几何非线性分析
随着位移增长一个有限单元已移动的坐标可以以多种方式改变结构的刚度一般来说这类问题总是是非线性的需要进行迭代获得一个有效的解
大应变效应
一个结构的总刚度依赖于它的组成部件单元的方向和单刚当一个单元的结点经历位移后那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变变首先如果这个单元的形状改变它的单元刚度将改变看图2─1(a)其次如果这个单元的取向改变它的局
部刚度转化到全局部件的变换也将改变
看图2─1b)小的变形和小的应变分析假定位移小到 足够使所得到的刚度改变无足轻重这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移什么时候使用小变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级 相反大应变分析说明由单元的形状和取向改变导致的刚度改变因为刚度受位移影响且反之亦然所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移通过发出
NLGEOM ON GUI 路径Main Menu>Solution>Analysis Options)来激活 大应变效应这效应改变单元的形状和取向且还随单元转动表面载荷
集中载荷和惯性载荷保持它们最初的方向在大多数实体单元
包括所有的大应变和超弹性单元以及部分的壳单元中大应变特性是可用的在ANSYS/Linear Plus 程序中大应变效应是不可用的
图1─11 大应变和大转动
大应变处理对一个单元经历的总旋度或应变没有理论限制
某些ANSYS 单元类型将受到总应变的实际限制──参看下面然而应限制应变增量以保持精度 因此总载荷应当被分成几个较小的步这可以NSUBST DELTIM AUTOTS 通过GUI 路径 Main Menu>Solution>Time/Prequent)
无论何时当系统是非保守系统来自动实现如在模型中有塑性或摩擦或者有多个大位移解存在如具有突然转换现象使用小的载荷增量具有双重重要性
关于大应变的特殊建模讨论
应力─应变
在大应变求解中所有应 力─应变输入和结果将依据真实应力和真实或对数应变一维时真实应变将表求为 对于响应的小应变区真实应变和工程应变基本上是一致的要从小工程应变转换成对数应变使用 要从工程应力转换成真实应力使用 这种应力
转化反对不可压缩塑性应力─应变数据是有效的
为了得到可接受的结果对真实应变超过50%
的塑性分析应使用大应变单元大应变与小应变分析的界定
VISCO106107及108
单元的形状
应该认识到在大应变分析的任何迭代中低劣的单元形状也就是大的纵横比过度的顶角以及具有负面积的已扭曲单元将是有害的因此你必须和注
意单元的原始形状一样注意的单元已扭曲的形状除了探测出具有负面积的单元外
ANSYS程序对于求解中遇到的低劣单元形状不发出任何警告必须进行人工检查如果已扭曲的网格是不能接受的可以人工改变开始网格在容限内以产生合理的最终结果参看图2─2
图2─2 在大应变分析中避免低劣单元形状的发展具有小应变的大偏移
小应变大转动
某些单元支持大的转动但不支持大的形状改变一种称作大挠度的大应变特性的受
限形式对这类单元是适用的在一个大挠度分析中单元的转动可以任意地大但是应变假定是小的大挠度效应没有大的形状改变在ANSYS/Linear Plus程序中是可用的在ANSYS/Mechanical,以及ANSYS/Structural产品中对于支持大应变特性的单元大挠度效应不能独立于大应变效应被激活在所有梁单元和大多数壳单元中以及许多非线性单元中这个特性是可用的通过打开NLGEOM ON GUI路径Main Menu>Solution>Anolysis Options来激活那些支持这一特性的单元中的大位移效应
应力刚化
结构的面外刚度可能严重地受那个结构中面内应力的状态的影响面内应力和横向刚度之间的联系通称为应力刚化在薄的高应力的结构中如缆索或薄膜中是最明显的一个鼓面当它绷紧时会产生垂向刚度这是应力强化结构的一个普通的例子尽管应力刚化理论假定单元的转动和应变是小的在某些结构的系统中如在图2─3a)中刚化应
力仅可以通过进行大挠度分析得到在其它的系统中如图2─3(b)中刚化应力可采用小挠度或线性理论得到
图2─3 应力硬化梁
要在第二类系统中使用应力硬化必须在第一个载荷步中发出SSTIF ON GUI路径
Main Menu>Solution>Analysis Options)ANSYS程序通过生成和使用一个称作应力刚化矩阵的辅助刚度矩阵来考虑应力刚化效应尽管应力刚度矩阵是使用线性理论得到的但由于应力应力刚度矩阵在每次迭代之间是变化的这个事实因而它是非线性的大应变和大挠度处理包括进初始应力效应作为它们的理论的一个子集对于许多实体和壳单元当大变型效应被激活时NLGEOM ON GUI路径Main Menu>Solution>Analysis Options)自动包括进初始硬化效应
