屈曲分析是什么意思

屈曲分析

对于某些结构的失效,虽然薄弱部位的应力没有超过材料的屈服极限,但整体结构发生了坍塌,这种现象就是屈曲现象,或者说结构失稳。在工程应用中,屈曲分析的目的是确认结构在某个载荷下能否保证稳定。

屈曲分析包括线性屈曲和非线性屈曲,在solidworks中线性屈曲是通过屈曲模块完成计算的,而非线性屈曲需要用到非线性静力学分析求解。

线性屈曲和非线性屈曲的区别

在solidworks中求解屈曲分析和模态分析类似,在模态分析的结果中我们要查看固有频率及振型,而在屈曲分析中,我们查看的就是振幅和载荷因子了。

在得到屈曲分析的计算结果后,将施加的载荷X载荷因子即为屈曲发生的临界载荷。

线性屈曲只能提供屈曲发生前的情况,无法提供屈曲发生后的情况,因为屈曲发生后结构的位移变形属于非线性分析的范围。

需要注意的一点是:线性屈曲计算的假设是建立在小变形基础上的,采用一次求解,在计算的过程中结构的刚度保持不变,而实际情况是结构在发生屈曲时结构的刚度是一直变化的,采用一次求解并不能得到一个准确的结果。

因此为了得到一个准确的结果,需要采用非线性静力学分析,在非线性静力学的计算中,计算是根据载荷步长逐步加载计算,每计算一次结构的刚度矩阵就会更新,因此计算结果比较准确。

solidworks线性屈曲分析

下面,猫亮设计先介绍一下solidworks中线性屈曲分析的实例。

模型建立

建立一个杆的模型,杆直径2mm,长度100mm。在实际中没有标准的直杆,在建立这个模型时我们将杆做成一个半径5000mm的弧形杆。

 

屈曲分析

有限元分析过程

开启solidworks simulation插件,新建一个算例,在高级模拟中选择屈曲。

屈曲分析

设置零件的材料为合金钢,对底部添加一个固定约束,顶部添加一个垂直向下1N的力,采用默认网格划分单元格。

屈曲分析

打开屈曲分析的设置将屈曲模式数更改为5,屈曲模式数的意思是要计算的屈曲模态的阶数,屈曲模态阶数与频率分析中的模态阶数的概念类似。设置完成后,运行程序开始计算。

屈曲分析

屈曲分析结果查看:

屈曲计算完成后,可以得到振幅及载荷因子。在前面加载的力为1N,我们使用载荷因子乘上加载的力就可以得到结构失稳的临界载荷。

从前面内容介绍的线性屈曲和非线性屈曲的区别,可以得知这个屈曲临界载荷并不准确,在实际中结构失稳的临界载荷要远小于这个数值,线性屈曲的计算结果偏差较大,结果仅供参考。

屈曲分析