为什么要进行结构屈曲分析?在实际工程问题中,细长压杆、薄壁圆筒、真空容器等细长或薄壁件,一般承受较大的压缩载荷,可能会突然发生曲屈而失去承载能力。
如上图所示的细长压杆,虽然负载基本没有变化,但是任意方向的微小载荷、很小动荡都会使结构有很大改变,出现不稳定现象。因此,需要对该类结构进行曲屈分析,以保证其具有稳定的承载能力。
(1) 屈曲:当载荷达到某一临界值时,结构将突然跳到另一个随遇的平衡状态,称之为屈曲。临界点之前称为前屈曲,临界点之后称为后屈曲。
(5) 极值点失稳:第二类失稳。结构存在初始缺陷,不再表现为分岔失稳,往往出现变形跳跃,结构的平衡是不稳定的。基于大变形理论。
曲屈是结构失稳的一种现象,结构稳定性主要采用屈曲分析。曲屈分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性,以及确定结构失稳的临界载荷,分为线性屈曲分析和非线性屈曲分析。
线性屈曲分析以特征值为对象,以小位移、小应变的线弹性理论为基础,预测理想线弹性结构的理论曲屈强度,可以得到屈曲载荷和屈曲模态,又称为特征值分析或线弹性失稳分析。
ANSYS Workbench线性曲屈分析项目流程图
线性屈曲分析是线性分析,因此不引入非线性因素,如非弹性本构、大变形、大偏转等。线性屈曲分析是静态分析,需要约束所有自由度,不得有刚体 位移。
真空容器线性曲屈
线性屈曲分析忽略了微观缺陷、宏观裂纹以及非线性行为,产生不保守的结果,预测值偏高,计算误差较大。但是,求解速度快,计算省时,效率高,可以提供屈曲失效的上限值。
3.2 非线性屈曲分析
非线性屈曲分析包括几何非线性失稳分析、弹塑性失稳分析(材料非线性失稳分析)、非线性后屈曲分析(几何非线性和材料非线性)。比较接近实际情况,计算结果更加准确,而且可以进行后屈曲分析。
特征值屈曲分析属于线性分析,它对结构临界失稳载荷的预测往往要高于结构实际的临界失稳载荷,因此在实际的工程结构分析时一般不用特征值屈曲分析。但是,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。