在大变形分析中NLGEOM ON包含应力刚化效应SSTIF ON将把
应力刚度矩阵加到主刚度矩阵上以在具有大应变或大挠度性能的大多数单元中产生一个近似的协调切向刚度矩阵例外情况包括BEAM4和SHELL63以及不把应力刚化
列为特殊特点的任何单元对于BEAM4和SHELL63你可以通过设置KEYOPT2=1和NLGEOM ON在初始求解前激活应力刚化当大变形效应为ON开时这个KEYOPT 设置激活一个协调切向刚度矩阵选项当协调切向刚度矩阵被激活时也就是当KEYOPT 2=1且NLGEOM ON时SSTIF对BEAM4和SHELL63将不起作用
在大变型分析中何时应当使用应力刚化
对于大多数实体单元应力刚化的效应是与问题相关的在大变型分析中的应用可能提
高也可能降低收敛性在大多数情况下首先应该尝试一个应力刚化效应OFF关闭的分析如果你正在模拟一个受到弯曲或拉伸载荷的薄的结构当用应力硬化OFF关
时遇到收敛困难则尝试打开应力硬化
应力刚化不建议用于包含不连续单元由于状态改变刚度上经历突然的不连续变
化的非线性单元如各种接触单元SOLID65等等的结构对于这样的问题当应力刚化为ON开时结构刚度上的不连续线性很容易导致求解胀破
对于桁梁和壳单元在大挠度分析中通常应使用应力刚化实际上在应用这些单元
进行非线性屈曲和后屈曲分析时只有当打开应力刚化时才得到精确的解对于
BEAM4和SHELL63你通过设置单元KEYOPT2=1激活大挠度分析中NLGEOM
ON的应力刚化然而当你应用杆梁或者壳单元来模拟刚性连杆耦合端或者结构刚度的大变化时你不应使用应力刚化
注意无论何时使用应力刚化务必定义一系列实际的单元实常数使用不是成比例也就是人为的放大或缩小的实常数将影响对单元内部应力的计算且将相应地降低那个单元的应力刚化效应结果将是降低解的精度
旋转软化
旋转软化为动态质量效应调整软化旋转物体的刚度矩阵在小位移分析中这种调整近似于由于大的环形运动而导致几何形状改变的效应通常它和预应力[PSTRES]GUI
路径Main Menu>Solution>Analysis Options)一起使用这种预应力由旋转物体中的离心力所产生它不应和其它变形非线性大挠度和大应变一起使用旋转软化用OMEGA命令中的KPSIN来激活GUI路径Main
Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Structural-Other>Angular Velotity)
关于非线性分析的忠告和准则
着手进行非线性分析
通过比较小心地采用时间和方法可以避免许多和一般的非线性分析有关的困难下列建议对你可能是有益的
了解程序的运作方式和结构的表现行为
如果你以前没有使用过某一种特别的非线性特性在将它用于大的复杂的模型前构造一个非常简单的模型也就是仅包含少量单元以及确保你理解了如何处理这种特性
通过首先分析一个简化模型以便使你对结构的特性有一个初步了解对于非线性静态
模型一个初步的线性静态分析可以使你知道模型的哪一个区域将首先经历非线性响
应以及在什么载荷范围这些非线性将开始起作用对于非线性瞬态分析一个对梁质量块及弹簧的初步模拟可以使你用最小的代价对结构的动态有一个深入了解在你着手最终的非线性瞬时动态分析前初步非线性静态线性瞬时动态和/或模态分析同样地可以有助于你理解你结构的非线性动态响应的不同的方面
阅读和理解程序的输出信息和警告至少在你尝试后处理你的结果前确保你的问题
收敛对于与路程相关的问题打印输出的平衡迭代记录在帮助你确定你的结果是有效还是无效方面是特别重的
简化
尽可能简化最终模型如果可以将3─D结构表示为2─D平面应力平面应变或轴对称模型那么这样做如果可以通过对称或反对称表面的使用缩减你的模型尺寸那么这
样做然而如果你的模型非对称加载通常你不可以利用反对称来缩减非线性模型的大小由于大位移反对称变成不可用的如果你可以忽略某个非线性细节而不影响你模型的关键区域的结果那么这样做
只要有可能就依照静态等效载荷模拟瞬时动态加载
考虑对模型的线性部分建立子结构以降低中间载荷或时间增量及平衡迭代所需要的计算时间
采用足够的网格密度
考虑到经受塑性变形的区域要求一个合理的积分点密度每个低阶单元将提供和高阶单元所能提供的一样多积分点数因此经常优先用于塑性分析在重要塑性区域网格密度变得特别地重要因为大挠度要求对于一个精确的解个单元的变形弯曲不能超过30
度
在接触表面上提供足够的网格密度以允许接触应力以一种平滑方式分布
提供足够用于分析应力的网格密度那些应力或应变关心的面与那些需要对位移或非线性解析处的面相比要求相对好的网格
使用足够表征最高的重要模态形式的网格密度所需单元数目依赖于单元的假定位移形
状函数以及模态形状本身
