1、乌迪 积分 15 帖子 20 #1 2005-3-17 09:31 请教各位大侠，在 sap 里面如何对桁架结构进行稳定性分析，具体如何操作啊？ yxs_li 积分 121 帖子 97 #2 2005-3-28 22:17 个人以为这是个很好的话题，不知为什么没有人感兴趣。我也是个 SAP 初学者，谈一些粗浅的看法，不当之处望各位高手指教。 SAP2000 并不能真正解决象类似桁架结构的整体稳定问题。对于局部构件的稳定问题则有点类似 PKPM，套规范公式求应力比解决，而不是在有限元的层次上解决。 SAP2000 虽有BUCKLING 分析，但仍不能解决整体稳定问题。 BUCKLING 分析最多
2、只能得到一个整体稳定的理论上限值（相当于分岔屈曲中的欧拉值），而不能考虑包含了初始缺陷及材料塑性在内的极值稳定问题。我现在也没搞明白 SAP2000 中的 BUCKLING 分析具体的作用在哪里。我想是否顶多看一下前几阶模 态是否正常，是否出现了局部稳定提前于整体稳定发生的情况以及看一个理论上的上限值（事实上这并没有意义）。在这一点上可以对比一下 SAP2000 和ANSYAS, ANSYS 中 BUCKLING 的分析结果是要继续为下面的非线性分析提供初始缺陷用的，而 SAP2000 却到此为止了。因为初学，我不熟悉 PUSH-OVER 这样的分析，不知道PUSH-OVER 是否可以解决整体
3、稳定问题，估计也不行。 以上愚见，仅供参考。 ocean2000 积分 1207 帖子 941 #3 2005-3-31 18:54 这个问题主要分两类来讨论， bucking 分析相当于我们理解中的第一类稳定，这在实际应用中可以作为参考。真正的极值点失稳在 sap 中可以考虑的，根据沈教授写的网壳稳定分析中的一句话： 结构的稳定性可以从荷载 -位移全过程曲线中得到完整的概念 。那么我们也可以这么理解，只要 sap 能做出这条曲线那么就可以解决问题，于是就利用到了 sap 基于位移控制的非线性 分析 ！ sap 分析参考中是这么叙述的： 当用户知道所期望的结构位移，但不知道施加多少荷载时，选择
4、位移控制。这对于在分析过程中可能失去承载力而失稳的结构，是十分有用的。标准的应用包括静力 pushover 或 snap-though 屈曲分析。当使用位移控制时，用户必须选择一个位移分量来监控。这可以是节点的单个自由度，或一个用户以前定义的广义位移。 基于 sap 本身的功能，可以做理想情况下的几何非线性的稳定分析，而且也可以得到相当准确的理想极值点失稳的曲线。但是问题： 一。是 sap 极值点分析的初始条件（即 初始缺陷的处理）不好弄，比如网架规范要求考虑第一模态。但是 sap 无法象 ansys 那样将考虑的模态位移做为初始缺陷。 二。是无法准确的考虑材料非线性，目前常用的是采用非线性
5、link 单元和塑性铰来模拟，当然在某些情况下，比如只考虑几何非线性的稳定分析，这也足够了。 yxs_li 积分 121 帖子 97 #4 2005-4-1 20:00 OCEAN2000 说的精彩。 因为 SAP2000 不能给结构附加一个初始的缺陷，所以不能从本质上分析复杂空间桁架的整体稳定性。虽然可以跟踪荷载变形曲线，但我们无从判断这条曲线得到的极值点是否是所有可能的分析中最小的。举个例子说，一个鸡蛋可以一把抓过来捏碎，也可以两个手指捏碎，也可以两个手挤碎，总之方法有多种，这个破碎力的大小因施加荷载的方式和位置的变化而变化。同样对于一个复杂结构而言，如果不知道加核的方式和位置，即使得到了
