屈曲分析是怎么回事-非线性屈曲分析(二)-薄板及罐体

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。

图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

      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