ANSYS屈曲笔记总结
很多现有的ANSYS资料都对特征值屈曲分析进行了较为详细的解释，特征值屈曲分析属于线性分析，它对结构临界失稳力的预测往往要高于结构实际的临界失稳力，因此在实际的工程结构分析时一般不用特征值屈曲分析。但特征值屈曲分析作为非线性屈曲分析的初步评估作用是非常有用的。以下是我经过多次计算得出的一些分析经验，欢迎批评。
1. 非线性屈曲分析的第一步最好进行特征值屈曲分析，特征值屈曲分析能够预测临界失稳力的大致所在，因此在做非线性屈曲分析时所加力的大小便有了依据。
特征值屈曲分析想必大家都熟练的不行了，所以小弟不再罗嗦。小弟只说明一点，特征值屈曲分析所预测的结果我们只取最小的第一阶，所以你所得出的特征值临界失稳力的大小应为F＝实际施加力*第一价频率。
2. 由于非线性屈曲分析要求结构是不“完善”的，比如一个细长杆，一端固定，一端施加轴向压力。若次细长杆在初始时没有发生轻微的侧向弯曲，或者侧向施加一微小力使其发生轻微的侧向挠动。那么非线性屈曲分析是没有办法完成的，为了使结构变得不完善，你可以在侧向施加一微小力。
这里由于前面做了特征值屈曲分析，所以你可以取第一阶振型的变形结果，并作一下变形缩放，不使初始变形过于严重，这步可以在Main Menu> Preprocessor> Modeling> Update Geom中完成。
3. 上步完成后，加载计算所得的临界失稳力，打开大变形选项开关，采用弧长法计算，设置好子步数，计算。
4. 后处理，主要是看节点位移和节点反作用力（力矩）的变化关系，找出节点位移突变时反作用力的大小，然后进行必要的分析处理。
特载值分析得到的是第一类稳定问题的解，只能得到屈曲荷载和相应的失稳模态，它的优点就是分析简单，计算速度快。事实上在实际工程中应用还是比较多的，比如分析大型结果的温度荷载，而且钢结构设计手册中的很多结果都是基于特征值分析的结果，例如钢梁稳定计算的稳定系数，框架柱的计算长度等。它的缺点主要是：不能得到屈曲后路径，不能考虑初始缺陷如初始的变形和应力状态，不能考虑材料的非线性。
非线性分析比较好的是能够得到结构和构件的屈曲后特性，可以考虑初始缺陷还有材料的非线性包括边界的非线性性能。但是在分析的时候最好是在线性特征值的基础上，因为这种方法的结果依赖所加的初始缺陷，如果所加的几何缺陷不是最低阶，可能得到高阶的失稳模态。
第一类稳定问题:是指完善结构的分支点屈曲和极值点屈曲。
第二类稳定问题：有初始缺陷的发生极值点屈曲
屈曲又称失稳，是指结构和构件保持原有构形的能力，可分为分支点失稳和极值点失稳，前者是没有缺陷的情况下发生的，后者是实际有缺陷情况下发生的，求屈曲关键是想求其失稳荷载及模态。数学公式能表达的屈曲很有限，典型的是轴心受压杆件的欧拉临界荷载公式Pcr=π2EI/l2
问题一
在考虑恒载和活载时的屈曲分析中（一圆弧拱，跨中受一竖向单位集中力）提取1、2阶模态，执行命令set,list后：2阶屈曲模态前的那个是屈曲荷载系数。这个系数乘以施加的单位荷载不就是该2阶模态的屈曲荷载了么？
为什么例题还要进行迭代计算，使得2阶屈曲荷载系数为1时的活载大小才是该模态的屈曲荷载？？不是多次一举？
解答：
这是因为活载和恒载有不同的分项系数。
比如实际的屈曲荷载为1.0*恒载+1.4*活载，
而ANSYS求出的屈曲荷载形式为系数R*(恒载+活载)，
为了保证恒载的系数为1.0（这与实际情况相符），只能令R=1，并反复调整活载大小，比如说放大至1.4倍，这样才能得到真正的实际屈曲荷载。所以说R=1时的活载大小才是屈曲荷载。
在弹性稳定分析的过程中，有几个概念性的尝试需要明确，虽然都很简单，还是在这里给大家提个醒。希望对同学们有用：
1.特征值屈曲是理想化的情况，现实结构中并不会发生。所以对其数值模拟的准确性、可靠性较低，实用价值不高，不过对于均匀材质的结构，可以先计算其特征值屈曲，为以后的深入计算提供依据；
2.特征值屈曲，仅考虑结构的线性行为。所以，初学者们不要被名字吓倒。至于有初始变形、残余应力等都不属于特征值屈曲考虑的范围之内；
3.ansys的特征值屈曲分析中，计算结果得到的是屈曲荷载系数和屈曲模态，其中屈曲荷载系数更重要，因为将系数与外加荷载相乘，结果便是屈曲荷载；
4.创建模型的过程中，对于两点连一线的杆件，尽量考虑对其多划分几段网格，也就是说尽量不要把两点连线作为一个杆件单元，因为那样会使得计算结果不准确；
5.必须激活预应力选项——即便计算中不包含预应力效应。因为只有激活该选项才能使得几何刚度矩阵保存下来；
6.关于恒载与活载。结构可能会同时收到恒载与活载的作用，而得到的屈曲荷载系数将会对所有荷载进行缩放——不分恒载与活载。这时候需要将二者区分开来，毕竟在多次试算过程中，恒载的作用效应是不应该变化的。这时的操作方法就是：调整活载的数值，重新计算，目标是使得到的屈曲荷载系数为1.0（或者