6、一条荷载变形曲线，得到的那个最小值或许比另一条曲线得到的最小值要大。但 BUCKLING 分析也部分提供 了加载的参考位置。所以基本上 SAP2000 还是以构件的局部稳定来确保结构的整体稳定，这好像是个缺陷。而 ANSYS 很好地解决了这个问题。 ocean2000 积分 1207 帖子 941 #5 2005-4-1 20:54 yxs_li 兄的说法也不尽然， sap 里可以选择初始状态，所以你可以用某一次非线性分析所得到的各类结果，作为我们所要分析工况的的初始状态，这可以用来模拟大部分 的初始缺陷。只是不能利用模态分析的结果来考虑初始缺陷而已。 qianhl 积分 26 帖子 24 #
7、6 2005-4-15 17:58 （ 1）整体结构的初始缺陷与结构的形式有很大关系，绝大不部分结构不是缺 陷敏感结构，一般空间桁架都不是缺陷敏感结构，所以在分析整体稳定的时候可以不考虑初始缺陷的影响。最典型的缺陷敏感结构为单层球壳，一般双层结构对缺陷都不敏感。 （ 2）平时我们所说的初始缺陷均指几何初始缺陷，还有材料初始缺陷时程序、软件很难考虑的，所以即使我们考虑初始缺陷，也只是考虑了部分缺陷。这个设计者心理应该明白。我的意思只是我们没有必要刻意去寻求初始缺陷的完美解决，应该从整体上把握结构的形式。 （ 3）至于加什么模式的初始缺陷也是一个值的探讨的问题，原则上是寻求一种最不利的缺陷模式，但
8、是不同的结构有不同的 最不利的初始缺陷模态。这就需要设计者的经验、试算比较。 （ 4） 如果说我们一定要用 SAP 来解决初始的问题，也是可以的，以文本的格式输出节点的初始坐标，和模态的振型（节点的相对变形坐标），再用常用的程序（ fortan,c)把这些节点坐标和变形坐标读出来，经过简单的处理求得带初始缺陷的模型节点坐标，再输入到 SAP即可。这可能有点难度，但是还是可以实现的，这就需要熟悉 SAP 文本文件的格式， 风中的沙粒 积分 237 帖子 182 #7 2005-5-5 20:39 你们试过它的荷载位移曲线么 ?个人感觉太滥了 . 它的输入系统不好 ,对于比较专业 (稳定 )的问题
9、处理得不好 . 后处理 ,规范演算更是糟糕 ,真不知道他是怎么被称之为世界一流的结构分心软件的 peter1stli 积分 117 帖子 87 #8 2005-5-27 13:29 ocean2000 提到采用基于位移控制的非线性分析可以得到结构的荷载位移曲线 根据我的理解，如果选择的位移控制节点如果在结构屈曲之前如果发生位移回飘（位移值减小再增大），恐怕单纯靠位移控制是无法跟踪到它的全过程曲线 的，因为非线性有限元的全过程跟踪多采用的是 “弧长法 ”系列，单纯的荷载或是位移控制都是办不到的。 ocean2000 积分 1207 帖子 941 #9 2005-5-27 15:19 不好意思，不
10、知道是不是我数值计算没学好，还是你没学好。我认为这与什么非线性有限元没有什么联系。位移控制或者荷载控制，其中跟踪和控制收敛大多可以采取 “线性法 ”， “切线法 ”， “弧长法 ”等，不同的方法主要区 别在于如何控制 “收敛 ”的速度和精度上。只不过目前“弧长法 ”相对更易于收敛，但是也费资源而已。理解有误？请概念熟悉的朋友指正！ 冲令狐 积分 1626 帖子 1391 #10 2005-5-28 09:07 我个人认为 ocean2000 兄关于控制收敛方法的说法是正确的。 初九，潜龙，勿用。我是义工甲 okok cx 积分 124 帖子 89 #11 2005-6-7 15:39 采用 “
11、弧长法 ”可以跟踪结构的屈曲后强度 ,对荷载 -位移全过程分析是很有 效的 . zyldemail 积分 130 帖子 124 #12 2005-6-14 14:21 大家对整体稳定性讨论的够激烈够深度，可是我看了之后还是一头雾水，大家只是理论上争来争去，就没人具体做了实际的工程跟大家参考一下，有了事实根据，争论自然结束，本人正好在做一个课题，其中也需要整体稳定性的计算，正是整体稳定性一直困扰着我进展很慢，如果有算例上传，大家一看就明白了，大家凭理论都有一套，我觉得应该拿出实际算例，才能服众，也能供功底不深的哥们参考学习，本人也是一个 sap 的爱好者和使用者，真希望大家能说得多，做的更多，这
