構造の応答をたどる本格的な非線形増分/反復法は汎用性が高い上、比較的高い精度が得られますが、演算処理で大きな負荷が発生します。
座屈の基本的な重要性と設計への導入を考慮すると、座屈の発生が予想されるクリティカル荷重レベルを近似的に求める簡易法には、明確な存在価値があります。座屈発生前の応答が線形で、座屈発生前の変位による影響を無視できると見なせば、このような方法を構築できることが判明しています。座屈解析というこの方法は、初期安定性解析や古典的分岐解析とも呼ばれます。
ここでは、一般化した座屈解析法、および解析で使用する 2 つの具体的な方法について説明します。
これらの定義では、座屈は、荷重乗数 がクリティカル値
に達したときに発生します。座屈解析は、剛性マトリックス
の各係数が、加えた荷重に対して線形に変化すると見なすところから始まります。上記の説明にあるとおり、加えた荷重は、何らかのパラメータ(
など)に力の定数ベクトル
を乗じたものと考えることができます。
これを以下に図示します。ここでは、この平衡形状を 2 つの基本的な座屈タイプ (以降で詳しく説明します) について示しています。
極限点
.(a) 荷重、(b) 変位量
分岐点
.(a) 荷重、(b) 変位量
線形座屈法は、反り解析で得られた初期条件に基づかない、構造解析や反り解析で使用します。経験的に、反り問題に古典的座屈解析を使用することで、座屈荷重を正確に予測できることがわかっています。古典的方法が有効に機能するのは、座屈前の形状変化がきわめて少ないからです。つまり、 は優れた近似であるということができます。
この方法では、 = 0 として、
を
にきわめて近い値とします。つまり、ゼロ荷重およびきわめて小さい荷重を基準状態とします。非常に短いステップをとるので平衡反復は不要で、解析では手法 5 を使用したステップを実行します。
また、 という前提も採用します。この方法では、アップデートした座標を使用して応力を評価します。
応力を加える前の成分を分析する最も簡単で速い方法は、 = 0 および
= 0.001 とすることです。したがって、実行が必要なステップは 1 つのみです。また、平衡反復を実行しないので、この解法でのコストは、古典的方法でのコストよりわずかに大きい程度です。
線形化座屈法は、反り解析から得られた初期条件に基づく構造解析のみで使用します。これらの問題ではプロセスによる大きな残留応力が存在するので、古典的方法は適用できません。この状態は、 = 0 という前提と矛盾します。このような場合は、代わりに線形化座屈法を使用する必要があります。これは、座屈解析の初期条件を選択するときに [応力] に示されます。