特征值屈曲分析是必要的。 3.算例 3.1问题概述 图3-1 实例模型 如图所示两端开口的复合材料薄壁圆筒,底端固支,顶端作用有均匀分布的轴压边载。半径R=152mm,高度300mm,厚度t=0.804mm,对称铺层[±45,0]s,

abaqus压杆屈曲分析78112

压杆屈曲分析 1.问题描述 在钢结构中,受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性,所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下,弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际 2 压杆截面尺寸(单位:m) 图1-1 2.长细比计算 通过计算截面几何特性,截面绕y轴的回转半径为i y=0.0384m ,长细比取

值及杆件长度见表1: 表1 3.模型分析 ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法,general statics法(加阻尼),或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现,可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中,初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析,一般有两步,首先是特征值屈曲分析,此分析为线性屈曲分析,是在小变形的情况进行的,也即上面提到过的模态,目的是得出临界荷载(一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load)。其次,就是后屈曲分析,此步一般定义为非线性,原因在于是在大变形情况进行的,一般采用位移控制加修正的弧长法,可以定义材料非线性,以及几何非线性,加上初始缺陷,所以也称为非线性屈曲分析。此步分析,为了得到极限值,需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小,在极值点突变,而初始缺陷较大的结构,载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程 建模计算过程以长细比为50的构件为例,其余构件建模计算过程与之类似。 4.1 buckle分析 1 在buckle分析中创建part模块,创建的模型为三位可变形壳体单元,截面参数见图1-1,构件长度1.92。如图4-1示

Abaqus中复合材料的累积损伤与失效

纤维增强材料的累积损伤与失效:Abaqus拥有纤维增强材料的各向异性损伤的建模功能(纤维增强材料的损伤与失效概论,19.3.1节)。假设未损伤材料为线弹性材料。因为该材料在损伤的初始阶段没有大量的塑性变形,所以用来预测纤维增强材料的损伤行为。Hashin标准最开始用来预测损伤的产生,而损伤演化规律基于损伤过程和线性材料软化过程中的能量耗散理论。 另外,Abaqus也提供混凝土损伤模型,动态失效模型和在粘着单元以及连接单元中进行损伤与失效建模的专业功能。 本章节给出了累积损伤与失效的概论和损伤产生与演变规律的概念简介,并且仅限于塑性金属材料和纤维增强材料的损伤模型。 损伤与失效模型的通用框架 Abaqus提供材料失效模型的通用建模框架,其中允许同一种的材料应用多种失效机制。材料失效就是由材料刚度的逐渐减弱而引起的材料承担载荷的能力完全丧失。刚度逐渐减弱的过程采用损伤力学建模。 为了更好的了解Abaqus中失效建模的功能,考虑简单拉伸测试中的典型金属样品的变形。如图19.1.1-1中所示,应力应变图显示出明确的划分阶段。材料变形的初始阶段是线弹性变形(a-b段),之后随着应变的加强,材料进入塑性屈服阶段(b-c段)。超过c点后,材料的承载能力显著下降直到断裂(c-d段)。最后阶段的变形仅发生在样品变窄的区域。C点表明材料损伤的开始,也被称为损伤开始的标准。超过这一点之后,应力-应变曲线(c-d)由局部变形区域刚度减弱进展决定。根据损伤力学可知,曲线c-d可以看成曲线c-d‘的衰减,曲线c-d‘是在没有损伤的情况下,材料应该遵循的应力-应变规律曲线。