12、样论坛才更有价值，才更有吸引力。真希望众多高手们无私上传整体稳定性的算例，本人将焦虑 恭候，不胜感激。 care (care) 积分 364 帖子 147 #13 2005-7-24 23:53 1 yxs_li 讲得 push-over 是抗震性能评价的一种分析，目前对于对称的并且 以第一振型（参与系数大于 90%）为主的结构效果佳，可以下载周锡元院士和巍巍曾经发表的论文。 2 进行荷载 位移全曲线分析 （ 1） 保证模型符合事实要求（位移约束处的节点刚度对结果有影响） （ 2） 加荷载 f（任意大小，进行特征值屈曲分析（得到屈曲荷载系数 a,f 大 a 小， f 小 a 大，但乘积相同）
13、（ 3）将荷载系数乘以 f 得到屈曲荷载 F，再进行非线性（几何刚度矩阵作修正）屈曲分析得到荷载 位移全曲线。 wyhaaa 积分 93 帖子 88 #14 2006-4-2 15:32 好像党八股，虚张声势，借以吓人，怎么没人说点能解决实际问题的！ 若愚 积分 471 帖子 177 #15 2006-7-5 11:49 有限元分析稳定的理论依据，我没搞懂，只知道传统的方法，例如能量法， 看了几本书，也没有看懂有限元分析稳定的思路，前段时间， sap 工作人员演示了一下，分析一个节点的稳定问题，我看分析结果，没有区分整体稳定和局部稳定，反正给出了几个数，也不晓得是如何搞出来的。 请教大家一下，
14、有限元分析稳定的 理论依据在哪里可以找得到，才疏学浅阿。 crazy 积分 175 帖子 131 #16 2006-8-22 14:58 看了大家的发言，受益非浅。 试着说说自己的看法，请大家批评指正。 问题 1. 桁架模型和 空间刚架模型在 sap 或者 ansys 中能不能算出局部稳定性呢？ 我的看法是：桁架模型中，基本单元为二力杆 (节点铰接 )，刚架模型中基本单元为三维梁单元 (节点刚接 )。转化为有限元求解方程中后，其形式都是一个单元刚度矩阵。单元的细节，如截面宽度与厚度之比，是体现不出来的，而是以截面惯性矩、面积、最远点至中性轴的距离等形式表现，两个截面形式不同而参数一样的截面在刚
15、度矩阵中没有区别。 所以以杆单元、梁单元为基本单元的模型中，是验算不了局部稳定的，位移 -荷载曲线中也体现不了单元细节，而需要对每个单元按照规 范进行局部稳定验算。 问题 2：对结构进行逐步加载分析的时候，怎么能同时反应出结构局部失稳和整体失稳呢？ 我的看法是：基于问题 1 杆梁单元反映不出构件构造细节的特点，只有对整体结构的每个构件都采用板 /壳 /体单元建模，这样构件细节和整体构件布置都得到了反映，在更低层上分析结构。进行第一类稳定分析也是同样的道理。 所以由问题 1 和问题 2 可以得到推论：对一个用梁单元划分的轴向压杆进行屈曲分析得到的是整体稳定临界荷载值，如果将此压杆建立实际截面并用
16、板 /壳 /体单元划分，首先得到的是整体稳定和局部稳定两者之间较小的临 界值。 问题 3：进行稳定分析的目的是什么呢？ 我的看法是：第一个可能的目的是判断结构会不会在进入塑性前失稳，即考察结构是否有布置上的隐含的缺陷。因为构件的应力一般大家都控制的比较严格。此时第一类屈曲临界荷载值可以作为设计参考，第二类屈曲分析以荷载控制，选择荷载设计值为最大加载，可以适当放大。 第二个可能的目的是考察结构的性能，即结构在罕遇情况下进入塑性阶段后的工作性能，因为第一类屈曲分析是求解结构的特征值，刚度矩阵不变，所以此时第一类屈曲分析对设计没有参考意义。需要进行第二类屈曲分析，涉及到大变形、 p-delta 效应
