接觸非線性屈曲的位移加載分析

1、接觸非線性屈曲的位移加載分析一、 概述屈曲分析用于確定結(jié)構(gòu)局部或整體失穩(wěn)時的極限荷載,結(jié)構(gòu)在特定荷載下是否失穩(wěn)及其失穩(wěn)模態(tài)。在土木工程中穩(wěn)定問題相當普遍,例如大跨度鋼網(wǎng)殼屋蓋結(jié)構(gòu)的局部、整體非線性失穩(wěn)分析,剛結(jié)構(gòu)、剛-混凝土組合梁、柱構(gòu)件、橋梁及其支墩失穩(wěn)分析等。ADINA中屈曲分析為線性屈曲解法和非線性屈曲解法。線性屈曲也稱為特征屈曲,用于求解理想線彈性體的理論屈曲強度,ADINA的線性屈曲可以很方便的求解多個恒定荷載作用下的結(jié)構(gòu)的極限荷載。非線性屈曲:由于非線性屈曲分析考慮了幾何缺陷、擾動力、大變形、材料非線性及接觸狀態(tài)的影響,其分析結(jié)果比線性屈曲分析結(jié)果更精確。ADINA提供的LDC (

2、Load-Displacement-Control方法遠優(yōu)于一般的弧長法,可以快速穩(wěn)定的求出結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界荷載,反映結(jié)構(gòu)的實際受力和失穩(wěn)演化過程。非線性屈曲問題還可以用ADINA非線性求解功能,施加位移載荷直接求解,本例即采用此方法。二、 學習要點1.自身接觸的定義2.parasolid 的建模方式3.大變形、大應(yīng)變分析的幾何非線性定義4.初始缺陷的定義5.殼單元厚度定義三、 問題描述一個中空薄板方梁一端固定,另一端剛性墻受到一個位移荷載。方梁與剛性墻接觸,方梁自身4個面為自身接觸,當方梁的塑性位移超過了允許值,方梁發(fā)生屈曲破壞。 四、分析過程4.1求解設(shè)置AUI:Control > H

3、eading,在彈出的對話框中設(shè)置標題為Square Tube Crush。 對于非線性靜力分析,一般需要使用自動時間步長(Automatic Time StepATS方式,此方式對線性問題無效,用來控制加載的時間步大小。 點擊按鈕,在彈出的對話框中選中ATS設(shè)置,點擊其后的,進行具體的設(shè)置。 AUI:control >analysis assumption >kinematics,同時選定大位移(Large displacement和大應(yīng)變(Large strain。Large Strain Formulation選擇ULJ,不使用非協(xié)調(diào)模式。 AUI:Control >

4、solution process,點擊非線性分析(Nonlinear Analysis選項中迭代方法(Iteration Method,在彈出的對話框中設(shè)定迭代方法為全牛頓迭代法 (Full Newton Method ,最大的迭代次數(shù)為30次,Use of Line Searches設(shè)為YES,其余設(shè)置默認,設(shè)置完畢點擊OK關(guān)閉對話框,返回前一菜單,點擊收斂準則選項(Iteration Tolerances,在彈出的對話框中設(shè)定收斂準則為能量和力,各個參數(shù)設(shè)定見下圖中。 AUI:control >porthole(.por >time steps (node results,在彈

5、出的對話框定義節(jié)點結(jié)果的保存的時間步;AUI:control >porthole(.por >time steps (element results,在彈出的對話框定義節(jié)點結(jié)果的保存的時間步;定義結(jié)果輸出步數(shù)的目的是減少結(jié)果文件的大小。 AUI:Control >Time steps,在彈出的對話框中設(shè)定求解的時間步為149步,求解時間為1。 AUI:control >degree freedom ,求解的自由度為全部六個自由度。 4.2 建立幾何模型采用Parasolid 建模方式,AUI: ADINA-M>Define Body,在彈出的對話框中添加一個類型為

6、塊(BLOCK,中心位置在(200,0,0方向向量為(400,90,90的體1,方塊體的四個面將被劃分為Shell 單元作為方梁。用同樣的方式建立中心位置在(-10.1,0,0,方向向量為(20,200,200的body2,體2將被劃分為實體單元作為剛性墻。 4.3定義物理條件AUI:Model > Materials > Plastic> Multi-Linear,在彈出的對話框中設(shè)定各個材料參數(shù),輸入的參數(shù)有彈性模量E、泊松比,密度。多線性(Multilinear,與雙線性(Bilimear塑性類似,只是在加載和卸載過程中呈現(xiàn)多線性特征,不同之處是通過Strain-str

7、ess曲線定義,不再具有確定的切線模量。一般情況,應(yīng)力-應(yīng)變曲線都存為TXT文件,需要時可讀入。 AUI:Model>Boundary condition>apply fixity,定義body1一端為固定約束。 AUI:Model>Loading>Apply.,選擇荷載類型為位移(displacement,點擊define 定義X向平移250mm,y、z方向位移為0,荷載加在整個body2上。 定義控制位移荷載的時間函數(shù)1。AUI:control >time function ,荷載在初始不施加,在1時刻直接加滿。 AUI:Model>Contact>

8、;Contact Group,定義接觸組1即剛性墻和方梁的接觸。 AUI:Model>Contact>Contact Surface,在剛性墻上定義屬于接觸組1的接觸面1。AUI:Model>Contact>Contact Surface,在方梁上定義屬于接觸組1的接觸面2。 AUI:Model>Contact>Contact Pair, 定義接觸對1模擬方梁與剛體墻的接觸關(guān)系。 AUI:Model>Contact>Contact Group,定義接觸組2模擬方梁的自身接觸,采用雙面接觸(double side方式; AUI:Model>C

9、ontact>Contact Surface,在方梁上定義屬于接觸組2的接觸面1。 AUI:Model>Contact>Contact Pair, 定義屬于接觸組2的接觸對1來模擬方梁的自身接觸。 4.4網(wǎng)格劃分AUI:Meshing > Element Groups,點擊添加兩個單元組,一個為3D Solid用來定義剛墻,一個為Shell單元用來定義方梁,殼單元厚度為2。兩個單元組采用的材料均為預(yù)先定義的材料1。 AUI:Meshing > Mesh Density > Body,首先指定方梁(Body1網(wǎng)格的大小,采用按單元長度指定的方式,每個單元的邊長為6。用同樣的方式指定剛性墻(Body2的網(wǎng)格大小,單元的每個邊長為100。 AUI:Meshing > Creat Mesh > Body選擇單元類型為3-D Solid,屬于第一個單元組(body1,采用映射(Rule-Based劃分的方式,選用八節(jié)點單元。