Abaqus解析:拉伸载荷下薄膜褶皱形成机制

众所周知,屈曲是从压缩负荷开始的。通常,它需要几何缺陷(裂缝,孔)或拉伸载荷破坏才能引起屈曲。但是,在某些边界条件下,拉伸负荷也可以诱发薄条带的屈曲。


如下图,两端夹紧细条(u,v = 0),在拉伸负荷下,夹紧端的Syy应为正,Syy随着距夹具端的距离增加并在中心变为零(长条带,l/b> 5)。
 



•为了满足力矩平衡,条带必须有压缩应力区;

•尽管值较小(占全局拉伸应力的〜0.55%),但压缩应力是导致拉伸负荷下的条带屈曲的根本原因


解释完薄膜拉伸载荷下的屈曲褶皱机理,我们能怎样模拟出来,下面来看一个简单的示例-铝箔带的拉伸褶皱模拟。设铝箔带尺寸如下:


•l = 1400mm,b = 200mm,t = 0.05mm


铝箔材料参数如下:

•E = 70GPA,v = 0.3(线性弹性),采用S4R壳单元。

•Step1(预紧力):要激发拉伸负荷下屈曲,条带必须要产生压缩应力区域

右端施加强制位移作为拉伸载荷,并让应力达到一个临界应力。

•Step2-buckle(线性屈曲模态):提取屈曲模态

•Step3-post buckling(后屈曲分析):提取的屈曲模态通过*imperfection添加到模型中,并使用Dynamic或准静态分析进行。



临界拉伸应力

• Buckle分析步中的初始拉伸应力应与临界拉伸应力大致相同;

•如果初始拉伸应力远小于临界拉伸应力,则不能提取拉伸屈曲模态。

•相反,提取具有负特征值的压缩模式

(如果将B.C.用于拉伸方向,则负特征值意味着结构将沿压缩方向扣紧)。

•临界拉伸应力可以如下图近似(对于泊松比= 0.3)。

Ref : [(Friedl et al., 2000, Buckling of stretched strips, Computers and Structures 78, 185-190]


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