结构失稳模式详解：弯曲屈曲、横向扭转屈曲、局部屈曲、剪切屈曲和壳体屈曲的特征与原因分析

概括

本文将介绍几种常见的不稳定模式，并了解它们的主要特点、原因及其表现形式。

结构不稳定模式（例如弯曲屈曲、横向扭转屈曲、局部屈曲、剪切屈曲和壳屈曲）在其根本原因、行为和受影响的结构组件方面有所不同。

彻底理解和识别这些稳定性问题对于进行准确分析和设计坚固的结构至关重要。本文将通过详细解释每种故障类型（包括其特征、主要原因和关键特征）来帮助您实现此目标。

最后，将提供一个比较表来总结不同故障类型之间的差异，以便您更容易识别和区分它们。

当您阅读本文时，请记住，所有这些故障模式都可以使用 Dlubal 的结构稳定性模块进行分析。通过利用此工具，您可以通过高级有限元分析 (FEA) 解决与这些故障类型相关的挑战。

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弯曲屈曲

弯曲屈曲发生在轴向压缩的构件中，其中压力导致构件横向弯曲或“弯曲”。当超过临界载荷（即构件在压力下失去稳定性的载荷）时，就会发生这种现象。

屈曲在细长柱或具有高长细比（长度与回转半径之比）的构件中最常见。这种行为通常由弹性材料的欧拉屈曲公式控制，但它可能涉及弹性或非弹性屈曲，具体取决于材料的特性和构件的几何形状。

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横向扭转屈曲

横向 - 扭转屈曲

横向扭转屈曲主要发生在弯梁上，这种屈曲方式引起构件的横向位移和扭转。造成这种失效模式的主要原因是受弯构件中受压凸缘受压以及受压凸缘侧向约束不足。

横向扭转屈曲的发生主要受以下因素影响：无支撑长度、截面形状、弯矩梯度等，一般通过横向扭转屈曲的弹性临界弯矩进行分析。

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局部屈曲

局部屈曲是指截面内板（腹板/翼缘）的屈曲，而不是构件整体的屈曲。

产生局部屈曲的主要原因是板件上的局部压应力超过板件的弹性临界屈曲应力。

这种屈曲主要发生在冷弯薄壁截面的构件上。在计算此类构件的强度和刚度时必须考虑局部屈曲的影响。

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剪切屈曲

剪切屈曲一般发生在受剪力作用的构件腹板上，引起腹板的横向变形或屈曲。

产生剪切屈曲的主要原因是剪力超过腹板的弹性临界屈曲载荷。

控制剪切屈曲的关键参数是剪切屈曲应力，其大小受以下因素影响：板厚/长宽比/边界条件/材料特性等。

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壳屈曲

壳体屈曲是指薄的弯曲结构（壳体），例如圆柱形、球形或圆锥形（例如储罐、筒仓、管道）在承受压力或横向载荷时失去稳定性的现象。

当这些载荷导致壳体变形，从而降低其继续承受载荷的能力时，可能会导致明显的变形甚至倒塌。

引起壳体屈曲的内力可以是：轴向压力/环向压力/剪切力。

壳的屈曲能力受以下因素影响：壳厚度/壳形状/边界条件/初始缺陷/材料特性等。

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对照表

现在已经定义了每种故障类型并概述了其特征，下表总结了它们之间的主要区别。该表提供了简明的概述，突出显示了每种失效模式的主要受影响结构元素、导致失效的主要载荷条件、产生的变形以及决定模式的关键因素。

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总结

在结构设计过程中可能会出现一些常见的稳定性问题，特别是如果在设计过程中没有充分考虑这些问题。本文概述了五个此类屈曲问题。本文旨在帮助您了解影响这些问题的根本原因、行为和结构元素。这些知识将使您能够识别和区分这些稳定性问题，为您将它们集成到分析和设计弹性且安全的结构中奠定坚实的基础。