非常接近1.0）。结果，屈曲荷载就等于“恒载+修正之后的活载”；
7.有预应力存在情况下的考虑。在假设前提是“允许结构发生变形”之后，在施加预应力操作完成时，结构已经发了微小的变形，而这种变形又在一定程度上改变了原来的张拉力。说白了，就是“一把张满的弓，松了一下，弦中的力会有变化”。所以在施加预应力的时候要考虑这一点，从而把这段可能会被损失掉的张拉力算进最开始的预应力中，以保证屈曲分析过程中预应力与设计相符。
Workbench 屈曲分析 1、基础概念 结构在载荷作用下由于材料弹性性能发生变形，若变形后结构上的载荷保持平衡，这种状态称为弹性平衡。如果结构在平衡状态时，受到扰动而偏离平衡位置，当扰动消除后仍能恢复原来平衡状态，这种平衡状态称为稳定平衡状态，反之，如果受到扰动而偏离平衡位置，即使扰动消除，结构仍不能恢复原来的平衡状态，而结构在新的状态下平衡，则原来的平衡状态就成为不稳定平衡状态。 当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的增量，则结构平衡状态将发生很大的改变，这种现象叫做结构失稳或结构屈曲。 根据失稳的性质，结构稳定问题可分为以下三类： 第一类失稳是理想化情况，即达到某个载荷时，除结构原来的平衡状态存在外，出现第二个平衡状态，故又叫做平衡分叉失稳，数学上就是求解特征值问题，又叫做特征值屈曲分析。 第二类失稳是结构失稳，变形将大大发展，而不会出现新的变形形式，即平衡状态不发生质变，也叫极顶失稳，结构失稳时，相应载荷叫做极限载荷，理想结构或完善结构不存在，总是存在这样那样的缺陷，大多数问题属于第二类失稳问题。 第三类失稳是当在和达到某值时，结构平衡状态发生一明显跳跃，突然过渡到非临近的另一具有较大位移的平衡状态，称为跳跃失稳，跳跃失稳没有平衡分叉点，也没有极值点，如坦拱、扁壳、二力杆的失稳都属于此类。 结构弹性稳定分析属于第一类失稳对应workbench 的线性特征值分析（Eigenvalue Buckling ），考虑缺陷，非线性影响的第二类结构属于workbench 的非线性特征值分析（Eigenvalue Buckling ），第三类的失稳对应workbench 的Static Structural ，无论前屈曲平衡状态或后屈曲平衡状态均可一次计算求出，即全过程分析。 1.1屈曲分析基础理论 在平衡状态，考虑到轴向力或中面内力对弯曲变形的影响，根据势能驻值原理得到结构平衡方程为 [][](){}{}P U K K G E =+ 式中为结构弹性刚度矩阵，为结构几何刚度矩阵，也称为初应力刚度矩阵，为节点位移向量；为节点载荷向量，上式也为几何非线性分析平衡方程。 为得到随遇平衡状态，应是系统势能的二阶变分为零。即： [][](){}0=+U K K G E δ 因此必有： [][]()0K E =+G K 式中结构弹性刚度矩阵已知，结构外载荷也就是要求得屈曲载荷未知，结构几何刚度矩 阵未知，为了求得该屈曲载荷，假设有一组载荷[]0P ,对应的几何刚度矩阵为[]0G K ,并假定 屈曲时的载荷是[]0P 的λ倍，固有λ[] 0G K =[]G K ,上式可变为 []E K []G K {}U {}P
ansys workbench非线性屈曲分析 (2013-08-26 21:26:29) 转载▼ 标签： ansys 很多旋转受压结构必须进行屈曲分析，常规结构屈曲分析软件有nastran、abaqus和ansys，nastran对线性大型模型分析效率较高；abaqus屈曲分析使用较少；ansys使用比较频繁，其快速建模，与CAD软件的良好借口及有限元模型前处理的便捷性（WB界面）很有吸引力，屈曲分析功能较为完善，可以进行线性、非线性和后屈曲分析。 ansys学习资料中介绍较多的是线性屈曲分析。线性屈曲分析在工业实际中预测的值偏高，有的甚至超过实际实验测试值的几十倍，线性分析唯一优势是其分析速度较快。但在实际中其预测值参考价值不大，仅给定结构屈曲失效的上限值。非线性屈曲分析考虑其他因素，包括结构加工缺陷（几何），材料非线性等，因此较为接近实际情况，但计算耗时较长。针对最艰难学习情况归纳总结非线性屈曲分析时技术要点及应注意事项。 对于规则旋转壳，承受外压载荷作用，进行非线性屈曲分析时，必须加上几何缺陷，关键步是添加APDL语句 /prep7 upgeom,0.1,1,1,file,rst cdwrite,db,file,cdb /solu 该步引入屈曲模态情况下的几何缺陷，缺陷为屈曲模态变形相对值的0.1倍，该值可以根据实际加工水平等其他条件确定，上述 语句保存在txt文档中，在workbench流程APDL模块调用。 分析详细流程为，static structure模块导入几何，施加载荷和边界条件，分析求解，将linear buckling拖入流程中，共享static structure模块数据，进行线性屈曲模块分析，Mechanial APDL
