1、abaqus压杆屈曲分析
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
2、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 Nm2 ,μ=0.3 , fy=3.45×108Nm2
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iy=0.0384m ,长细比取值及杆件长度见表1：
表1
λ
50
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 stati
3、cs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，
4、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
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3.45×108Nm2，弹性模量E=2.0×1011 Nm2；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
5、4-2
图4-2
3 在Assembly装配中创建一个instance。
4 创建分析步，类型为liner perturbation，buckle。如图4-3，分析步名设置为buckle1，此分析步名会在riks分析中引入初始缺陷时用到。
图4-3
5 定义边界及荷载，边界为一端铰支，一端滑动，荷载为单位为1的壳边缘荷载。荷载定义见图4-4
图4-4
6 划分网格。
图4-5
7 创建分析作业，提交并运行分析。结果如下图4-6：
图4-6
在buckle分析中为了后面riks非线性分析可以引入初始缺陷，划分网格结束后需要修改inp文件，在model-e
6、dit key words中输入：
*node file
U，
具体位置如图4-7
图4-7
4.2 riks分析
riks模型直接复制buckle模型，然后做以下修改。
1 在model中选择copy model，命名为yagan1-r。
2 在tool中设置参考点set-z，取构件中点以便于输出所需杆件的位移。
3 在interaction中于距杆件两端0.01出设置耦合点，便于施加位移荷载，同时避免应力集中。其中一点设为set-1，以输出反力。
图4-8
4 在分析步中选buckle然后replace step，将其改为general-static， rik
7、s，各参数设置见图4-9：
图4-9
5 修改key words，引入初始缺陷。在model中选edit key words，加入命令：
*imperfection,file=buckle1,step=1
1,5e-3
2,5e-3
具体位置见图4-10：
图4-10
6 修改荷载和边界条件，在耦合点上的U3方向分别加0.05的位移荷载，删除原有的壳边缘荷载，边界条件除UR2以外的的自由度全部约束。
图4-11
7 创建分析作业，设置历史输出为set-1的U1和某一耦合点的RF3。提交运行分析。分析结果如图4-12：
图4-12
8 绘出荷载位移曲线，图4-13：
图4-13 荷载位移曲线
重复上述步骤做出表1中剩余长细比的荷载位移曲线，并在同一坐标下做出对比，结果如图4-14：
图4-14 各个长细比荷载位移曲线
5.不同长细比下稳定性系数与规范值对比
模型考虑了材料非线性和几何非线性，对热轧H型钢截面压杆进行稳定承载力分析，对不同长细比下的稳定性系数与规范值进行对比，得到结果如下：
模型的出的模拟值与规范值偏差较大，特别是在长细比小于50时，得不到理想的屈曲模态。
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