《基于abaqus的工字钢柱的稳定性非线性分析报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于abaqus的工字钢柱的稳定性非线性分析报告（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录 摘要 3 关键词 3 一 计算方法和模型简介及分析过程 4 1 1 计算方法 4 1 2 模型简介 4 1 3 分析过程 6 1 3 1 特征值屈曲分析 6 1 3 2 非线性屈曲分析 11 二 计算结果分析 14 2 1 荷载 位移曲线 14 2 2 稳定系数比较 15 参考文献 17 摘要摘要 本文是基于 Abaqus 采用梁单元 对热轧工字钢在轴心受压情况下发生弯 曲失稳的非线性屈曲分析 通过考虑材料非线性 几何非线性并引入初弯曲这一几 何初始缺陷 得出构件发生弯曲失稳的极限荷载 通过保持柱子的截面不变 只改 变长度 进而实现得到不同长细比的弯曲失稳的临界荷载 并得到相应的荷载位移
2、 曲线以及稳定系数 最后与规给出的稳定系数做比较验证分析的正确性 关键词关键词 特征值屈曲分析 弯曲失稳 非线性屈曲分析 稳定系数 1 1 计算方法和模型简介及分析过程计算方法和模型简介及分析过程 1 11 1 计算方法计算方法 利用 abaqus 进行屈曲分析 一般分为两步 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 是用于预测一个理想弹性结构的理论屈曲荷载 并在 inp 文件里做一定的修改 此修改是在下一步后屈曲分析所需要的初始缺陷的节点输 出为 fil 文件 作为下一步后屈曲分析所需要的初始缺陷的数据 其次 就是非线性屈曲 分析 此步一般定义为非线性 原因在于是
3、在大变形情况进行的 一般采用位移控制加修 正的弧长法 riks 法 可以定义材料非线性 几何非线性 以及加上初始缺陷 此步分 析 为了得到极限值 需要得出荷载位移曲线的下降段 除了采用位移控制以及弧长法设 定外 需在所得到的 inp 文件中 嵌入第一步分析中的 fil 节点数据 1 21 2 模型简介模型简介 本文利用 abaqus 有限元分析软件时 采用了梁单元 所选取的是热轧工字型截面 截面参数见图一 单位 m 图一 热轧工字钢截面参数 又 其中的材料本构关系采用双线性塑性材料模型 所选材料为 Q345 钢材 故弹性模量为 2 1e11Pa 屈服强度取 3 45e8Pa 泊松比取 0 3
4、本文一共做了 15 个模型的分析 其中每一个模型的截面参数保持不变 通过改变杆件的计 算长度进而实现不同的长细比分析 各模型的截面惯性矩及长细比等详见表 1 2 模型计算 参数详表 表 1 2 模型计算参数详表 编号 计算长度 l m 截面面积 A 2 m y I 4 m y i 2 m 12 0 0 005680 00001334 0 04846643 41 27 22 5 0 005680 00001334 0 04846643 51 58 33 0 0 005680 00001334 0 04846643 61 90 43 5 0 005680 00001334 0 04846643 7
5、2 21 54 0 0 005680 00001334 0 04846643 82 53 64 5 0 005680 00001334 0 04846643 92 85 75 0 0 005680 00001334 0 04846643 103 16 85 5 0 005680 00001334 0 04846643 113 48 96 0 0 005680 00001334 0 04846643 123 8 106 5 0 005680 00001334 0 04846643 134 11 117 0 0 005680 00001334 0 04846643 144 43 127 5 0 0
6、05680 00001334 0 04846643 154 75 138 0 0 005680 00001334 0 04846643 165 06 148 5 0 005680 00001334 0 04846643 175 38 159 0 0 005680 00001334 0 04846643 185 70 注 由于弯曲失稳是沿着弱轴方向失稳 故在此只列出弱轴方向的相关计算参数 并不在另外列出强轴方 向的相关计算参数 1 31 3 分析过程分析过程 以长细比为 51 58 的为例 1 3 1 特征值屈曲分析 第一步 在 Part 模块定义梁单元 第二步 在 Part 模块定义构件长度