屈曲分析的过程说明： 屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临介荷载和屈 曲结构发生屈曲响应时的模态形状的技术。ANSYS提供两种结构屈曲荷载和屈曲模态分析方法：非线性屈曲分析和特征值屈曲分析。 非线性屈曲分析是在大变形效应开关打开的情况下的一种非线性 静力学分析，该分析过程一直进行到结构的极限荷载或最大荷载。非 线性屈曲分析的方法是，逐步地施加一个恒定的荷载增量，直到解开 始发散为止。尤其重要的是，要一个足够小的荷载增量，来使荷载达 到预期的临界屈曲荷载。若荷载增量太大，则屈曲分析所得到的屈曲 荷载就可能不准确，在这种情况下打开自动时间步长功能，有助于避 免这类问题，打开自动时间步长功能，ANSYS程序将自动寻找屈曲荷载。 特征值屈曲分析步骤为： 1.建模 2.获得静力解：与一般静力学分析过程一致，但必须激活预应 力影响，通常只施加一个单位荷载就行了 3.获得特征屈曲解: A.进入求解 B.定义分析类型 C.定义分析选项 D.定义荷载步选项
E.求解 4.扩展解 之后就可以察看结果了 示例1： !ansys7.0有限元分析实用教程 !3．命令流求解 !ANSYS命令流： !Eigenvalue Buckling FINISH!这两行命令清除当前数据/CLEAR /TITLE,Eigenvalue Buckling Analysis /PREP7!进入前处理器 ET,1,BEAM3!选择单元 R,1,100,833.333,10!定义实常数 MP,EX,1,200000!弹性模量 MP,PRXY,1,0.3!泊松比 K,1,0,0!创建梁实体模型 K,2,0,100 L,1,2!创建直线 ESIZE,10!单元边长为1mm
!ANSYS命令流学习笔记10-利用APDL在WorkBench中进行非线性屈曲分析 !学习重点： !1、强化非线性屈曲知识 首先了解屈曲问题。在理想化情况下,当F < Fcr时, 结构处于稳定平衡状态，若引入一个小的侧向扰动力，然后卸载, 结构将返回到它的初始位置。当F > Fcr时, 结构处于不稳定平衡状态, 任何扰动力将引起坍塌。当F = Fcr时,结构处于中性平衡状态，把这个力定义为临界载荷。在实际结构中, 几何缺陷的存在或力的扰动将决定载荷路径的方向。在实际结构中, 很难达到临界载荷，因为扰动和非线性行为, 低于临界载荷时结构通常变得不稳定。 要理解非线性屈曲分析，首先要了解特征值屈曲。特征值屈曲分析预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度，缺陷和非线性行为阻止大多数实际结构达到理想的弹性屈曲强度，特征值屈曲一般产生非保守解, 使用时应谨慎。 !理论解，根据Euler公式。其中μ取决于固定方式。 !有限元方法， 已知在特征值屈曲问题： 求解，即可得到临界载荷 而非线性屈曲问题： 其中为结构初始刚度，为有缺陷的结构刚度，为位移矩阵，为载荷矩阵。 非线性屈曲分析时考虑结构平衡受扰动（初始缺陷、载荷扰动）的非线性静力分析，该分析时一直加载到结构极限承载状态的全过程分析，分析中可以综合考虑材料塑性、几何非线性、接触、大变形。非线性屈曲比特征值屈曲更精确，因此推荐用于设计或结构的评价。 !2、熟悉WB中非线性屈曲分析流程 (1) 前处理，施加单元载荷，进行预应力静力分析。 (2) 基于预应力静力分析，指定分析类型为特征值屈曲分析，完成特征值屈曲分析。 (3) 在APDL模块将一阶特征屈曲模态位移乘以适当系数，将此变形后的形状当做非线性分析的初始模型。
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），
有限元原理与工程应用 题目圆柱壳的非线性屈曲分析 年级与专业机械电子工程 所在学院（系）机械工程学系
梁结构的瞬态完全法分析 1要求 用弧长法进行一个圆柱壳的非线性屈曲分析。 一个对边简支的圆柱壳，在其中心作用一个垂直的集中载荷。目的是分析当载荷大小为1000N时，A、B两点的垂直位移（UY）。 材料特性： EX=3.1x109Pa (杨氏模量） NUXY=0.3 （泊松比） 几何特性： R=2540 mm L=254 mm H=6.35 mm θ=5.7° 载荷：p=1000 N
