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[屈曲] 弹性圆柱壳在压缩载荷作用下的后屈曲行为分析

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发表于 2016-3-10 11:02:41 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 陕西西安
本帖最后由 anning003 于 2019-6-21 04:11 编辑

最近读了一篇技术性的文章,讲的是如何基于abaqus进行弹性圆柱壳的屈曲和后屈曲分析,而且将abaqus的计算结果与理论解和经典实验进行对比。

文章中介绍了一些abaqus计算的细节,包括对Riks/Static stablization/Explicit的探讨

我按照作者的思路把过程重现了一下,主要是学习了后屈曲分析的基本方法。

先放一张后屈曲分析的对比结果:

图中的黑色圆圈是经典文献中的实验结果, 蓝线和红线是abaqus static,general 采用stablization,设置合理地damping factor 的计算结果。

后屈曲分析是将屈曲分析得到的模态乘以一个比例因子引入到模型中作为网格缺陷进行分析的结果。

对圆柱壳结构来讲,屈曲模态有两个比较重要的参数,一个是轴向的半波数m,另一个是环向的整波数n。如下:

从实验的文献中了解到,对结构后屈曲分析过程影响比较大的是环向的整波数n,因此引入的缺陷为n=1,2,3,4...18的屈曲模态,

分别对应的是屈曲分析得到的第2阶、第7阶、第11阶、。。。比较多,详细的模态总结在excel表格中

圆柱壳结构的后屈曲变形和承载能力的变化对初始缺陷的大小非常敏感,从第一张图中可以看到,引入缺陷为厚度的0.001时(蓝线),

第一次屈曲载荷比较接近理论值,引入缺陷为厚度的0.01时(红线),结构的最大承载能力降低很多,与实验值接近(因为实验模型不可避免会有缺陷)

后屈曲分析视频结果:gif文件太大

http://v.youku.com/v_show/id_XMTQ5NTQ1NzAxNg==.html

可以看到后屈曲的发生过程伴随着圆柱壳模态的变化和承载能力的变化,一般规律是圆柱壳环向整波数递减,每变化一次伴随一次承载能力的突降,

这个过程成为snap-buckling或mode jumping.

Reference: Kobayashi T, Mihara Y, Fujii F. Path-tracing analysis for post-buckling process of elastic cylindrical shells under axial compression[J]. Thin-Walled Structures, 2012, 61(6):180-187.

具体的模型尺寸及材料属性、分析设置直接下载abaqus文件看吧。




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发表于 2016-3-11 11:10:57 | 显示全部楼层 来自 浙江杭州
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楼主你好,
使用弧长法计算轴向受压圆柱壳的屈曲问题,用位移增量控制,两端设置两个RP,分别和两个端面运动耦合,方便输出位移载荷曲线。但每次算到极值后,RIKS的增量就变负值了,开始卸载。。。增量设置是初始0.001,min1E-50,max0.001。后面尝试了一下固定增量,结果还是会这样。请问这个增量应该如何控制为正值啊

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 楼主| 发表于 2016-3-11 23:12:05 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
你好,1. Riks方法对于局部屈曲问题并不非常适用。abaqus提供的Riks算法比较适用于整体结构的stable和unstable的变形路径计算,但是对于这个弹性圆柱壳的受压问题,因为存在比较显著的局部屈曲(local buckling),并且实验中真实的后屈曲过程出现了比较复杂的mode jumping现象,也就是说开始可能后屈曲的变形模态为环向整波数n=12,随着变形的发生,变形模态发生跳跃,依次发生n=11, n=10, n=9的模态,每次模态的 跳跃都对应着一次结构整体承载能力的下降。这样的过程abaqus推荐的算法是static,general引入artifical damping factor ,或者直接采用更强健的explicit算法。一个比较经典的实验结果如下:


2. 如果采用Riks方法分析时,遇到了你提到的问题(即计算到达极值点limit point,开始卸载),一个推荐的方法是修改【收敛准则】,这个在abaqus的文档中有,实现方法就是在分析步定义后,下一行输入:
*Step, name=Step-1, nlgeom=YES, inc=1000
*Static, riks
0.001, 1., 1e-05, 0.05 , 1.,
*controls,parameter=field,field=global    ******修改收敛准则
1.e-5,

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发表于 2016-3-12 12:48:06 | 显示全部楼层 来自 湖北武汉
学习一下,谢谢楼主!
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发表于 2016-3-29 10:03:06 | 显示全部楼层 来自 湖北武汉
anning003 发表于 2016-3-11 23:12
你好,1. Riks方法对于局部屈曲问题并不非常适用。abaqus提供的Riks算法比较适用于整体结构的stable和unsta ...

楼主你好。看了你的帖子,非常受益。有个小问题想请教一下。
我最近在做刚性约束条件下的钢管道在外压作用下的存在初始缺陷的局部屈曲。用riks分析时,始终无法掠过极值点,得到的荷载位移曲线,荷载确实能达到与理论较相符的最大值,但是到这个值之后,要么是“回漂”,即荷载位移曲线按原路径返回,要么就是直接不收敛,在极值点就停住了。我修改了网格,接触,调整参数,总还是会出现这样的问题。
我想采用static general或者explicit做,但是此时我要求得的荷载时围压,不像轴压那样可以采取位移控制,感觉不太好做,请问楼主有什么建议么。多谢多谢。
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发表于 2016-4-5 22:56:49 | 显示全部楼层 来自 山东威海
楼主,您好。
我最近在做平板的非线性屈曲。只不过我这里不是用位移控制的,是用力进行加载的。主要是力加载可以对矩形板的四个边采用两组不同的力。

但是问题就出现在这里,用力加载不论我怎么设置,static riks也不能计算到下降段,能请教一下怎么用力加载算到下降段。
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发表于 2016-8-18 20:24:00 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
能量扰动系数什么意思啊,应该怎么取呢?默认的又是什么意思
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发表于 2016-12-11 20:25:44 | 显示全部楼层 来自 福建泉州
能量扰动系数什么意思啊,应该怎么取呢?默认的又是什么意思
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发表于 2017-3-14 17:10:42 | 显示全部楼层 来自 大连理工大学
好东西 支持一下
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发表于 2019-11-22 14:13:35 | 显示全部楼层 来自 浙江杭州
好东西 支持一下
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发表于 2019-11-23 15:58:31 | 显示全部楼层 来自 湖北武汉
好东西 支持一下
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发表于 2020-3-4 09:32:20 | 显示全部楼层 来自 浙江宁波
好东西,支持一下
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发表于 2020-9-2 20:05:02 | 显示全部楼层 来自 香港
您好,我下载了您的代码并运行了一下,但是并没有出现您视频里的效果啊,为什么您的postbuckling用的是static general而不是riks呢?
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发表于 2021-4-30 08:14:54 | 显示全部楼层 来自 北京
目前正在做钢圆筒的屈曲分析,非常收益!
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发表于 2021-5-12 21:55:11 | 显示全部楼层 来自 湖北荆州
有帮助,值得学习
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发表于 2021-6-15 14:55:26 | 显示全部楼层 来自 上海
感谢楼主的、分享
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