图19.1.1-1 金属样品典型的轴向应力-应变曲线 因此,在Abaqus中失效机制的详细说明里包括四个明显的部分: ●材料无损伤阶段的定义(如图19.1.1-1中曲线a-b-c-d‘) ●损伤开始的标准(如图19.1.1-1中c点) ●损伤发展演变的规律(如图19.1.1-1中曲线c-d) ●单元的选择性删除,因为一旦材料的刚度完全减退就会有单元从计算中移除(如图19.1.1-1 中的d点)。 关于这几部分的内容,我们会对金属塑性材料(金属塑性材料的损伤与失效概论,19.2.1节)和纤维增强材料(纤维增强符合材料的损伤与失效概论,19.3.1节)进行分开讨论。 网格依赖性 在连续介质力学中,通常是根据应力-应变关系建立材料本构模型。当材料表现出导致应变局部化的应变软化行为时,有限元分析的结果带有强烈的网格依赖性,能量的耗散程度取决于网格的精简程度。在Abaqus中所有可使用损伤演化模型都使用减轻网格依赖性的公式。这是通过在公式中引入特征长度来实现的,特征长度作为一个应力-位移关系可以表达本构关系中软化部分,它与单元尺寸有关系。在此情况下,损伤过程中耗散的能量不是由每个单位体积衡量,而是由每个单位面积衡量。这个能量值作为另外一个材料参数,用来计算材料发生完全损伤时的位移。这是与材料断裂力学中临界能量释放率的概念一致的。此公式确保了合适能量的耗散以及最大程度减轻网格的依赖。

abaqus压杆屈曲分析63758

压杆屈曲分析 1.问题描述 在钢结构中,受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性,所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下,弯曲失稳是常见的失稳形式。影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷,导致构件的稳定承载力降低。 本文利用abaqus 对一定截面不同长细比下的H 型钢构件进行屈曲分析,通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲,得出构件发生弯曲失稳的极限荷载。通过比较不同长细比下的弯曲失稳的临界荷载得出构件荷载位移曲线,并与《规范》中的构件曲线相比较。钢构件的截面尺寸如图1-1所示。 构件的材料特性: E =2.0×1011 N m 2? ,μ=0.3 , f y =3.45×108N m 2? 压杆截面尺寸(单位:m)

图1-1 2.长细比计算 通过计算截面几何特性,截面绕y轴的回转半径为i y=0.0384m ,长细比取值及杆件长度见表1: 表1 λ50 60 80 100 120 150 180 ι(m) 1.92 2.30 3.07 3.84 4.60 5.76 6.90 3.模型分析 ABAQUS非线性屈曲分析的方法有riks法,general statics法(加阻尼),或者动力法。非线性屈曲分析采用riks算法实现,可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。其中,初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。 利用abaqus进行屈曲分析,一般有两步,首先是特征值屈曲分析,此分析为线性屈曲分析,是在小变形的情况进行的,也即上面提到过的模态,目的是得出临界荷载(一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load)。其次,就是后屈曲分析,此步一般定义为非线性,原因在于是在大变形情况进行的,一般采用位移控制加修正的弧长法,可以定义材料非线性,以及几何非线性,加上初始缺陷,所以也称为非线性屈曲分析。此步分析,为了得到极限值,需要得出荷载位移曲线的下降段。缺陷较小的结构初始位移变形较小,在极值点突变,而初始缺陷较大的结构,载荷位移曲线较平滑。 4.建模计算过程