采用2D的shell单元定义了厚度，由于该圆柱壳结构为对称结构，故实际操作时选取1/4结构对其进行分析即可。 2操作步骤 求解步骤（GUI方法） 2.1定义工作文件名及工作标题 （1）定义工作文件名：执行Utility Menu/File/Change Jobname命令，在弹出的Change Jobname对话框中输入文件名为“buckle2.”，同时勾上【New log and error files】,单击按钮。 （2）定义工作标题：执行Utility Menu/File/Change Title 命令，弹出Change Title对话框中输入“Analysis of the buckle”,然后单击按钮。 （3）重新显示：执行Utility Menu/Plot/Replot命令。 2.2显示工作平面 （1）显示工作平面，执行Utility Menu/WorkPlane/Display Working Plane命令。（2）关闭三角坐标符号的显示：执行Utility Menu/PlotCtrls/Window Controls/Window Options命令，弹出Window Options对话框。在Location of triad 下拉列表框中选择Not shown选项，单击按钮。
第11章 屈曲分析 11.1 屈曲分析概述 静力分析方法认为杆件的破坏取决于材料的强度，当杆件承受的应力小于其许用应力时，杆件便可安全工作，对于细长受压杆件这却并不一定正确。压杆在承受的应力小于其许用应力时，杆件会发生变形而失去承载能力，这类问题称为压杆屈曲问题，或者压杆失稳问题。 工程中许多细长构件如发动机中的连杆、液压缸中的活塞杆和订书机中的订书针等，以及其他受压零件，如承受外压的薄壁圆筒等，在工作的过程中，都面临着压杆屈曲的问题。 临界载荷是受压杆件承受压力时保持杆件形状的载荷上限。压杆承受临界载荷或更大载荷时会发生弯曲，如图11-1所示。经典材料力学使用Euler 公式求取临界载荷： () 22l EJ F cr μπ= （11-1） 图11-1临界载荷下压杆发生屈曲 该公式在长细比超过100有效。针对不同的压杆约束形式，参数的μ取值如表11-1所示。 表11-1 Euler 公式中参数μ的取值 对于压杆屈曲问题，ANSYS 中一方面可以使用线性分析方法求解Euler 临界载荷，另一方面可以使用非线性方法求取更为安全的临界载荷。 ANSYS 提供两种技术来分析屈曲问题，分别为非线性屈曲分析法和线性屈曲分析法（也称为特征值法）。因为这两种方法的结果可能截然不同（见图11-2），故需要理解它们的差异： ? 非线性屈曲分析法通常较线性屈曲分析法更符合工程实际．使用载荷逐渐增大的非线性静力学分析，来求解破坏结构稳定的临界载荷。使用非线性屈曲分析法，甚至可以分析屈曲后的结构变化模式。 ? 线性屈曲分析法可以求解理想线性弹性理想结构的临界载荷，其结果与Euler 方程求得的基本一致。 图11-2不同分析方法的屈曲分析结果
ABAQUS6.7非线性屈曲分析步骤 riks法，或者general statics法（加阻尼），或者动力法 一共三种方法， 【问】在aba中能实现非线性屈曲分析吗？在step中选定line- perturbation下的各项，其Nlgeom都为Off，是不是意味着是进行不了啊？ 【答】 line-perturbation应该是特征值屈曲分析，只能是线性的，要想进行非线性屈曲分析要引入初始缺陷 ABAQUS中非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已经初始缺陷的影响。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。 no.1: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），且需要在inp 文件中，作如下修改 *node file,global=yes *End Step 此修改目的在于：在下一步后屈曲分析所需要的初始缺陷的节点输出为.fil文件。no.2：其次，就是所谓的后屈曲分析，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，加上初始确定，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，除了采用位移控制以及弧长法设定外，需在所得到的inp文件中，嵌入no.1中的.fil节点数据。修改如下： *IMPERFECTION（缺陷）, FILE=results_file（此文件名为.fil）, STEP=step(特征
ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）
第七章 线性屈曲分析
本章概述 ?在本章中将讲述DS中的线性屈曲分析的应用. –在DS中，进行线性屈曲分析类似于应力分析. –假设用户在此之前已经讨论过第四章线性静力结构分析的内容. ?本章所讨论的性能通常适用于ANSYS DesignSpace Entra licenses及更高licenses. –许多本章当中所讨论的选项需要更高级别的 licenses,但这些都没有直接的指出. –简谐和非线性静态结构分析在此没有讨论，但是在相关章节当中会有介绍.
