曾聽(tīng)一位鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的老前輩說(shuō)過(guò)這么一句話：假如沒(méi)有失穩(wěn)現(xiàn)象，鋼結(jié)構(gòu)的世界將變得索然無(wú)味。

誠(chéng)然，假如鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)需考慮穩(wěn)定問(wèn)題，那么鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作將會(huì)變的多么簡(jiǎn)單枯燥，畢竟，各向同性的鋼材特性致使鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算是那么的簡(jiǎn)單。

何為失穩(wěn)現(xiàn)象

與“失穩(wěn)”（Instability）對(duì)應(yīng)的另外一個(gè)詞叫“屈曲”(Buckling)，這兩者之間是現(xiàn)象與本質(zhì)的關(guān)系，“失穩(wěn)”是現(xiàn)象，而“屈曲”是本質(zhì)。

與“屈曲”類似的另外一個(gè)詞叫“屈服”（Yield），這兩者之間雖僅是一字之差，但意義確實(shí)大相徑庭?！扒斌w現(xiàn)的是幾何問(wèn)題，而“屈服”則是材料問(wèn)題的一個(gè)表現(xiàn)。

躍越失穩(wěn)

在諸多復(fù)雜的失穩(wěn)現(xiàn)象里，有一種特殊的失穩(wěn)類型叫“躍越失穩(wěn)”。雖不確定當(dāng)年的老前輩為何將其命名為“躍越”兩字，但細(xì)想起來(lái)，這兩字用的是何其準(zhǔn)確。“躍”體現(xiàn)了失穩(wěn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)，也描述了通過(guò)第一個(gè)極限狀態(tài)后快速進(jìn)入第二個(gè)狀態(tài)的事實(shí)；“越”說(shuō)明了第二個(gè)階段上升的空間將可能大于第一個(gè)階段?！败S越失穩(wěn)”的英語(yǔ)表達(dá)也是很形象：Snap-through Buckling。

躍越失穩(wěn)幾乎是扁平拱結(jié)構(gòu)特有的面內(nèi)失穩(wěn)形式，類似的還有扁平的殼體。在豎向力作用下，此類結(jié)構(gòu)的承載力先是有一段穩(wěn)定的上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)極限點(diǎn)A后，結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，其承載力快速下降，一直到結(jié)構(gòu)失穩(wěn)變形達(dá)到一定程度（達(dá)到B點(diǎn)）后，結(jié)構(gòu)進(jìn)入另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，承載力將再次上升（到達(dá)并超過(guò)C點(diǎn)）。

躍越失穩(wěn)的經(jīng)典解析

早在1964年，英國(guó)布里斯托大學(xué)的F.W.Williams首次在彈性穩(wěn)定數(shù)值推導(dǎo)中考慮了彎曲變形的影響，并對(duì)完整失穩(wěn)過(guò)程進(jìn)行了準(zhǔn)確的解析求解。

從1964年至今的半個(gè)多世紀(jì)內(nèi)，Williams的這條躍越失穩(wěn)曲線已經(jīng)成為經(jīng)典。

NIDA對(duì)躍越失穩(wěn)的計(jì)算

作為一款出色的非線性計(jì)算軟件，NIDA自然不會(huì)放過(guò)與Williams解析結(jié)論比較的機(jī)會(huì)。

在NIDA中建立本算例的有限元模型顯得尤為簡(jiǎn)單，因?yàn)镹IDA軟件采用了由香港理工大學(xué)陳紹禮教授科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的PEP梁?jiǎn)卧軐?shí)現(xiàn)一桿一單元的高效計(jì)算。

ANSYS是工程領(lǐng)域內(nèi)另一款赫赫有名的有限分析軟件，也可以用于分析這種躍越屈曲非線性問(wèn)題，但由于ANSYS梁?jiǎn)卧捎玫氖莻鹘y(tǒng)的梁?jiǎn)卧魏瘮?shù)，為了模擬非線性問(wèn)題，只能將一根桿件劃分為若干單元，因此，計(jì)算效率會(huì)相對(duì)低一些.

薄殼躍越失穩(wěn)

與拱結(jié)構(gòu)類似，薄殼結(jié)構(gòu)的躍越失穩(wěn)同樣非常普遍。如下算例：

扁平圓柱殼，兩直邊鉸接而兩曲邊自由。幾何尺寸為R=2540mm，L=B=508mm；物理參數(shù)為E=20500N/mm2，殼體厚度為11mm。

總結(jié)

隨著計(jì)算工具的飛速發(fā)展，工程師對(duì)鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象的精確模擬已不再是一種空想。NIDA作為一款先進(jìn)的結(jié)構(gòu)計(jì)算和設(shè)計(jì)軟件，能夠協(xié)助結(jié)構(gòu)工程師掌握復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)本質(zhì)，為精細(xì)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供有力的技術(shù)保障。