17、、材料非线性。 问题 4： sap2000 能否进行第二类稳定分析？ 我的看法是：前面 ocean2000 提到沈院士在研究网壳屈曲时说的话，我觉得很正确。这等同于问 :sap2000 能否产生微小初始位移，然后进行非线形 (包括几何和材料的非线性 )分析，并跟踪极值屈曲后阶段。 首先关于初始微小位移，根据个人所知， ansys 中认为模态分析中第一阶模态是最易发生的屈曲形态 (因为临界荷载最小 )，所以将第一阶模态乘以一个微小的因子作为各个节点的初始位移，来进行极值屈曲分析。个人认为在结构上任 意一点（除了那些在加载中必定保持不动的点，如支座、对称中心等）施加一个微小的初始位移，都将导致极值
18、屈曲分析的开始，因为结构是一个整体，微小的一点位移将传播开来，在整体内重分布，且由于其值微小，对结构分析结果不会产生显著影响。所以可得推论：以微小的荷载进行非线性分析，然后以此分析作为新分析的开始进行加载。 其次关于 sap2000 的材料非线性分析功能。与 ansys 相比， ansys 中，构件进入塑性后，是按照预先定义的非线性材料的应力应变滞回曲线来调整单元端部的内力的。而sap2000 则做了简化， 在杆件进入塑性后，在进入塑性的地方用塑性铰来代替塑性化那一时刻后的节点性能。 至于用位移控制还是荷载控制，考虑到在屈曲后，一些点的位移可能会出现后退，而结构也可能出现卸载，不能单纯地说一定
19、取哪种方法。选用位移控制时，最好选那些在加载过程中位移一定会不断增加的点，至于那些是 “一定增长的 “，要靠我们判断了。 一些学习和工作中的认识，不对之处请多多指正，谢谢。 yxs_li 积分 121 帖子 97 #17 2006-9-6 09:51 看了上面的帖子，也想说几句 1、我想对一个网壳或空间桁架这样的整体结构而言，稳定会涉及三类问题： A.整个结构的稳定性 B.构成结构的单个杆件的稳定性 C.单个杆件里的局部稳定（如其中的板件的稳定） 对于 A 类我想前面的帖子已说了很多，主要通过 BUCKLING 分析，及非线性分析可得（当然 SAP 对于材料非线性只能通过定义铰得方式实现） 对
20、于 B 类，以前我以为 SAP 难以做到，但是最近做了一个算例，证明 SAP 能够判断是结构整体先屈曲还是局部杆件先屈曲，关键在于杆件单元的划分，一般情况下我们总是以两个节点之间的杆件作为一个单元来进行分析，所以其 BUCKLING 分析的值只能代表整个结构（因为杆件中间没有节点及其自由度），如果把单个杆件 DIVIDE 成两个以上的单元 (当然这样会增加计算量），就可以在 BUCKLING 变形曲线中看到是整体先屈曲还是部分杆件先屈曲。当然这样也 难以做到类似 H 型钢梁的平面外稳定问题（因为 SAP 中的梁单元不能考虑扇性惯性矩方向的自由度 ), 但对于由圆管构成的结构就不存在这个问题。这
21、里又随之产生了另一个问题，因为我们知道 BUCKLING 分析尽得到一个理论的上限，具体还是要通过非线性分析来得到承载力，如要对每根杆件的屈曲形态都进行一次存在初始变形的非线性分析显然不太现实，所以，本人认为在这点上还是遵循国家规范的原则来计算杆件的稳定（尽管这里面存在一个计算长度的选取问题而显得不完善，但总是安全的） 对于 C 类问题，我想已不能在整体结构的范围内解决了， SAP 好像也没有好的办法， ANSYS可以进行模拟一下。如果一般的设计工作，我想还是遵循规范，以高厚比的方式来确定比较方便。如按上贴中所说，按板、壳、体进行实体建模的话，显然是不现实的。一则建模量巨大，二则计算量巨大。
22、SAP 能否实现也是一个问题。 2、对于一般的桁架结构，大多为对缺陷不敏感的结构，其 BUCKLING 的一阶模态变形可以方便地通过荷载变形模拟（如果方向与实际荷载方向相同则不需要施加这种模拟予变形的荷载），所以不一定需要按一阶变形人为给模型施加一个初始缺陷（这在 SAP 上很难实现）。 个人观点，请指教 WLJ7320 积分 129 帖子 115 #18 2006-10-6 22:46 BUCKLING 除了给结构引入初始缺陷外就没有其他作为了吗？我有一个想法，比如在框架（支撑）结构中我们可以通过判定结构的第一阶 屈曲模态是无侧移还是有侧移的从而确定柱子的计算长度系数是选择有侧移的还是无侧移