屈曲分析的背景 ?许多结构需要估计结构的稳定性。细长柱、压缩部件、以及真空容器都是需要考虑稳定性的例子.?在不稳定(屈曲)开始时,结构在本质上没有变化的载荷作用下(超过一个很小的动荡)在x方向上的位移{?x}会有一个很大的改变. F F Stable Unstable
…屈曲分析的背景 ?特征值或线性屈曲分析预测的是理想线弹性结构的理论屈曲强度(分歧点). ?特征值方程决定了结构的分歧点.教科书上相应的方法近似于线弹性屈曲分析方法. –Euler柱的特征值屈曲方法与经典的Euler方法匹配.
…屈曲分析的背景 ?然而，非理想和非线性行为阻止许多真实的结构达到它们理论上的弹性屈曲强度。线性屈曲通常产生非保守的结果, 应当谨慎使用. –把屈曲当成苏打水罐: ?材料响应是非弹性的。需要考虑几何非线性的影响，接触 也是需要的。因此这些类型的非线性行为都不被考虑. ?在苏打水罐上的小的瑕疵,例如一个小的缺陷,将会影响响 应并且使模型不对称.然而，这些小的瑕疵在线性屈曲分析 中不予考虑.
1概述 圆端形空心墩因其横向刚度大、纵横向尺寸搭配合理、适应流水特性好、材料用量少以及施工适应性强等优点被广泛应用于铁路、公路桥梁中。随着交通大流量的发展，尤其是我国铁路运量的大幅度增加和高铁事业的迅猛发展，多线铁路的建设将成为我国铁路事业的一大发展方向，多线超宽圆端形薄壁空心桥墩的应用也将日益增多。过去，我国建造的桥墩粗大、笨重、不注重造型，不仅浪费材料而且影响美观。随着社会经济和科学研究的不断发展，近年来我国建造的桥墩也向着高强、高耸、轻型、薄壁、注重造型的方向发展，不仅可以合理有效地利用下部结构的功能，而且提高了桥梁结构的整体美感。因此，超宽圆端形薄壁空心桥墩的稳定性问题就越来越凸显出来，其直接关乎着整座桥梁结构的安全和经济性问题。 超宽圆端形薄壁空心桥墩的稳定性问题主要包括墩身的整体稳定和墩壁的局部稳定。在我国目前的相关规范中并没有明确规定其计算与设计方法，现阶段依然采用经验的办法来解决。尤其是超宽圆端形薄壁空心桥墩墩壁的局部稳定性，可以参考的规范与文献资料甚少。通常而言，空心墩的局部稳定问题，主要是采取控制墩壁厚度和设置隔板来增强空心墩墩壁的局部稳定性。但在过去的模型试验和理论计算中，至今尚未能确定隔板对桥墩稳定和强度有明显的作用。因在采用滑动模板技术施工时，隔板的影响很大，空心墩不设隔板能否满足各项力学指标，具有很高的研究价值。在目前
我国的铁路桥梁中，单线或者双线圆端形空心墩应用较多，双线以上的超宽桥墩并不多见。超宽圆端形薄壁空心桥墩壁厚的选取基于什么原则，目前研究很少。西南研究所、铁二院、西南交大在上世纪70年代曾对矩形、圆柱形、圆锥形空心墩的整体稳定和局部稳定问题进行了研究，但仅仅局限于宽度较小的单线或双线混凝土空心墩，且截面形式中并没有涉及到圆端形。多线超宽圆端形空心薄壁桥墩在这一方面的研究几乎是个空白，国内外的研究和报道很少。 综上所述，对超宽圆端形薄壁空心桥墩进行稳定性问题的研究具有重要的意义和很高的科学价值。 桥墩稳定性研究历史和现状 1.1.1桥梁结构丧失稳定的例子 世界上因桥梁失稳而造成事故的例子时有发生。例如：1875年，位于俄罗斯的克夫达敞开式桥（Кеъда）发生了因上弦压杆失稳破坏而引起的事故（图1-1）；1907年，位于加拿大的魁北克大桥（Quebec）在采用悬臂法架设中跨桥架时，悬臂端下弦杆的腹板发生翘曲失稳导致桥架倒塌，造成了严重的破坏事故（图1-3）；1925年，前苏联的莫兹尔桥（Моэыр）在试车状态下由于压杆失稳而发生事故（图1-2）；1970年，位于澳大利亚墨尔本附近的西门大桥，在架设拼拢整孔左右两边（截面）钢箱梁时，在跨中上翼板发生失稳破坏，结果导致112m的整垮倒塌［1］。这些事故的发生值得广大研究人员、设计人员以及工程建设人员的深思。以上部
