屈曲问题有限元模拟的随机缺陷法
发布时间：2021-09-01 11:06
鉴于目前文献中流行的分支点屈曲问题有限元模拟方法的局限性,提出了对理想构件引入初始随机缺陷,把特征值屈曲问题转化为几何非线性静力变形计算问题进行模拟求解的方法.通过对压杆稳定和弹性地基上梁的屈曲问题的模拟,表明初始随机缺陷法不仅可以计算低阶屈曲模态,而且同样可以得到模型高阶屈曲时的计算结果.在此基础上,指出了有些文献中所使用的影响因子引入缺陷法对非线性问题计算的局限性,并且通过对横向纤维作用下穿透型矩形脱层屈曲问题的计算,分析了初始随机缺陷法对非线性屈曲问题求解的适用性.同时,给出了使用初始随机缺陷法的几种思路和参数选取的建议.
【文章来源】：上海交通大学学报. 2019,53(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【图文】：
图１两端铰支细长杆Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｓｌｅｎｄｅｒｂｅａｍ
第１期闫棣，等：屈曲问题有限元模拟的随机缺陷法２１充分模拟实际构件中缺陷发生的随机性．缺陷可以是构件的几何缺陷，也可以是力学初始缺陷，引入这些小缺陷的目的就是触发构件屈曲．缺陷大小和随机性是计算结果精度的主要影响因素．１．２有限元实现方法的探讨本文算例中采用随机选取模型网格节点进行初始偏移的方法随机地添加缺陷，根据计算结果可以得知偏移的大小取梁截面径向尺寸的千分之一或更小为宜．这是一种简单方便的几何缺陷引入方法．除此之外，本文也尝试通过程序随机选取结构中某一微小单元并赋予较小的模量来模拟材料的空心几何缺陷．力学缺陷上，可以使用虚拟的触发载荷来启动不稳定性，也可以通过不均匀的温度场致使屈曲的发生．在保证随机性的前提下，引入初始缺陷的方法有很多，其根本的目的是为了触发屈曲．初始缺陷越小，有限元模型越接近理想模型，计算结果与理论结果也越接近，但此时为触发屈曲，模型的计算量也会相应增加．所以有限元计算中触发屈曲时，初始缺陷的大孝模型的计算量以及计算结果的精度需要有一个平衡的过程．２两端铰支细长杆多阶屈曲模拟设有长ｌ＝１００ｃｍ，截面面积Ａ＝４ｃｍ２，惯性矩Ｉｘ＝Ｉｙ＝１．３３ｃｍ４的两端铰支细长杆件，长细比λ＝１７３．２，如图２所示．材料的弹性模量Ｅ＝２００ＧＰａ．图２两端铰支压杆Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂａｒ使用通用有限元软件进行建模，采用梁单元进行模拟，并将梁沿轴向划分为１００个单元．通过线性屈曲方法得到前５阶屈曲模态及临界载荷，结果以第１阶和第２阶模态为例，如图３
第１期闫棣，等：屈曲问题有限元模拟的随机缺陷法２１充分模拟实际构件中缺陷发生的随机性．缺陷可以是构件的几何缺陷，也可以是力学初始缺陷，引入这些小缺陷的目的就是触发构件屈曲．缺陷大小和随机性是计算结果精度的主要影响因素．１．２有限元实现方法的探讨本文算例中采用随机选取模型网格节点进行初始偏移的方法随机地添加缺陷，根据计算结果可以得知偏移的大小取梁截面径向尺寸的千分之一或更小为宜．这是一种简单方便的几何缺陷引入方法．除此之外，本文也尝试通过程序随机选取结构中某一微小单元并赋予较小的模量来模拟材料的空心几何缺陷．力学缺陷上，可以使用虚拟的触发载荷来启动不稳定性，也可以通过不均匀的温度场致使屈曲的发生．在保证随机性的前提下，引入初始缺陷的方法有很多，其根本的目的是为了触发屈曲．初始缺陷越小，有限元模型越接近理想模型，计算结果与理论结果也越接近，但此时为触发屈曲，模型的计算量也会相应增加．所以有限元计算中触发屈曲时，初始缺陷的大孝模型的计算量以及计算结果的精度需要有一个平衡的过程．２两端铰支细长杆多阶屈曲模拟设有长ｌ＝１００ｃｍ，截面面积Ａ＝４ｃｍ２，惯性矩Ｉｘ＝Ｉｙ＝１．３３ｃｍ４的两端铰支细长杆件，长细比λ＝１７３．２，如图２所示．材料的弹性模量Ｅ＝２００ＧＰａ．图２两端铰支压杆Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂａｒ使用通用有限元软件进行建模，采用梁单元进行模拟，并将梁沿轴向划分为１００个单元．通过线性屈曲方法得到前５阶屈曲模态及临界载荷，结果以第１阶和第２阶模态为例，如图３
【参考文献】：
期刊论文
[1]Q460高强度钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲有限元分析[J]. 申红侠,赵克祥. 建筑钢结构进展. 2015(04)
[2]二维编织复合材料圆柱曲板屈曲性能试验与有限元分析[J]. 张劲松,余音,汪海. 复合材料学报. 2015(03)
[3]横向纤维搭桥下的脱层屈曲数值模拟[J]. 张振兴,肖刚,李四平. 上海交通大学学报. 2010(01)
[4]复合材料双曲率壳屈曲和后屈曲的非线性有限元研究[J]. 陈伟,许希武. 复合材料学报. 2008(02)
[5]防屈曲支撑理论分析与有限元模拟[J]. 王华琪,丁洁民,姚兴华. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2008(02)