ABAQUS及Ansys概述

ABAQUS软件公司和产品应用介绍 一、ABAQUS软件公司的发展历程 1972年,ABAQUS的首要创始人David Hibbitt在布朗大学完成了Ph.D.论文,论文的一部分为基于有限元方法的计算力学内容。这期间,他和他的导师创建了一个公司,产品为他们开发的有限元软件MARC。此后,ABAQUS的另外一个创始人Paul Sorensen也加入了MARC,但之后回到布朗大学继续攻读Ph.D学位。ABAQUS的另外一个创始人Dr. Bengt Karlsson曾经是Control Data公司的分析工程师,由于工作的关系,他逐步对当时各种有限元程序加以熟悉并产生浓厚兴趣。1976年,他从欧洲来到美国和Hibbitt一同在MARC工作。 作为MARC的总工程师,Hibbitt越发意识到工业界对有限元软件有一种强烈的需求,将会成为工程师的日常工具,逐步取代传统的实验做法,但这要求对现有的程序进行大幅度修改,使之能够处理更大规模的模型,计算的可靠性和精度更高。他建议导师重写MARC的内核来适应工业领域的要求,但是他的导师当时不愿意进行这样的一笔投资。1977年,Hibbitt离开MARC开始从头编写ABAQUS。Karlsson很快加入了他。之后,已经从布朗大学博士毕业正在通用汽车公司工作的Sorensen也加入了他们的行列。Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc., (HKS) 公司于1978年2月1日正式成立。三个力学专家开始了一个强大工程分析工具的发展历程。 HKS的第一个客户是Westinghouse Hanford公司,它在华盛顿州从事核反应堆方面的开发工作。Westinghouse Hanford需要进行复杂的分析,包括核燃料棒的接触、蠕变和松弛等问题。ABAQUS可以进行温度相关的蠕变、塑性以及接触建模体现了其优势,很快ABAQUS在核工业领域小有名气。 ABAQUS早期的应用还包括石油、军工等其它领域。随着软件功能的不断强大,汽车公司在80年代中期开始采用ABAQUS作为复杂工程模拟的工具。此后ABAQUS的研发一直是和重要工业客户一起合作进行的,这些客户碰到的力学难题,双方会一起参与来设法解决,同时不断丰富ABAQUS本身的功能。今天,ABAQUS已经被应用于各个工业领域作为核心产品的研发工具,对它求解能力的强大性和灵活性的赞誉不绝于耳。 2002年底HKS公司改名为ABAQUS公司,全部业务都是进行ABAQUS软件的开发与维护。近年来公司始终保持两位数增长,2007年增长17%,2008年增长18%。目前ABAQUS全球有800名雇员,在北美、欧洲、亚太地区有40个分公司或代表处。在总部的400多名雇员中有200多人具有工程或计算机的博士学位,70多人具有硕士学位。被公认为世界上最大且最优秀的非线性固体力学研究团体。 二、ABAQUS软件的发展历程 ABAQUS最早的产品为ABAQUS/Standard。ABAQUS/Standard是一个通用

ABAQUS和WB非线性屈曲方法综述

Workbench (1)首先进行线性屈曲分析,得到屈曲的特征值和屈曲模态。实现方式如下: (2)添加Mechanical APDL模块 右键单击Analysis,输入模型缺陷文件:

/prep7 upgeom,0.1,1,1,file,rst cdwrite,db,file,cdb /solu UPGEOM, FACTOR, LSTEP, SBSTEP, Fname, Ext FACTOR: Multiplier for displacements being added to coordinates. The value 1.0 will add the full value of the displacements to the geometry of the finite element model. Defaults to 1.0. LSTEP: Load step number of data to be imported. Defaults to the last load step. SBSTEP: sub step number of data to be imported. Defaults to the last substep. Fname: File name and directory path (248 characters maximum, including the characters needed for the directory path). An unspecified directory path defaults to the working directory; in this case, you can use all 248 characters for the file name. The field must be input (no default). Ext:Filename extension (8 character maximum).The extension must be an RST extension. (3)添加Finite Element Modeler模块 (4)重新导入新的Static Structual模块以进行非线性屈曲分析,此时需重新建立模型的接触关系、边界条件、荷载。 本模块分析时需打开大变形(large deflection),

Abaqus中复合材料弹性属性的设定

一、定义材料的刚度矩阵 从弹性力学理论可以知道,各向异性材料的刚度矩阵由于有对称性,刚度系数有最初的36个减少到21个,如下图: 在实际应用中,大多数工程材料都有对称的内部结构,因此材料具有弹性对称性,这种对称性可以进一步简化上述的刚度矩阵。 1、有一个弹性对称面的材料(如结晶学中的单斜体) 例如取x-y平面为对称面,则D1112= D1113= D2212= D2213= D3312= D3313= D1223= D1323=0,刚度系数又减少8个,剩下13个。 2、有两个正交(相互垂直)弹性对称面的材料 例如进一步取x-z平面为对称面,则D1123= D2223= D3323= D1213=0,刚度系数又减少4个,剩下9个,如下图: 在Abaqus编辑材料中进行个刚度系数的设定。