ANSYS屈曲笔记总结 很多现有的ANSYS资料都对特征值屈曲分析进行了较为详细的解释，特征值屈曲分析属于线性分析，它对结构临界失稳力的预测往往要高于结构实际的临界失稳力，因此在实际的工程结构分析时一般不用特征值屈曲分析。但特征值屈曲分析作为非线性屈曲分析的初步评估作用是非常有用的。以下是我经过多次计算得出的一些分析经验，欢迎批评。 1. 非线性屈曲分析的第一步最好进行特征值屈曲分析，特征值屈曲分析能够预测临界失稳力的大致所在，因此在做非线性屈曲分析时所加力的大小便有了依据。 特征值屈曲分析想必大家都熟练的不行了，所以小弟不再罗嗦。小弟只说明一点，特征值屈曲分析所预测的结果我们只取最小的第一阶，所以你所得出的特征值临界失稳力的大小应为F＝实际施加力*第一价频率。 2. 由于非线性屈曲分析要求结构是不“完善”的，比如一个细长杆，一端固定，一端施加轴向压力。若次细长杆在初始时没有发生轻微的侧向弯曲，或者侧向施加一微小力使其发生轻微的侧向挠动。那么非线性屈曲分析是没有办法完成的，为了使结构变得不完善，你可以在侧向施加一微小力。 这里由于前面做了特征值屈曲分析，所以你可以取第一阶振型的变形结果，并作一下变形缩放，不使初始变形过于严重，这步可以在Main Menu> Preprocessor> Modeling> Update Geom中完成。 3. 上步完成后，加载计算所得的临界失稳力，打开大变形选项开关，采用弧长法计算，设置好子步数，计算。 4. 后处理，主要是看节点位移和节点反作用力（力矩）的变化关系，找出节点位移突变时反作用力的大小，然后进行必要的分析处理。 特载值分析得到的是第一类稳定问题的解，只能得到屈曲荷载和相应的失稳模态，它的优点就是分析简单，计算速度快。事实上在实际工程中应用还是比较多的，比如分析大型结果的温度荷载，而且钢结构设计手册中的很多结果都是基于特征值分析的结果，例如钢梁稳定计算的稳定系数，框架柱的计算长度等。它的缺点主要是：不能得到屈曲后路径，不能考虑初始缺陷如初始的变形和应力状态，不能考虑材料的非线性。 非线性分析比较好的是能够得到结构和构件的屈曲后特性，可以考虑初始缺陷还有材料的非线性包括边界的非线性性能。但是在分析的时候最好是在线性特征值的基础上，因为这种方法的结果依赖所加的初始缺陷，如果所加的几何缺陷不是最低阶，可能得到高阶的失稳模态。
题目：跨径L=89m ，矢跨比f/L =1/5的圆弧拱，梁高h/L =1/30,梁宽b/L =1/15 求：1.弹性屈曲荷载； 2.非线性极限承载能力。 1、 线性屈曲荷载理论计算 在理论计算时，先根据圆弧拱的矢跨比查出稳定系数2K ： 表1 圆弧拱理论计算的稳定系数 根据表1查得：290.4 K = 故其理论弹性屈曲荷载为： 43 72 3 31 3.25105933.332966.671290.4 5.381089000 x cr EI N q K m l ?? ??==?=? 2、拱的弹性屈曲与非线性屈曲 对于一般的特征值屈曲分析，主要是在平衡状态，考虑到轴向力或者中面内力对弯曲变形的影响，由最小势能原理，结构弹性屈曲分析归结为求解特征值问题： 通过特征值分析求得的解有特征值和特征向量，特征值就是临界荷载系数，特征向量是临界荷载系数对应的屈曲模态。 特征值屈曲分析的流程图如下： [][]0D G K K λ+=
图1 弹性屈曲分析流程图 非线性屈曲分析是考虑结构平衡受扰动（初始缺陷、荷载扰动）的非线性静力分析，该分析是一直加载到结构极限承载状态的全过程分析，分析中可以综合考虑材料塑性和几何非线性。结构非线性屈曲分析归结为求解矩阵方程： 非线性屈曲分析的流程图如下： 图2 非线性屈曲分析流程图 [][](){}{} D G K K F δ+=
3、非线性方程组求解方法 （1）增量法 增量法的实质是用分段线性的折线去代替非线性曲线。增量法求解时将荷载分成许多级荷载增量，每次施加一个荷载增量。在一个荷载增量中假定刚度矩阵保持不变，在不同的荷载增量中，刚度矩阵可以有不同的数值，并与应力应变关系相对应。 （2）迭代法 迭代法是通过调整直线斜率对非线性曲线的逐渐逼近。迭代法求解时每次迭代都将总荷载全部施加到结构上，取结构变形前的刚度矩阵，求得结构位移并对结构的几何形态进行修正，再用此时的刚度矩阵及位移增量求得内力增量，并进一步得到总的内力。 （3）混合法 混合法是增量法和迭代法的混合使用。在一般的非线性分析中常采用增量迭代混合法，将荷载分成若干级增量，在每一荷载增量上进行多次迭代。混合法综合了增量法、迭代法的优点，并且与单纯的迭代法相比，混合法并不增加太多的迭代次数。 4、曲梁加载问题 曲梁径向和切分布荷载可在圆柱坐标系下直接施加，而非径向和切向的分布荷载可以将荷载等效到沿曲梁轴向分布，然后分解为径向和切向分布两部分施加，其分解后为： 图3 曲梁均布荷载等效与分解 22/(1)/(1) =d ()/,y /y SV H SP H Q Q y Q Q y y y f x dx y '''=+=+''≈??和其中，当单元足够小时，可采用
