1. 扰动屈曲分析
在增量加载过程中的某个增量步分析结束后提取屈曲模态,然后以所提取的某阶屈曲模态作为扰动位移,更新系统坐标,进而分析扰动出现后结构新的平衡位置以及后续加载路径。主要是用于分析结构的后屈曲变形。
2. 实现方法
主要有两种大的类型
1)利用历程定义选项BUCKLE,在前处理Mentat须定义屈曲模态提取工况;
2)模型定义选项BUCKLE INCREMENT均可以实现扰动屈曲分析,在前处理Mentat的作业参数中须激活BUCKLE INCREMENT。
具体两个选项的参数选择参见Marc用户手册C 卷。
3. 举例说明
下面以手册E 卷4.12为例加以说明。
本例将对一直柱进行扰动屈曲分析。直柱长2m,宽0.1米,厚0.01米。直柱底部固定,沿竖直方向,直柱顶部承受拉力。分四种不同形式加以说明。
1)采用历程定义选项BUCKLE,用某增量步结束后提取的第1阶屈曲模态施加扰动
第一个增量步给结构施加6000N的力(均分到两个节点,以下同),之后用10个增量步给结构施加2000N的力,并在2个增量步结束后提取屈曲模态, 并通过BUCKLE 历程选项将第一阶屈曲模态乘0.001叠加到节点坐标中,然后继续施加载荷。采用的单元是四节点平面应力单元。具体步骤如下:
网格划分:高度方向分20个单元,横向1个单元,如图1所示。
图1 压杆有限元模型
定义材料属性:采用线弹性材料,材料的弹性模量为1×109Pa,泊松比为0.3。
定义几何属性:采用平面应力单元,单元的厚度为0.01m。
定义边界条件:
(1)固定边界条件:压杆底部两节点X和Y方向的自由度固定;顶部节点不发生X方向的位移。
(2)载荷边界条件:给压杆顶部施加相应的节点载荷
图2 加载历程
定义载荷工况: 采用3个载荷工况,第1个工况为非线性静力分析工况,工况时间为2共分2个固定增量步,第2个工况为线性屈曲分析工况,第3个工况为非线性静力分析工况,工况时间为1,采用9跟固定增量步。
定义作业并提交分析:
采用大应变选项,选择屈曲分析方法,可以用逆幂法求解。目前Mentat尚不支持该法来定义扰动位移,因此,我们需要对输入文件进行编辑。
在文本编辑框中打开输入文件,在历程定义数据部分搜索:buckle,找到字符段
buckle
40 1.00000-4 0
修改buckle的值为:
buckle
,,,1,1,.001,
保存输入文件,退出文本编辑框,提交作业进行分析。
注意:由于修改了输入文件,在Mentat中只能使用EXCUTE1提交分析,不能使用SUBMIT1提交分析。
后处理:查看分析完成后结构的整体变形(图3)。
图3 加载完成后直柱的整体变形
2)采用模型定义选项BUCKLE,用用某增量步结束后提取的第1阶屈曲模态施加扰动
网格划分、材料参数、几何参数、边界条件定义同前,在定义工况和作业参数等与前面有所不同。
定义载荷工况: 采用1个载荷工况,共分11个增量步将载荷施加到结构体。
定义作业并提交分析:
本例中在某个工况的某一增量步结束后提取某阶屈曲模态作为扰动位移,需要用到屈曲增量法,即Buckle Increment,提取方法仍选逆幂法。目前Mentat尚不支持该法来定义扰动位移,因此,我们需要对输入文件进行编辑。
在文本编辑框中打开输入文件,在里面搜索:buckle increment,找到字符段
buckle increment
40 1.000000000000000-4 0 1
修改buckle increment的值为:
buckle increment
, , , ,1,1,.001,
保存输入文件,退出文本编辑框,提交作业进行分析。
注意:由于修改了输入文件,在Mentat中只能使用EXCUTE1提交分析,不能使用SUBMIT1提交分析。
后处理:可以得到类似前面的结果。
3)采用模型定义选项BUCKLE,用程序自动确定的增量步结束后提取的第1阶屈曲模态施加扰动
类似2)的情况,所不同的是在哪个增量步施加扰动载荷由Marc 程序自动确定。扰动在刚度矩阵发生非正定后的增量步施加。
在Mentat建模后,在文本编辑框中打开输入文件,在里面搜索:buckle increment,找到字符段
buckle increment
40 1.000000000000000-4 0 1
修改buckle increment的值为:
buckle increment
,,,1,1,1,.001,
4. 其它说明
以上举例都是采用某个增量步增量步结束后提取的第1阶屈曲模态施加扰动,实际应用是也可以用其它阶屈曲模态或多阶屈曲模态组合施加扰动,细节请查看Marc 用户手册C卷。