[6]应用有限元程序ANSYS/LS-DYNA进行结构的屈曲模拟[J]. 唐柱才,马源,徐新生. 化工装备技术. 2004(03)
本文编号：3376868
【文章来源】：上海交通大学学报. 2019,53(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【图文】：
图１两端铰支细长杆Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｓｌｅｎｄｅｒｂｅａｍ
第１期闫棣，等：屈曲问题有限元模拟的随机缺陷法２１充分模拟实际构件中缺陷发生的随机性．缺陷可以是构件的几何缺陷，也可以是力学初始缺陷，引入这些小缺陷的目的就是触发构件屈曲．缺陷大小和随机性是计算结果精度的主要影响因素．１．２有限元实现方法的探讨本文算例中采用随机选取模型网格节点进行初始偏移的方法随机地添加缺陷，根据计算结果可以得知偏移的大小取梁截面径向尺寸的千分之一或更小为宜．这是一种简单方便的几何缺陷引入方法．除此之外，本文也尝试通过程序随机选取结构中某一微小单元并赋予较小的模量来模拟材料的空心几何缺陷．力学缺陷上，可以使用虚拟的触发载荷来启动不稳定性，也可以通过不均匀的温度场致使屈曲的发生．在保证随机性的前提下，引入初始缺陷的方法有很多，其根本的目的是为了触发屈曲．初始缺陷越小，有限元模型越接近理想模型，计算结果与理论结果也越接近，但此时为触发屈曲，模型的计算量也会相应增加．所以有限元计算中触发屈曲时，初始缺陷的大孝模型的计算量以及计算结果的精度需要有一个平衡的过程．２两端铰支细长杆多阶屈曲模拟设有长ｌ＝１００ｃｍ，截面面积Ａ＝４ｃｍ２，惯性矩Ｉｘ＝Ｉｙ＝１．３３ｃｍ４的两端铰支细长杆件，长细比λ＝１７３．２，如图２所示．材料的弹性模量Ｅ＝２００ＧＰａ．图２两端铰支压杆Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂａｒ使用通用有限元软件进行建模，采用梁单元进行模拟，并将梁沿轴向划分为１００个单元．通过线性屈曲方法得到前５阶屈曲模态及临界载荷，结果以第１阶和第２阶模态为例，如图３
第１期闫棣，等：屈曲问题有限元模拟的随机缺陷法２１充分模拟实际构件中缺陷发生的随机性．缺陷可以是构件的几何缺陷，也可以是力学初始缺陷，引入这些小缺陷的目的就是触发构件屈曲．缺陷大小和随机性是计算结果精度的主要影响因素．１．２有限元实现方法的探讨本文算例中采用随机选取模型网格节点进行初始偏移的方法随机地添加缺陷，根据计算结果可以得知偏移的大小取梁截面径向尺寸的千分之一或更小为宜．这是一种简单方便的几何缺陷引入方法．除此之外，本文也尝试通过程序随机选取结构中某一微小单元并赋予较小的模量来模拟材料的空心几何缺陷．力学缺陷上，可以使用虚拟的触发载荷来启动不稳定性，也可以通过不均匀的温度场致使屈曲的发生．在保证随机性的前提下，引入初始缺陷的方法有很多，其根本的目的是为了触发屈曲．初始缺陷越小，有限元模型越接近理想模型，计算结果与理论结果也越接近，但此时为触发屈曲，模型的计算量也会相应增加．所以有限元计算中触发屈曲时，初始缺陷的大孝模型的计算量以及计算结果的精度需要有一个平衡的过程．２两端铰支细长杆多阶屈曲模拟设有长ｌ＝１００ｃｍ，截面面积Ａ＝４ｃｍ２，惯性矩Ｉｘ＝Ｉｙ＝１．３３ｃｍ４的两端铰支细长杆件，长细比λ＝１７３．２，如图２所示．材料的弹性模量Ｅ＝２００ＧＰａ．图２两端铰支压杆Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｈｉｎｇｅｄ－ｈｉｎｇｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂａｒ使用通用有限元软件进行建模，采用梁单元进行模拟，并将梁沿轴向划分为１００个单元．通过线性屈曲方法得到前５阶屈曲模态及临界载荷，结果以第１阶和第２阶模态为例，如图３
【参考文献】：
期刊论文
[1]Q460高强度钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲有限元分析[J]. 申红侠,赵克祥. 建筑钢结构进展. 2015(04)
[2]二维编织复合材料圆柱曲板屈曲性能试验与有限元分析[J]. 张劲松,余音,汪海. 复合材料学报. 2015(03)
[3]横向纤维搭桥下的脱层屈曲数值模拟[J]. 张振兴,肖刚,李四平. 上海交通大学学报. 2010(01)
[4]复合材料双曲率壳屈曲和后屈曲的非线性有限元研究[J]. 陈伟,许希武. 复合材料学报. 2008(02)
[5]防屈曲支撑理论分析与有限元模拟[J]. 王华琪,丁洁民,姚兴华. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2008(02)
[6]应用有限元程序ANSYS/LS-DYNA进行结构的屈曲模拟[J]. 唐柱才,马源,徐新生. 化工装备技术. 2004(03)
本文编号：3376868
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3376868.html