第21例非线性屈曲分析实例—悬臂梁本例通过计算悬臂梁的临界载荷，介绍了利用ANSYS进行非线性屈曲分析的方法、步骤和过程。 21.1非线性屈曲分析过程 1．建立模型非线性屈曲分析的建模过程与其他分析相似，包括选择单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、定义横截面、建立几何模型和划分网格等。 2．求解 (1)进入求解器。 (2)指定分析类型。非线性屈曲分析属于非线性静力学分析。 (3)定义分析选项。激活大变形效应。 (4)施加初始几何缺陷或初始扰动。可以先进行线性屈曲分析，将分析所得到的屈曲模态形状乘以一个较小的系数后作为初始扰动施加到结构上，本例即采用该方法。 (5)施加载荷。所施加的载荷应比预测值高10%一21%。 (6)定义载荷步选项。 (7)设置弧长法。 (8)求解。 3.查看结果 在POST26时间历程后处理器中，建立载荷和位移关系曲线，从而确定结构的临界载荷。 21.2问题描述及解析解 图21-1 (a)所示为一悬臂梁，图21-1 (b)为梁的横横截面形状，分析其在集中力P作用下的临界载荷。已知截面各尺寸分别为H=50mm、h=43mm、B=35mm、b=32mm，梁的长度L=1m。钢的弹性模量E=2xl011N/m2，泊松比p=0.3。
图21-1工子悬臂梁 21.3分析步骤 21.3.1改变任务名 拾取菜单Utility Menu→Jobname，弹出如图21-2所示的对话框，在“[/FJLNAM]”文本框中输入EXAMPLE21，单击“OK”按钮。 21.3.2选择单元类型 拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出如图21-3所示的对话框，单击“Add.”按钮，弹出如图21-4所示的对话框，在左侧列表中选“Structural Beam”，在右侧列表中选“3 node 189”，单击“OK”按钮，返回到如图21-3所示的对话框，单击“Close”按钮。 图21-2改变任务名对话框
A N S Y S命令流学习笔记 非线性屈曲分析 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
!ANSYS命令流学习笔记9 –非线性屈曲分析 !学习重点： !1、熟悉beam单元的建模 !2、何为非线性屈曲分析Eigen Buckling 首先了解屈曲问题。在理想化情况下,当F < Fcr时, 结构处于稳定平衡状态，若引入一个小的侧向扰动力，然后卸载, 结构将返回到它的初始位置。当F > Fcr时, 结构处于不稳定平衡状态, 任何扰动力将引起坍塌。当F = Fcr时,结构处于中性平衡状态，把这个力定义为临界载荷。在实际结构中, 几何缺陷的存在或力的扰动将决定载荷路径的方向。在实际结构中, 很难达到临界载荷，因为扰动和非线性行为, 低于临界载荷时结构通常变得不稳定。 要理解非线性屈曲分析，首先要了解特征值屈曲。特征值屈曲分析预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度，缺陷和非线性行为阻止大多数实际结构达到理想的弹性屈曲强度，特征值屈曲一般产生非保守解, 使用时应谨慎。 非线性屈曲分析时考虑结构平衡受扰动（初始缺陷、载荷扰动）的非线性静力分析，该分析时一直加载到结构极限承载状态的全过程分析，分析中可以综合考虑材料塑性、几何非线性、接触、大变形。非线性屈曲比特征值屈曲更精确，因此推荐用于设计或结构的评价。
!3、非线性屈曲分析的理论计算及有限元计算 !理论解，根据Euler公式。其中μ取决于固定方式。 !有限元方法， 已知在特征值屈曲问题： 求解，即可得到临界载荷 而非线性屈曲问题： 其中为结构初始刚度，为有缺陷的结构刚度，{δ}为位移矩阵，{F}为载荷矩阵。 !4、弧长法的介绍(图片摘于ansys培训教程) 如上分析，特征值屈曲分析得到的是非保守解，具有两个优点：快捷分析，屈曲模态形状可用作非线性屈曲分析的初始几何缺陷。因此为了得到较为精确的屈曲分析，还需要做非线性屈曲分析，结构达到极限载荷时，非线性求解将发散，为获得结构屈曲后加载历程的下降段，将会采用弧长法进行求解。
