文档介绍：
在钢结构中,受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定
性,所以失稳是钢结构最为突出的问题。压杆整体失稳形式可以是弯
曲、扭转和弯扭。钢构件在轴心压力作用下,弯曲失稳是常见的失稳
形式。而影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、
初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。实际的轴心受压构件往往
会存在上述的一种或多种缺陷,导致构件的稳定承载力降低。
本文主要针对任意轴对称的圆形钢管截面,利用 ABAQUS 有限
元非线性分析软件,对其在轴心受压情况下进行特征值屈曲分析和静
态及动态的非线性屈曲分析(考虑材料弹塑性和初始缺陷的影响)。
通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲,得出构件发生弯曲
失稳的极限荷载,并且由弯曲失稳的临界荷载得出的构件荷载位移曲
线。同时再进行非线性分析时,需要施加初始扰动,以帮助非线性分
析时失稳,可以通过特征值屈曲分析得到的初始弯曲模态来定义初始
缺陷;最后由可以将特征值屈曲分析得到的临界荷载作为非线性屈曲
分析时所施加荷载的参考。

用 ABAQUS 中的壳单元建立轴心受压模型,采用 SI 国际单位制
(m)。
构件的材料特性: 11 N
1. E = × 10 m2 ,μ= , fy = ×
1
8 N , kg ,钢管半径: ,厚度: ,长度: 。
10 m2 ρ= 7800 m3 60mm 3mm

2-1 及图 2-2 所示。

图 2-1 图 2-2

(Buckle 分析)
(1)创建部件
在创建 part 模块中命名构件的名字为 gang guan,创建的模型为
三维可变形壳体单元,如图 3-1 所示。截面参数见图 2-1,构件长度
。

图 3-1
2
(2)创建材料特性及截面属性并将其赋予单元。
材料定义为弹塑性,弹性模量 11 N ,泊松比,
E = × 10 m2
屈服强度 8 N , kg ,材料定义如下图所示。
× 10 m2 ρ= 7800 m3 3-2

图 3-2
钢管截面属性定义为薄壁壳单元,厚度 ,并设置积分点数
为 3 个,便于计算收敛,如下图 3-3 所示。

图 3-3
3
(3)定义装配件
在 Assembly装配中创建一个 instance,并将其定义为 Dependent。
如下图 3-4 所示。

图 3-4
(4)设置分析步
定义类型为 liner perturbation,buckle,并设置分析步名为 gang
guan,此分析步名会在后面 Riks 分析中引入初始缺陷时用到。并设
置求取的特征值为 5 个,其它参数不变,如下图 3-5 所示。

图 3-5
4
(5) 定义边界及荷载
定义荷载,为了便于求出屈曲特征值,设置荷载为单位为 1 的壳
边缘荷载,如下图 3-6 及图 3-7 所示。

图 3-6 创建荷载图 3-7 设置荷载
定义边界条件,边界设为一端铰支,一端滑动,如下图 3-8 及图
3-9 所示。

图 3-8 (滑动) 图 3-9 (铰支)

5
(6) 划分网格
注意要在窗口顶部的环境栏中把 Object 选项设置为 part:gang
guan,网格参数设置如下图 3-10 所示。
a 设置全局的单元大小为。
b 在网格参数中设置单元形状为 Quad,网格划分技术为 Free。
c 设置单元类型为 S4R (4 节点四边形有限薄膜应变线性减缩积
分壳单元)

图 3-10
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(7) 写入位移
在 buckle 分析中为了后面 Riks 非线性分析可以引入初始缺陷,
划分网格结束后需要修改 Inp 文件,打开 Model-Edit key words,在其
中找到含有*RESTART 关键词的文本块,在其后添加以下模块:
*node file
U,

图 3-11
(8) 提交分析作业
创建分析作业,并命名为 gang guan,提交并运行分析。结果如
下图 3-12 所示。

图 3-12
7
四. 静态非线性屈曲分析(Static Riks 分析)
将修改用于屈曲分析的模型以创建非线性分析。先要通过 Model
—Copy Model— Model-1 将屈曲模