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屈曲分析是怎么回事-非线性屈曲分析(二)-薄板及罐体

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薄板及罐体非线性屈曲分析

   

   



     今天的内容主要是针对薄板结构抗凹分析(薄板结构的非线性屈曲分析)及易拉罐的屈曲分分析。

图1.薄板及罐体屈曲实例

01薄板结构非线性屈曲分析    

 

1.薄板结构非线性屈曲分析

     在生活中,用力压薄板结构时,结构会突然的凹陷:比如用力压车辆的前机盖、车门时,会出现凹进去的现象。而发生凹陷的过程就是薄板结构的屈曲变形,第一个例子就是基于以下结构进行非线性屈曲分析:

图2.薄板结构特征

   上图中,薄板的厚度为1mm,水平方向跨度为91mm,竖直方向高度为10mm,宽度为20mm,网格大小设为1mm,并采用壳单元模拟。非线性屈曲分析采用弧长法分析,其他步骤与上文:屈曲分析是怎么回事-非线性屈曲分析(一)一致。

1.1薄板线性屈曲分析-材料设置

      薄板材料采用Q235材料,在设置时分别添加弹性材料和弹塑性材料(后面进行分析对比),具体如图3,然后建立shell截面属性并赋予,见图4,由于是线性屈曲分析,所以赋予弹性材料或弹塑性材料结果都一致。

3.材料设置

图4.截面属性赋予

1.2薄板线性屈曲分析-载荷步设置

       新建线性摄动-屈曲载荷步,并关注前3阶模态:

图5.载荷步设置

1.3薄板线性屈曲分析-边界设置

      首先在结构的两端建立节点集,以便于约束的建立,然后在initial载荷步对薄板两端建立固定约束:

图6.节点集及固定约束建立

      然后基于薄板中心节点的节点集建立竖直向下的单位载荷:

图7.单位载荷的建立

1.4薄板线性屈曲分析-输出文件设置

        如前文一样,设置关键字,输出结构前三阶模态节点位移

图7.输出文件设置

最后提交计算得到临界载荷:

图8.薄板结构线性屈曲结果

      从上图可以看到最小的临界载荷为:1572.9N

1.5薄板非线性屈曲分析-线性材料

       复 制一份上面的线性屈曲分析模型并重命名,首先将结构的材料设置为线性材料:

然后将载荷设置为临界载荷:

图9.薄板非线性屈曲-线性材料设置

    将载荷步替换为弧长法计算,开启大变形,然后设置y方向的最大变形20mm(结构高10mm,薄板凹陷翻转时整个变形大约20mm)时终止计算,并且初始计算步增量设置为0.01,最大增量设置为0.05。

图10.薄板非线性屈曲-分析步设置

     然后添加缺陷因子:

图11.薄板非线性屈曲-缺陷因子设置

提交计算后,结果如下:

图11.薄板非线性屈曲-线性材料变形过程

图12.薄板非线性屈曲-线性材料载荷系数变化

1.6薄板非线性屈曲分析-非线性材料

        将材料改为弹塑性材料重新计算,结果如下:

图13.薄板非线性屈曲-非线性材料变形过程

图14.薄板非线性屈曲-非线性材料载荷系数变化

      从图12、14可以看出,线性材料及非线性材料的临界载荷系数都小于1,非线性材料更小,由于线性屈曲分析的特征值都是基于小变形结果,所以实际结构的屈曲临界载荷有可能远小于计算得出的临界载荷。

02    
薄板结构非线性屈曲分析    

 

      然后再举一个易拉罐结构屈曲的仿真例子,易拉罐的高度为120mm,口径为60mm,网格尺寸为1mm,采用壳单元,单元厚度为1mm,弹塑性材料与上文的薄板一致,具体设置不再赘述。

图15.易拉罐的结构及网格划分

2.1易拉罐线性屈曲分析边界设置

      首先在易拉罐上面中心建立一个参考点,然后参考点与上端建立耦合约束,后面的单位载荷及临界载荷都加到参考点上,然后在易拉罐的下底面建立固定约束。

图15.易拉罐屈曲分析边界设置

然后提交线性屈曲分析计算,得到以下结果:

       从下图可以看出易拉罐的最小临界载荷为7.6e5N,这是线性分析的结果,从结果上看,针对易拉罐来说这个临界载荷很大。

图16.易拉罐最小临界载荷因子

图17.易拉罐前6阶模态

2.1易拉罐非线性屈曲分析

      与上文一样,将6阶的缺陷参数加入到关键字中,采用弧长法进行非线性屈曲分析计算,并且在加载时,所加载荷远小于临界载荷值,计算结果如下:

图18.易拉罐屈曲变形

图19.载荷系数变化

      通过两个例子来看,简单的线性屈曲分析所得到的临界载荷都偏大些,没有考虑到材料非线性以及几何非线性,而实际结构的屈曲载荷要小很多。同时还需要知道对于屈曲分析来说,准确的约束边界条件也是重要的影响因素,不同的边界条件下屈曲变形情况、临界载荷等都有较大区别。


   

END





来源:ADAMS及ANSYS等机械仿真
非线性材料
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首次发布时间:2024-08-25
最近编辑:2月前
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