屈曲問題有限元模擬的隨機缺陷法
發(fā)布時間：2021-09-01 11:06
鑒于目前文獻中流行的分支點屈曲問題有限元模擬方法的局限性,提出了對理想構件引入初始隨機缺陷,把特征值屈曲問題轉化為幾何非線性靜力變形計算問題進行模擬求解的方法.通過對壓桿穩(wěn)定和彈性地基上梁的屈曲問題的模擬,表明初始隨機缺陷法不僅可以計算低階屈曲模態(tài),而且同樣可以得到模型高階屈曲時的計算結果.在此基礎上,指出了有些文獻中所使用的影響因子引入缺陷法對非線性問題計算的局限性,并且通過對橫向纖維作用下穿透型矩形脫層屈曲問題的計算,分析了初始隨機缺陷法對非線性屈曲問題求解的適用性.同時,給出了使用初始隨機缺陷法的幾種思路和參數(shù)選取的建議.
【文章來源】：上海交通大學學報. 2019,53(01)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【圖文】：
圖１兩端鉸支細長桿Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｓｌｅｎｄｅｒｂｅａｍ
第１期閆棣，等：屈曲問題有限元模擬的隨機缺陷法２１充分模擬實際構件中缺陷發(fā)生的隨機性．缺陷可以是構件的幾何缺陷，也可以是力學初始缺陷，引入這些小缺陷的目的就是觸發(fā)構件屈曲．缺陷大小和隨機性是計算結果精度的主要影響因素．１．２有限元實現(xiàn)方法的探討本文算例中采用隨機選取模型網格節(jié)點進行初始偏移的方法隨機地添加缺陷，根據計算結果可以得知偏移的大小取梁截面徑向尺寸的千分之一或更小為宜．這是一種簡單方便的幾何缺陷引入方法．除此之外，本文也嘗試通過程序隨機選取結構中某一微小單元并賦予較小的模量來模擬材料的空心幾何缺陷．力學缺陷上，可以使用虛擬的觸發(fā)載荷來啟動不穩(wěn)定性，也可以通過不均勻的溫度場致使屈曲的發(fā)生．在保證隨機性的前提下，引入初始缺陷的方法有很多，其根本的目的是為了觸發(fā)屈曲．初始缺陷越小，有限元模型越接近理想模型，計算結果與理論結果也越接近，但此時為觸發(fā)屈曲，模型的計算量也會相應增加．所以有限元計算中觸發(fā)屈曲時，初始缺陷的大孝模型的計算量以及計算結果的精度需要有一個平衡的過程．２兩端鉸支細長桿多階屈曲模擬設有長ｌ＝１００ｃｍ，截面面積Ａ＝４ｃｍ２，慣性矩Ｉｘ＝Ｉｙ＝１．３３ｃｍ４的兩端鉸支細長桿件，長細比λ＝１７３．２，如圖２所示．材料的彈性模量Ｅ＝２００ＧＰａ．圖２兩端鉸支壓桿Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂａｒ使用通用有限元軟件進行建模，采用梁單元進行模擬，并將梁沿軸向劃分為１００個單元．通過線性屈曲方法得到前５階屈曲模態(tài)及臨界載荷，結果以第１階和第２階模態(tài)為例，如圖３
第１期閆棣，等：屈曲問題有限元模擬的隨機缺陷法２１充分模擬實際構件中缺陷發(fā)生的隨機性．缺陷可以是構件的幾何缺陷，也可以是力學初始缺陷，引入這些小缺陷的目的就是觸發(fā)構件屈曲．缺陷大小和隨機性是計算結果精度的主要影響因素．１．２有限元實現(xiàn)方法的探討本文算例中采用隨機選取模型網格節(jié)點進行初始偏移的方法隨機地添加缺陷，根據計算結果可以得知偏移的大小取梁截面徑向尺寸的千分之一或更小為宜．這是一種簡單方便的幾何缺陷引入方法．除此之外，本文也嘗試通過程序隨機選取結構中某一微小單元并賦予較小的模量來模擬材料的空心幾何缺陷．