23、的，有时候即使是纯框架（如定层斜梁的 2层框架，见童根树钢结构的平面内稳定）也有可能第一阶屈曲模态是无侧移。框架柱的计算长度除了跟梁柱的刚度比有关外还荷载的分布情况有关，合理的确定柱子的计算长度其实是一个比较繁琐的问题，但是其对一阶分析却很重要。通过查看第一阶屈曲模态我们可以窥见模型中柱子计算长度取值的合理性。 jiahua 积分 33 帖子 47 #19 2006-10-28 09:29 初始缺陷还可以提供一个临界荷载的参考值。 对于 sap 里面的初始位移问题，既然不好施加初始缺陷，我觉得是不是可以考虑采用施加一个初始荷载后得到初始扰动作为替代。 philip 积分 267 帖子 227
24、#20 2006-11-18 00:29 quoteocean2000 wrote: 不好意思，不知道是不是我数值计算没学好，还是你没学好。我认为这与什么非线性有限元没有什么联系。位移控制或者荷载控制，其中跟踪和控制收敛大多可以采取 “线性法 ”， “切线法 ”， “弧长法 ”等，不同的方法主要区别在于如何控制 “收敛 ”的速度和精度上。 只不过目前“弧长法 ”相对更易于收敛，但是也费资源而已。理解有螅壳敫拍钍煜呐笥阎刚 colt 积分 717 帖子 556 #21 2007-3-6 20:28 yxs_li wrote: 看了上面的帖子，也想说几句 1、我想对一个网壳或空间桁架这样的整体结构
25、而言，稳定会涉及三类问题： A.整个结构的稳定性 B.构成结构的单个杆件的稳定性 C.单个杆件里的局部稳定（如其中的板件的稳定） 对于 C 类问题，我想已不能在整体结构的范围内解决了， SAP 好像也没有好的办法， ANSYS可以进行模拟一下。如果一般的设计工作，我想还是遵循规范，以高厚比的方式来确定比较方便。如按上贴中所说，按板、壳、体进行实体建模的话，显然是不现实的。一则建模量巨大，二则计算量巨大。 SAP 能否实现也是一个问题。 这个问题很有工程实际意义，楼 台分析的很全面。值得一提的是，基于目前 SAP 的功能可以分析楼台所提的 C 类问题。实体建模一直是 SAP2000 的一个瓶颈，
26、对于桁架来讲杆系模型基本可以满足设计精度。 对于局部节点，如锻造节点，复杂节点，就需要实体分析。 SAP2000 通常处理的不错。 SAP84可以基于 AUTOmesh3D 模块，分析。 另一个问题就是能否给出位移荷载全过程曲线，一直我关注的问题。不知道诸位如何解决。 谢谢。 Magic Structure Design Consultant care (care) 积分 364 帖子 147 #22 2007-3-6 21:46 colt 编辑提到的荷载位移全曲线方程，可以这样得到：（ 1）先进行 bucking 分析，得到试探荷载的屈曲系数，计算出屈曲荷载 Pcr。（ 2）然后再进行 st
27、atic 分析，这时分析类型选择nonlinear 而且 results saved 选择 multiple states。（ 3）分析完后，在 display-show plot function 横坐标选择 step,纵坐标选择关心的反应就可以了。但是，稳定问题从荷载作用方式来讲为动力稳定和静力稳 定，上面说的只是静力分析。 sap2000 中分析类型，就这几种（静力，多步静力，模态分析，时程分析，反应谱分析，功率谱分析，屈曲分析），这几种分析类型在原理上讲的都不是动力稳定性问题。动力稳定性问题能否用 sap2000 分析，请诸位同行指点一下。 知足常乐，知不足进取！ colt 积分 71