3、有三个正交弹性对称面的材料 如果材料有三个相互垂直的弹性对称面,没有新的刚度系数为零,也只有9个。 4、横观各项同性材料 若经过弹性体材料一轴线,在垂直该轴线的平面内,各点的弹性性能在各方向上都相同,我们称此材料横观各向同性材料,如单向复合材料。对于这种材料最终的刚度系数只剩下D1111,D1122,D1133,D3333,D1212五项,其余各项均为零。在复合材料中,经常遇到正交各项异性和横观各项同性两种材料。 二、定义材料工程弹性常数 通过指定工程弹性常数定义线弹性正交各向异性材料是最便捷的一种方法,根据复合材料力学理论,用工程弹性常数表示的柔度矩阵表示如下:

其中,γij/Ei=γji/Ej,所以用9个独立弹性常数可以表征材料属性,即三个材料主 方向上的弹性模量E1,E2,E3,三个泊松比γ12,γ13,γ23,三个平面内的剪切弹性模量G12,G13,G23。 例如测得复合材料一组材料数据为:E1=39GPa,E2=8.4GPa,E3=5.2GPa,γ12=0.26,γ13=0.3,γ23=0.28,G12=4.2GPa,G13=3.6GPa,G23=2.4GPa (随便给出的)。在Abaqus编辑材料对话框中输入对应数据,完成正交各向异性材料的定义。 对于横观各向同性材料,E1=E2,γ13=γ23,γ31=γ32,G13=G23,弹性常数

abaqus复合材料

复合材料不仅仅是几种材料的混合物。它有一些普通材料所没有的特性。它在潮湿和高温环境、冲击、电化学腐蚀、雷电和电磁屏蔽环境中具有不同于普通材料的特性。 复合材料的结构形式包括层板、夹层结构、微模型、机织预制件等。 复合材料的结构和材料是相同的,并且在结构形成时可以同时确定材料的分布。它的性能与制造过程密切相关,但制造过程非常复杂。由于复合材料结构不同层的材料性能不同,复合材料结构在复杂荷载作用下的破坏模式和破坏准则也各不相同。 在ABAQUS中,复合材料的分析方法如下 1建模 其结构形式决定了其建模方法,可以采用基于连续介质的壳单元和常规壳单元。复合材料应用广泛,但复合材料的建模是一个难点。制作复杂的结构光需要一个月的时间2材料 使用“图纸类型”(图层材质)来建立材质参数。材料参数可以以工程参数的形式给出,也可以通过子选项给出材料强度数据。这种材料只使用平面应力问题。

ABAQUS可以用两种方式定义层压板:复合材料截面定义和复合材料层压板定义复合剖面定义对每个区域使用相同的图层特性。这样,我们只需要创建一个壳组合,将截面属性指定给二维(在网格中定义的常规壳元素)或三维(三维的大小应与壳中给定的厚度一致)。基于网格中定义的连续体的壳单元) ABAQUS复合分析方法简介 复合覆盖定义由复合布局管理器定义,主要用于在模型的不同区域构造不同的层。因此,在定义之前应该先划分区域,并将不同的层分配给不同的区域。它可以根据常规shell的元素和属性进行定义。 传统的壳单元定义每个层的厚度并将其分配给二维模型。根据单元的厚度可以将单元划分为三维单元的厚度方向。 提示:堆栈参考坐标系(放置方向)的定义和每个堆栈坐标系(图层方向)的定义。定义正确的图层角度、图层厚度和图层顺序。ABAQUS无法分析单个层的法向变化超过

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