7、2 5m 分别输入 0 1 25 0 1 25 第三步 在 Property 模块定义截面属性 第四步 在 Property 模块定义截面方向 点击菜单栏的并选择 Beam Section Orientation 后输入 1 0 0 0 0 0 第五步 在 Assembly 模块组装模型 第六步 在 Step 模块定义 buckle 分析步 第七步 在 Load 模块定义模型的边界条件 定义轴向力 定义约束条件 第八步 在 Mesh 模块定义网格划分 第九步 在任意模块修改 INP 文件 修改语句如下 第十步 在 Job 模块提交并计算完成 buckle 分析 1 3 2 非线性屈曲分析 第一
8、步 拷贝前一步即特征值屈曲分析所用的模型 第二步 在 Step 模块定义 Riks 分析步 第三步 引入初始缺陷 在第二个模型的任意模块 点击菜单栏中的 model 再点击其下拉栏中的 Edit Keywords 修改 INP 文件 修改容如下 其含义即为引入 buckle 分析步中的一阶模态的 1 二阶模态的 1 作为非线性屈曲分析中 模型的初弯曲 第四步 在 Job 模块提交并计算完成 Riks 分析 第五步 在 Visualization 模块中进行后处理 画出荷载 位移曲线如下 提取数据至 Excel 进行进一步处理 2 2 计算结果分析计算结果分析 2 1 荷载 位移曲线 编号123
9、45678910 长细比 41 27 51 5861 9072 2182 5392 85103 16113 48123 8134 11 编号11121314151617181920 长细比 144 43154 75165 06175 38185 70 从以上三个荷载位移曲线可知 长细比越小 弯曲失稳的极限荷载越大 达到了弯曲失稳 的极限荷载以后 荷载位移曲线均呈现下降段 2 2 稳定系数比较 钢结构设计规 GB50017 2003 表 5 1 2 1 知本文所用模型截面分类属于 b 类 钢结构设计规 GB50017 2003 中附录 C 轴心受压构件的稳定系数的计算公式 当时 215 0 E
10、f y n 2 1 1 n 当时 2 2150 n 2 2 2 32 2 32 2 4 2 1 nnnnn n 2 其中 上述计算公式 2 2 中的系数按表 2 2 查取 321 表 2 2 公式 2 2 的系数 321 截面类别 1 2 3 a 类0 410 9860 152 b 类0 650 9650 300 05 1 n 0 9060 595 c 类 05 1 n 0 73 1 2160 302 d 类05 1 n 1 350 8680 915 05 1 n 1 3750 432 由于规中的系数是考虑了残余应力 初始弯曲的 另本文的模型并不考虑残余 321 应力的影响 结合上述的稳定系数
11、计算公式 2 2 为了具有一定的可比性 在选取系数 时 取为 1 0 其余系数依旧按照表 2 2 选取 而本文中的模型的稳定系数按以下公式计 2 算 其中 是非线性分析的稳定极限荷载 A 为截面面积 为 Q345 钢材的 y u Af N u N y f 抗压强度标准值 取为 3 45e8N mm2 由本文的数据算得的稳定系数与规中的稳定系数的 详细比较见表 2 2 1 表 2 2 1 稳定系数的比较 编号长细比 失稳极限荷 载 N y u Af N 规中的稳定 系数 误差 141 2717512500 894 0 825 8 30 251 5814419800 736 0 765 3 76
12、361 913194000 673 0 694 2 99 472 2111891100 607 0 617 1 62 582 5310644600 543 0 539 0 78 692 859233600 471 0 467 0 99 7103 168103300 414 0 403 2 60 8113 487079530 361 0 349 3 55 9123 86214270 317 0 303 4 50 10134 115478900 280 0 266 5 28 11144 434837990 247 0 234 5 58 从表 2 2 1 可看出 除了第一个以外 由模型计算出来的稳定系数与规中的稳定系数的误差 在 1 到 5 之间浮动 属于可接受的围 由规中的稳定系数曲线与模型计算出来的稳定系 数曲线所做的比较可见下图 参考文献参考文献 1 夏志斌 谏 钢结构原理与设计 中国建筑工业 2 王玉镯 ABAQUS 结构工程分析及实例详解 中国建筑工业 3 石亦平 ABAQUS 有限元分析实例详解 机械工业 4 石亦平 ABAQUS 有限元分析常见问题解答 机械工业 5 庄茁 基于 ABAQUS 的有限元分析和应用 清华大学 6 钢结构设计规 GB 50017 2003