力學缺陷上，可以使用虛擬的觸發(fā)載荷來啟動不穩(wěn)定性，也可以通過不均勻的溫度場致使屈曲的發(fā)生．在保證隨機性的前提下，引入初始缺陷的方法有很多，其根本的目的是為了觸發(fā)屈曲．初始缺陷越小，有限元模型越接近理想模型，計算結果與理論結果也越接近，但此時為觸發(fā)屈曲，模型的計算量也會相應增加．所以有限元計算中觸發(fā)屈曲時，初始缺陷的大孝模型的計算量以及計算結果的精度需要有一個平衡的過程．２兩端鉸支細長桿多階屈曲模擬設有長ｌ＝１００ｃｍ，截面面積Ａ＝４ｃｍ２，慣性矩Ｉｘ＝Ｉｙ＝１．３３ｃｍ４的兩端鉸支細長桿件，長細比λ＝１７３．２，如圖２所示．材料的彈性模量Ｅ＝２００ＧＰａ．圖２兩端鉸支壓桿Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂａｒ使用通用有限元軟件進行建模，采用梁單元進行模擬，并將梁沿軸向劃分為１００個單元．通過線性屈曲方法得到前５階屈曲模態(tài)及臨界載荷，結果以第１階和第２階模態(tài)為例，如圖３
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Q460高強度鋼焊接工字形截面壓彎構件局部和整體彎扭相關屈曲有限元分析[J]. 申紅俠,趙克祥. 建筑鋼結構進展. 2015(04)
[2]二維編織復合材料圓柱曲板屈曲性能試驗與有限元分析[J]. 張勁松,余音,汪海. 復合材料學報. 2015(03)
[3]橫向纖維搭橋下的脫層屈曲數(shù)值模擬[J]. 張振興,肖剛,李四平. 上海交通大學學報. 2010(01)
[4]復合材料雙曲率殼屈曲和后屈曲的非線性有限元研究[J]. 陳偉,許希武. 復合材料學報. 2008(02)
[5]防屈曲支撐理論分析與有限元模擬[J]. 王華琪,丁潔民,姚興華. 沈陽建筑大學學報(自然科學版). 2008(02)
[6]應用有限元程序ANSYS/LS-DYNA進行結構的屈曲模擬[J]. 唐柱才,馬源,徐新生. 化工裝備技術. 2004(03)
本文編號：3376868
【文章來源】：上海交通大學學報. 2019,53(01)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【圖文】：
圖１兩端鉸支細長桿Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｓｌｅｎｄｅｒｂｅａｍ
第１期閆棣，等：屈曲問題有限元模擬的隨機缺陷法２１充分模擬實際構件中缺陷發(fā)生的隨機性．缺陷可以是構件的幾何缺陷，也可以是力學初始缺陷，引入這些小缺陷的目的就是觸發(fā)構件屈曲．缺陷大小和隨機性是計算結果精度的主要影響因素．１．２有限元實現(xiàn)方法的探討本文算例中采用隨機選取模型網格節(jié)點進行初始偏移的方法隨機地添加缺陷，根據計算結果可以得知偏移的大小取梁截面徑向尺寸的千分之一或更小為宜．這是一種簡單方便的幾何缺陷引入方法．除此之外，本文也嘗試通過程序隨機選取結構中某一微小單元并賦予較小的模量來模擬材料的空心幾何缺陷．力學缺陷上，可以使用虛擬的觸發(fā)載荷來啟動不穩(wěn)定性，也可以通過不均勻的溫度場致使屈曲的發(fā)生．在保證隨機性的前提下，引入初始缺陷的方法有很多，其根本的目的是為了觸發(fā)屈曲．初始缺陷越小，有限元模型越接近理想模型，計算結果與理論結果也越接近，但此時為觸發(fā)屈曲，模型的計算量也會相應增加．