曾聽一位鋼結構領域的老前輩說過這麽一句話 ：假如沒有失穩現象 ，鋼結構的世界將變得索然無味 。

誠然 ，假如鋼結構設計無需考慮穩定問題 ，那麽鋼結構設計工作將會變的多麽簡單枯燥 ，畢竟 ，各向同性的鋼材特性致使鋼結構強度計算是那麽的簡單 。

何為失穩現象

與“失穩”（Instability）對應的另外一個詞叫“屈曲”(Buckling) ，這兩者之間是現象與本質的關係 ，“失穩”是現象 ，而“屈曲”是本質 。

與“屈曲”類似的另外一個詞叫“屈服”（Yield） ，這兩者之間雖僅是一字之差 ，但意義確實大相徑庭 。“屈曲”體現的是幾何問題 ，而“屈服”則是材料問題的一個表現 。

躍越失穩

在諸多複雜的失穩現象裏 ，有一種特殊的失穩類型叫“躍越失穩” 。雖不確定當年的老前輩為何將其命名為“躍越”兩字 ，但細想起來 ，這兩字用的是何其準確 。“躍”體現了失穩過程的動態 ，也描述了通過第一個極限狀態後快速進入第二個狀態的事實 ；“越”說明了第二個階段上升的空間將可能大於第一個階段 。“躍越失穩”的英語表達也是很形象 ：Snap-through Buckling 。

躍越失穩幾乎是扁平拱結構特有的麵內失穩形式 ，類似的還有扁平的殼體 。在豎向力作用下 ，此類結構的承載力先是有一段穩定的上升 ，當到達極限點A後 ，結構發生失穩現象 ，其承載力快速下降 ，一直到結構失穩變形達到一定程度（達到B點）後 ，結構進入另一個穩定狀態 ，承載力將再次上升（到達並超過C點） 。

躍越失穩的經典解析

早在1964年 ，英國布裏斯托大學的F.W.Williams首次在彈性穩定數值推導中考慮了彎曲變形的影響 ，並對完整失穩過程進行了準確的解析求解 。

從1964年至今的半個多世紀內 ，Williams的這條躍越失穩曲線已經成為經典 。

NIDA對躍越失穩的計算

作為一款出色的非線性計算軟件 ，NIDA自然不會放過與Williams解析結論比較的機會。

在NIDA中建立本算例的有限元模型顯得尤為簡單 ，因為NIDA軟件采用了由香港理工大學陳紹禮教授科研團隊開發的PEP梁單元 ，能實現一杆一單元的高效計算 。

ANSYS是工程領域內另一款赫赫有名的有限分析軟件 ，也可以用於分析這種躍越屈曲非線性問題 ，但由於ANSYS梁單元采用的是傳統的梁單元形函數 ，為了模擬非線性問題 ，隻能將一根杆件劃分為若幹單元 ，因此 ，計算效率會相對低一些.

薄殼躍越失穩

與拱結構類似 ，薄殼結構的躍越失穩同樣非常普遍 。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 ；物理參數為E=20500N/mm2 ，殼體厚度為11mm 。

總結

隨著計算工具的飛速發展 ，工程師對鋼結構失穩現象的精確模擬已不再是一種空想 。NIDA作為一款先進的結構計算和設計軟件 ，能夠協助結構工程師掌握複雜結構的力學本質 ，為精細化結構設計提供有力的技術保障 。