基于ABAQUS的钢管轴心受压非线性屈曲分析.pdf

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 × 1011 N ,μ= 0.3 , f = 2.35 × m2 y 1 108 N ，ρ= 7800 kg ，钢管半径：60mm ，厚度：3mm，长度：2.5m。 m2 m3 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 2 （2 ）创建材料特性及截面属性并将其赋予单元。 材料定义为弹塑性，弹性模量E = 2.0 × 1011 N ，泊松比0.3 ， m2 屈服强度2.35 × 108 N ，ρ= 7800 kg ，材料定义如下图3-2 所示。 m2 m3 图3-2 钢管截面属性定义为薄壁壳单元，厚度 0.003 ，并设置积分点数 为3 个，便于计算收敛，如下图3-3 所示。 图3-3 3 （3 ）定义装配件 在Assembly 装配中创建一个instance ，并将其定义为Dependent 。 如下图3-4 所示。 图3-4 （4 ）设置分析步 定义类型为liner perturbation ，buckle ，并设置分析步名为gang guan ，此分析步名会在后面Riks 分析中引入初始缺陷时用到。并设 置求取的特征值为5 个，其它参数不变，如下图3-5 所示。 图3-5