所以有限元計算中觸發(fā)屈曲時，初始缺陷的大孝模型的計算量以及計算結果的精度需要有一個平衡的過程．２兩端鉸支細長桿多階屈曲模擬設有長ｌ＝１００ｃｍ，截面面積Ａ＝４ｃｍ２，慣性矩Ｉｘ＝Ｉｙ＝１．３３ｃｍ４的兩端鉸支細長桿件，長細比λ＝１７３．２，如圖２所示．材料的彈性模量Ｅ＝２００ＧＰａ．圖２兩端鉸支壓桿Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂａｒ使用通用有限元軟件進行建模，采用梁單元進行模擬，并將梁沿軸向劃分為１００個單元．通過線性屈曲方法得到前５階屈曲模態(tài)及臨界載荷，結果以第１階和第２階模態(tài)為例，如圖３
第１期閆棣，等：屈曲問題有限元模擬的隨機缺陷法２１充分模擬實際構件中缺陷發(fā)生的隨機性．缺陷可以是構件的幾何缺陷，也可以是力學初始缺陷，引入這些小缺陷的目的就是觸發(fā)構件屈曲．缺陷大小和隨機性是計算結果精度的主要影響因素．１．２有限元實現(xiàn)方法的探討本文算例中采用隨機選取模型網格節(jié)點進行初始偏移的方法隨機地添加缺陷，根據計算結果可以得知偏移的大小取梁截面徑向尺寸的千分之一或更小為宜．這是一種簡單方便的幾何缺陷引入方法．除此之外，本文也嘗試通過程序隨機選取結構中某一微小單元并賦予較小的模量來模擬材料的空心幾何缺陷．力學缺陷上，可以使用虛擬的觸發(fā)載荷來啟動不穩(wěn)定性，也可以通過不均勻的溫度場致使屈曲的發(fā)生．在保證隨機性的前提下，引入初始缺陷的方法有很多，其根本的目的是為了觸發(fā)屈曲．初始缺陷越小，有限元模型越接近理想模型，計算結果與理論結果也越接近，但此時為觸發(fā)屈曲，模型的計算量也會相應增加．所以有限元計算中觸發(fā)屈曲時，初始缺陷的大孝模型的計算量以及計算結果的精度需要有一個平衡的過程．２兩端鉸支細長桿多階屈曲模擬設有長ｌ＝１００ｃｍ，截面面積Ａ＝４ｃｍ２，慣性矩Ｉｘ＝Ｉｙ＝１．３３ｃｍ４的兩端鉸支細長桿件，長細比λ＝１７３．２，如圖２所示．材料的彈性模量Ｅ＝２００ＧＰａ．圖２兩端鉸支壓桿Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂａｒ使用通用有限元軟件進行建模，采用梁單元進行模擬，并將梁沿軸向劃分為１００個單元．通過線性屈曲方法得到前５階屈曲模態(tài)及臨界載荷，結果以第１階和第２階模態(tài)為例，如圖３
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Q460高強度鋼焊接工字形截面壓彎構件局部和整體彎扭相關屈曲有限元分析[J]. 申紅俠,趙克祥. 建筑鋼結構進展. 2015(04)
[2]二維編織復合材料圓柱曲板屈曲性能試驗與有限元分析[J]. 張勁松,余音,汪海. 復合材料學報. 2015(03)
[3]橫向纖維搭橋下的脫層屈曲數(shù)值模擬[J]. 張振興,肖剛,李四平. 上海交通大學學報. 2010(01)
[4]復合材料雙曲率殼屈曲和后屈曲的非線性有限元研究[J]. 陳偉,許希武. 復合材料學報. 2008(02)
[5]防屈曲支撐理論分析與有限元模擬[J]. 王華琪,丁潔民,姚興華. 沈陽建筑大學學報(自然科學版). 2008(02)
[6]應用有限元程序ANSYS/LS-DYNA進行結構的屈曲模擬[J]. 唐柱才,馬源,徐新生. 化工裝備技術. 2004(03)
本文編號：3376868
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