28、7 帖子 556 #23 2007-3-7 12:19 CARE 的处理手法，很巧妙。有一点让我困惑的是，横坐标中的 荷载是逐步增加的，怎么体现卸载过程呢？也就是下降段，如何处理。 Magic Structure Design Consultant care (care) 积分 364 帖子 147 #24 2007-3-8 16:22 colt 提的问题，很有意义。我是这样实现的：（ 1） 加载路径如楼上图所示，首先将何载分为 n 段，每段加载值（有正有负，因为荷载有上升和下将段）记录下来，以此来描述加载路径；（ 2 ） 定义 n 个 Load case,利用 static-nonlinea
29、r construction simulation,结构设定为一组， n个 Load case设定为 n个组，这时需要将 steps-save 中选为 end of each step，注意， 2-n 个 load 加载时的 operation 选择为 load all in group。（ 3 ）运行分析后，在display-show plot function 横坐标选择 step,纵坐标选择关心的反应。望同行指点。 自己试算了一个简单模型，见附件。 692544-lghtry.SDB ( 135.7 K) 下载次数 9 知足常乐，知不足进取！ dinochen1983 积分 1199 帖
30、子 884 #25 2007-8-25 15:29 colt 提的问题，很有意义。我是这样实现的：（ 1） 加载路径如楼上图所示，首先将何载分为 n 段，每段加载值（有正有负，因 为荷载有上升和下将段）记录下来，以此来描述加载路径；（ 2 ） 定义 n 个 Load case,利用 static-nonlinear construction simulation,结构设定为一组， n个 Load case设定为 n个组，这时需要将 steps-save 中选为 end of each step，注意， 2-n 个 load 加载时的 operation 选择为 load all in grou
31、p。（ 3 ）运行分析后，在display-show plot function 横坐标选择 step,纵坐标选择关心的反 应。望同行指点。 自己试算了一个简单模型，见附件。 对于屈曲或者破坏后的响应 ,由于荷载上不去了 ,所以不应该是用力去控制加载 ,而是用位移 ,位移加载可以看到下降段 ,用施工荷载不断的把力荷载加上去是不能得到屈服点的 - 上面模型中的横坐标是 step,当时没有注意这个问题； sap2000 只能处理弹性屈曲问题，所以个人认为利用 sap2000 还不 能得到屈曲或者破坏后的响应。还望指点！ 屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临介荷载和屈曲结构发生屈曲响应时的
32、模态形状的技术。 ANSYS 提供两种结构屈曲荷载和屈曲模态分析方法：非线性屈曲分析和特征值屈曲分析。 非线性屈曲分析是在大变形效应开关打开的情况下的一种非线性静力学分析，该分析过程一直进行到结构的极限荷载或最大荷载。非线性屈曲分析的方法是，逐步地施加一个恒定的荷载增量，直到解开始发散为止。尤其重要的是，要一个足够小的荷载增量，来使荷载达到预期的临界屈曲荷载。若荷载增量太大 ，则屈曲分析所得到的屈曲荷载就可能不准确，在这种情况下打开自动时间步长功能，有助于避免这类问题，打开自动时间步长功能， ANSYS程序将自动寻找屈曲荷载。 特征值屈曲分析步骤为： 1.建模 2.获得静力解 ：与一般静力学分析过程一致，但必须激活预应力影响，通常只施加一个单位荷载就行了 3.获得特征屈曲解 : A.进入求解
