结构的破坏模式（例如屈曲、弯扭屈曲、局部屈曲、剪切屈曲和壳体结构稳定性）的原因、行为及其影响的结构构件各不相同。 了解结构稳定性对于进行准确的分析和设计鲁棒结构至关重要。 本文将通过对每种失效类型的特征、主要原因和主要特征进行详细说明。 最后再附上一张对比表，帮助用户轻松识别和区分各种破坏类型。
在阅读本文时，请记住，所有这些破坏模式都可以使用德儒巴的结构稳定性模块进行分析。 使用该工具，您可以通过高级的有限元分析 (FEA) 方法来解决与这些失效类型相关的挑战。 在这里讨论的每一种失效模式都将附有一个示例，以便于深入理解。 此外，Dlubal 还提供了各种有价值的资源，例如知识库文章、常见问题解答、网络课堂等，您可以在 Dlubal 网站的相关部分中找到所有这些资源，以加深您对软件工程的了解。
弯曲屈曲
弯曲屈曲是整体失稳的一种形式，发生在受压构件中，导致构件在轴向压力的作用下弯曲或横向“屈曲”。 当超过临界荷载强度时，会出现这种现象，超过该临界荷载强度时，杆件将失去稳定性。 屈曲常见于细长柱或具有较大回转长度-半径比的杆件中。 对于弹性材料，此行为通常符合欧拉屈曲公式，但是根据材料和杆件的几何形状，可以涉及弹性或非弹性屈曲。
侧向屈曲
弯扭屈曲是指梁在受弯作用下发生的一种不稳定性，它会导致弯扭屈曲。 造成这种现象的主要原因是上翼缘受压，以及侧向支座不足。 该类型最常见于受弯构件，例如梁和弯矩，在这些受弯构件中弯矩应力起着重要作用。 影响弯扭屈曲的发生的因素有很多，例如无支撑的长度、截面形状和弯矩梯度。 分析弯扭屈曲时，通常使用弹性弯矩临界弯矩。
局部屈曲
局部屈曲是指截面内单个板单元（例如翼缘、腹板）的失效，而不导致整个杆件的全局失稳。 局部屈曲的主要原因是局部压应力超过板单元的临界屈曲应力。 这种屈曲常见于薄壁截面，例如工字梁，箱形梁和冷弯薄壁构件。 考虑到这一点很重要，因为它会影响杆件的强度和刚度，从而导致承载力可能降低。
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局部屈曲
剪切屈曲
剪切屈曲是指在杆件受剪力作用下，出现材料变形或侧向“屈曲”的结构失稳问题。 当结构受到的剪力超过临界值时，就会发生剪切屈曲，导致结构产生侧向变形或仰面变形。 当构件很薄，缺乏足够的侧向支座来抵抗剪力时，更容易发生这种情况。 因此，在如板、工字梁的腹板或其他在剪应力作用下的细长结构中经常会观察到剪切屈曲。 剪切屈曲应力是另一个影响剪切屈曲的关键参数，影响该应力的因素还有单元厚度、高宽比、边界条件和材料属性。
壳体屈曲
壳体屈曲是指薄壁弯曲结构（壳），例如圆柱形、球形或圆锥形（例如水箱、筒仓、管道）在压力或侧向荷载作用下失去稳定性的现象。 当这些荷载导致壳体变形，降低其承受进一步荷载的能力时，就可能导致显着变形甚至倒塌。 壳体屈曲的主要原因是应力的不均匀分布，通常由轴力、剪应力或外部压力引起。
比较表
上面已经对每种失效类型进行了定义并列出了它们的特征，那么表1中总结了它们之间的主要区别。 下表简要介绍了每种振型，涉及的主要结构构件，导致失效的主要荷载条件，产生的变形以及临界系数。
| 失效类型 | 主体结构构件 | Primary Load | 变形模式 | 临界系数 |
|---|---|---|---|---|
| 侧向屈曲 | 梁 | 弯矩 | 侧向位移 + 扭转 | 无支撑长度 |
| 剪切屈曲 | 板 | 剪力 | 斜向屈曲/收缩 | 板厚度 |
| 局部屈曲 | 板单元(例如翼缘) | 局部压应力 | 平面外变形 | 板的长细比 |
| 壳体稳定性 | 弯曲/壳结构 | 轴力、压力或剪力 | 复杂屈曲图案 | 缺陷、曲率 |
结束语
在结构设计中，如果在设计过程中没有正确考虑这些问题，则会出现一些常见的稳定性问题。 本文概述了五个此类问题： 屈曲，弯扭屈曲，局部屈曲，剪切屈曲，与壳体稳定性。 本文的主要目的是为了帮助您更好的了解结构荷载作用于荷载作用下振动的原因、作用方式以及受荷载影响的结构构件。 了解这些将使您能够识别和区分这些稳定性问题，为您将它们纳入分析以及设计有弹性和安全的结构打下基础。