Abaqus薄壁梁后屈曲分析详解
Abaqus薄壁梁后屈曲分析详解
在工程力学领域，后屈曲分析是评估结构在超过临界载荷后的非线性行为的重要手段。本文将详细介绍如何使用Abaqus软件进行薄壁梁的后屈曲分析，包括理论基础和具体操作步骤。
什么是后屈曲，后屈曲和屈曲有什么关系呢？
想要较好的理解后屈曲的概念，首先需要知道什么是屈曲。屈曲简单来说就是结构在受到载荷失去原有稳定的现象，通常是一个突发的临界状态。结构在到达屈曲的临界载荷时会迅速形变，失去原来的承载的能力。而后屈曲则是在某一结构经历了屈曲之后，继续承受载荷并进一步发生形变的行为和过程。
后屈曲分析的作用
后屈曲分析与一般的线性屈曲分析最大的不同点就是后屈曲分析考虑了结构在屈曲后的非线性行为，包括材料、几何等多种范围的非线性。如果结构的变形程度很小，通常使用线性屈曲分析可以近似预测结构的临界屈曲载荷，但是一旦结构受到远大于临界载荷的压迫，小形变的条件不再成立，结构趋向于非线性，这就需要后屈曲分析来完成了。
Abaqus后屈曲分析步骤
这里需要注意的是第四步加入缺陷，一般说来后屈曲分析中需要导入前面线性屈曲的模态结果作为缺陷进行分析。我认为这样做主要有两个原因：
- 实际物体结构总存在着某种缺陷（如材料不均匀、几何有误差等），为了尽量避免缺陷对后屈曲分析造成较大的干扰，通过将线性屈曲的分析结果导入作为初始缺陷可以更准确的模拟实际工作条件。
- 线性屈曲可以输出结构的屈曲模态，可以将这些模态认为成导致结构失稳的潜在方式和路径，所以如果将模态作为缺陷可以更好模拟实际中结构的变形路径。
Abaqus软件的使用
由于使用的是汉化版的Abaqus2021版，再后续描述中将会用翻译后软件上的名词进行描述。
屈曲分析
在后屈曲分析中首先要进行屈曲分析得到模态输出文件作用于缺陷的引入。
创建部件
在部件模块中进行模型的创建，指定类型为拉伸，形状为实体，自定义部件的长宽和拉伸高度等参数即可构建。
分配材料属性并装配
在属性模块中进行材料的定义，采用薄壁钢片，故在材料编辑框内对弹性部分进行编辑即可，其中杨氏模量为2.1e5，泊松比为0.3，并通过创建截面和指派截面将定义的材料赋给模型。
点击创建材料
力学
弹性，编辑材料属性。
完成材料创建后创建截面，选择实体均质即可。然后进行指派截面，成功后颜色会改变。
完成截面指派后进入装配模块进行装配，装配结束后会出现坐标轴，如果坐标轴无误可以进行后续步骤。
创建参考点并进行耦合
在菜单栏工具中选择基准，获得部件两个侧面的中心点并设置为参考点，并在相互作用模块中进行创建约束，选择耦合约束将参考点与面耦合，方便后续在两端施加载荷以及确定边界条件。
创建分析步
在分析步模块中选择线性摄动的屈曲进行分析步的创建，在基本信息中可根据需求更改特征值个数。
施加载荷确定边界条件
在载荷Load模块中进行创建边界条件，对钢片进行一端两端铰接，一端施加位移载荷的条件设定，所有的边界条件和载荷都施加在上一步确定的参考点上。
划分网格并编辑屈曲分析的关键字
在网格模块中对象选择为部件，然后进行网格划分。
右键点击软件页面左边模型Model-1，选择编辑关键字，在关键字最底部加入如下代码。
*NODE FILE
关键字用于输出节点数据到一个外部文件。这个外部文件通常具有
.fil
扩展名，可以在后续的分析步骤中作为初始缺陷或初始条件的来源。特别是在进行后屈曲分析时，这个文件包含了从线性屈曲分析中得到的节点位移数据，这些数据代表了结构的初始几何缺陷。
*NODE FILE，LAST MODE = 1
u
创建屈曲分析作业
在作业模块中创建名为Buckle的作业，设置好多核求解之后即可提交作业，得到仿真结果。
后屈曲分析
复制模型并修改分析步
将屈曲分析中的Model-1模型进行复制并命名为Riks，对其分析步进行修改，将线性摄动的屈曲改为通用程序类型里的静态（Static），Riks模式。在基本信息中将几何非线性中的引入大变形打开并设置何时停止仿真分析的位移值。
编辑关键字并创建后屈曲分析作业
修改Riks模型的关键字（Keywords），将之前编辑过的关键字取消，并在关键字代码中**STEP：Step-1的代码下进行代码添加。
*IMPERFECTION
关键字用于定义模型的初始缺陷。
Buckle
是之前通过线性屈曲分析得到的节点位移数据文件的名称。
STEP = 1
表示从第一个分析步骤中提取数据。这通常是指线性屈曲分析步骤，该步骤提供了结构屈曲前的临界状态信息。
**STEP：Step-1
**
*imperfection，file = Buckle，step = 1
1，3e-5
#前面的数字表示要使用的屈曲模态的阶数
#后面的值是缩放因子，用于调整初始缺陷的大小
添加完成后在作业中创建后屈曲分析作业，仿真得到结果。
可能出现的问题
屈曲分析中一切正常，但是在后屈曲分析中仿真结果表现为无法收敛。可能是在划分网格时出现了问题，即网格划分不合理，导致仿真无法收敛。