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Abaqus有限元仿真分析中非线性屈曲分析的奥秘 果断收藏!

2017-08-28 16:32阅读:
Abaqus是一套功能强大的工程模拟有限元软件,其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。作为通用的模拟工具,Abaqus除了能解决大量结构问题,还可以模拟其他工程领域的许多问题,例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析及压电介质分析。

今天,有限元科技小编跟大家分享的是Abaqus有限元仿真分析中非线性屈曲分析的方法。
Abaqus非线性屈曲分析的方法有riks法,generalstatics法(加阻尼),及动力法。采用riks算法实现时,可以考虑材料非线性、几何非线性已及初始缺陷的影响。


利用Abaqus进行屈曲分析,一般有两步,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,即上面提到过的模态,目的是得出临界荷载。其次,就是后屈曲分析,此步一般定义为非线性,原因在于是在大变形情况进行的,一般采用位移控制加修正的弧长法,可以定义材料非线性,以及几何非线性,加上初始缺陷,所以也称为非线性屈曲分析。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。缺陷较小的结构初始位移变形较小,在极值点突变,而初始缺陷较大的结构,载荷位移曲线较平滑。
本文将对Abaqus中的riks法屈曲分析进行介绍:
1、几何缺陷引入
在进行后屈曲分析时,需要进行几何缺陷的引入,引入缺陷的方法分为三种:叠加屈曲模态法、静力分析位移法、直接定义缺陷法。本文将介绍叠加屈曲模态法(BUCKLE法)。
载荷及约束
如下图所示,模型一端全约束,一端在壳边界施加1N/MM的单位载荷。


Abaqus非线性屈曲分析的奥秘



分析步设定
设置Buckle分析步,采用Subspace法提取前4阶特征值。


Abaqus非线性屈曲分析的奥秘


编辑关键字:输出屈曲形状
非线性屈曲分析时,需要用Buckle求解的屈曲形状作为初始缺陷参考,所以需要在此分析步定义输出屈曲变形位移输出,需要通过关键字的形式进行定义。
在www.featech.com.cn*Output,field,variable=preselect后添加
*nodefile,global=yes,lastmode=1
u
线性屈曲结果
如下图所示为1~4阶的屈曲形状及特征值,特征值分别为6.5510、8.4772、10.757、10.912,则一阶临界载荷为6.5510N/MM。


Abaqus非线性屈曲分析的奥秘

Abaqus非线性屈曲分析的奥秘



2、risk法非线性屈曲分析
分析步设定
在线性屈曲分析cae模型的基础上,删除Buckle分析步,选择”General:Static,Riks”www.featech.com.cn分析步,在Basic选项卡中打开几何非线性,设置停止条件中最大载荷比例系数为15,即边载荷超过15*1=15N/MM即停止求解,在Incrementation选项卡中设置、初始弧长增量0.1,最大弧长增量0.5,其余默认。


Abaqus非线性屈曲分析的奥秘


编辑关键字:引入几何缺陷
删除上文线性屈曲分析所添加的*Nodefile关键字,在*Step关键字前插入
*imperfection,file=buckle,step=1
1,5e-3
即引入第一阶屈曲形状的0.005倍作为初始几何缺陷。
结果查看
应用Results—HistoryOutput,选择“LPFforWholeModel”绘制LPF-Arclength曲线,由图可知,其一阶临界边载荷约为6.14*1N/MM,小于线性屈曲分析结果6.5510N/MM。


Abaqus非线性屈曲分析的奥秘


Riks分析有如下限制使用情况:
Riks分析步不能紧接相同的分析步,后续分析步使用重启动技术。
如果Riks分析造成塑性变形,结构载荷在递减时,重启动另一个Riks分析步,Abaqus/Standard将提供弹性的加载解。因此,如果存在塑性变形,重启动应从载荷递增处开始。
对于涉及有接触失效的后屈曲求解,Riks方法通常不再适用,必须引入惯性和粘滞阻尼力(如阻尼器)到动态或静态分析以使求解稳定。





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