1．线性屈曲 特征值屈曲分析属于线性分析，它对结构临界失稳力的预测往往要高于结构实际的临界失稳力， 特载值分析得到的是第一类稳定问题的解，只能得到屈曲荷载和相应的失稳模态，它的优点就是分析简单，计算速度快。事实上在实际工程中应用还是比较多的，比如分析大型结构的温度荷载，而且钢结构设计手册中的很多结果都是基于特征值分析的结果，例如钢梁稳定计算的稳定系数，框架柱的计算长度等。它的缺点主要是：不能得到屈曲后路径，不能考虑初始缺陷如初始的变形和应力状态，不能考虑材料的非线性。但特征值屈曲分析作为非线性屈曲分析的初步评估作用是非常有用的。特征值屈曲分析所预测的结果我们只取最小的第一阶，所以你所得出的特征值临界失稳力的大小应为F＝实际施加力*第一价频率。 2. 非线性屈曲 非线性屈曲分析的第一步最好进行特征值屈曲分析，特征值屈曲分析能够预测临界失稳力的大致所在，因此在做非线性屈曲分析时所加力的大小便有了依据。由于非线性屈曲分析要求结构是不“完善”的，比如一个细长杆，一端固定，一端施加轴向压力。若次细长杆在初始时没有发生轻微的侧向弯曲，或者侧向施加一微小力使其发生轻微的侧向挠动。那么非线性屈曲分析是没有办法完成的，为了使结构变得不完善，你可以在侧向施加一微小力。这里由于前面做了特征值屈曲分析，所以你可以取第一阶振型的变形结果，并作一下变形缩放，不使初始变形过于严重，上步完成后，加载计算所得的临界失稳力，打开大变形选项开关，采用弧长法计算，设置好子步数，计算。后处理，主要是看节点位移和节点反作用力（力矩）的变化关系，找出节点位移突变时反作用力的大小，然后进行必要的分析处理。 非线性分析比较好的是能够得到结构和构件的屈曲后特性，可以考虑初始缺陷还有材料的非线性包括边界的非线性性能。但是在分析的时候最好是在线性特征值的基础上，因为这种方法的结果依赖所加的初始缺陷，如果所加的几何缺陷不是最低阶，可能得到高阶的失稳模态。
分析过程说明： 屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临介荷载和屈曲结构发生屈曲响应时的模态形状的技术。ANSYS提供两种结构屈曲荷载和屈曲模态分析方法：非线性屈曲分析和特征值屈曲分析。 非线性屈曲分析是在大变形效应开关打开的情况下的一种非线性静力学分析，该分析过程一直进行到结构的极限荷载或最大荷载。非线性屈曲分析的方法是，逐步地施加一个恒定的荷载增量，直到解开始发散为止。尤其重要的是，要一个足够小的荷载增量，来使荷载达到预期的临界屈曲荷载。若荷载增量太大，则屈曲分析所得到的屈曲荷载就可能不准确，在这种情况下打开自动时间步长功能，有助于避免这类问题，打开自动时间步长功能，ANSYS程序将自动寻找屈曲荷载。 特征值屈曲分析步骤为：1.建模 2.获得静力解：与一般静力学分析过程一致，但必须激活预应力影响，通常只施加一个单位荷载就行了 3.获得特征屈曲解: A.进入求解 B.定义分析类型 C.定义分析选项 D.定义荷载步选项 E.求解 4.扩展解 之后就可以察看结果了 示例1： !<ansys 7.0 有限元分析实用教程> !3．命令流求解 !ANSYS命令流： !Eigenvalue Buckling FINISH !这两行命令清除当前数据 /CLEAR /TITLE,Eigenvalue Buckling Analysis /PREP7 !进入前处理器 ET,1,BEAM3 !选择单元 R,1,100,833.333,10 !定义实常数 MP,EX,1,200000 !弹性模量 MP,PRXY,1,0.3 !泊松比 K,1,0,0 !创建梁实体模型 K,2,0,100 L,1,2 !创建直线 ESIZE,10 !单元边长为1mm LMESH,ALL,ALL !划分网格 FINISH !退出前处理 ！屈曲特征值部分 /SOLU !进入求解 ANTYPE,STATIC !在进行屈服分析之前，ANSYS需要从静态分析提取数据
压杆屈曲非线性分析 专业：结构工程 姓名：刘耀荣 学号：2110150113
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? 图1-1 压杆截面尺寸（单位：m）
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