使用足够可以用来分析通过结构的任何瞬时动态波传播的网格密度如果波传播是重要
的那么至少提供20个单元来分析一个波长
逐步加载
对于非保守的与路径相关的系统你需要以足够小的增量施加载荷以确保你的分析紧
紧地跟随结构的载荷响应曲线
有时你可以通过逐渐地施加载荷提高保守系统的收敛特性从而使所要求的
Newton_Raphson平衡迭代次数最小
合理地使用平衡迭代
务必允许程序使用足够多的平衡迭代NEQIT在缓慢收敛路径无关的分析中这会是
特别重要的
相反地在与路径严重相关的情况下可能不应该增加平衡迭代的最大次数超过程序的
缺省值25如果路径相关问题在一个给定的子步内不能快速收敛那么你的解可能偏离理论载荷响应路径太多这个问题当你的时间步长太大时出现通过强迫你的分析在一个较小的迭代次数后终止你可以从最后成功地收敛的时间步重起动ANTYPE建
立一个较小的时间步长然后继续求解打开二分法2AUTOTS ON会自动地用一个
较小的时间步长重起动求解
克服收敛性问题
如果问题中出现负的主对角元计算出过度大的位移或者仅仅没能在给定的最大平衡迭代次数内达到收敛则收敛失败发生收敛失败可能表明出结构物物理上的不稳定性
或者也可能仅是有限无模型中某些数值问题的结果ANSYS程序提供几种可以用来在分析中克服数值不稳性的工具如果正在模拟一个实际物理意义上不稳定的系统也就是具有零或者负的刚度那么将拥有更多的棘手问题有时你可以应用一个或更多的模拟技巧来
获得这种情况下的一个解让我们来探讨一下某些你可以用来尝试提高你的分析的收敛性能的技术
打开自动时间步长
当打开自动时间步长时往往需要一个小的最小的时间步长或者大的最大的步长数当有接触单元如CONTACT48CONTACT12等等时使用自动时间分步程序可能
趋向于重复地进行二分法直到它达到最小时间步长然后程序将在整个求解期间使用最小时间步长这样通常产生一个稳定但花费时间的解接触单元具有一个控制程序在它的时间步选择中将是多么保守的选项设置KEYOPT7这样允许你加速在这些情况下
的运行时间
对于其它的非线性单元你需要仔细地选择你的最小时间步如果你选择一个太小的最
小时间步自动时间分步算法可能使你的运行时间太长相反地使你的最小时间步长太大可能导致不收敛
务必对时间步长设置一个最大限度DELTIM或者NSUBST特别别是对于复杂
的模型这确保所有重要的模态和特性将被精确地包含进这在下列情况下可能是重要的具有局部动态行为特性的问题例如涡轮叶片和轮毂部件在这些问题中系统的
低频能量含量以优势压倒高频范围
具有很短的渐进加载时间问题如果时间步长允许变得太大载荷历程的渐进部分可
能不能被精确地表示出来
包含在一个频率范围内被连续地激励的结构的问题例如地震问题
当模拟运动结构具有刚体运动的系统时注意分析输入或系统驱动频率所要求的
时间步通常比分析结构的频率所要求的大几个数量级采用这样粗略的一个时间步会将相当大的数值干扰引入解中求解甚至可能变得不稳定
下面这些准则通常可以帮助你获得一个好的解
如果实际可行采用一个至少可以分析系统的第一阶非零频率的时间步长
把重要的数值阻尼在TINTP命令中0.05P1加到求解中以过滤出高频噪音特别是如果采用了一个精略的时间步长时由于阻尼质量矩阵乘子ALPHAD命令会阻碍系统的刚体运动零频率模态在一个动态运动分析中不要使用它
避免强加的位移历程说明因为强加的位移输入具有理论上加速度上的无限突跃
对于Newmark时间积分算法其导致稳定性问题
使用二分法
无论何时你打开自动时间步长AUTOTS ON二分法被自动激活这个特性通常
会使你能够从由于采用一个太大的时间步导致的收敛失败中恢复它受最小时间步长限制NSUBST DELTIM二分法对于任何对加载步长敏感的分析一般是有益的对于发现
一个非线性系统的屈曲临界负载它同样是有用的
使用Newton-Raphson选项和自适应下降因子
Newton-Raphson选项的最佳选择将依据存在于你模型中的非线性种类变化尽管通过让程序选择Newton-Raphson选项NROPT AUTO通常你会获得最佳的收敛特性但也可能偶尔遇到使用一些其它选择会更有效的情况例如如果非线性材料的行为发生在你模型的一个相对小的区域中采用修正的Newton-Raphson或者初始刚度选项可以降低分析的总体CPU代价自适应下降因子NROPT和塑性以及某些非线性单元包括接触单元同时使用在几乎没有载荷重新分配的情况下通过关闭这个特性你可以获得更快的收敛性自适应下降在仅有大挠度的非线性的问题中几乎没有效果
使用线性搜索
线性搜索LNSRCH作为一个对自适应下降NROPT的替代会是有用的一般地你不应同时既激活线性搜索又激活自适应下降线性搜索方法通常导致收敛但在时间上它可能是缓慢的和昂贵的特别是具有塑性时在下列情况下你可以设置线搜索为打开状
态
当你的结构是力加载的其与位移控制的相反时
如果你正在分析一个刚度增长的薄膜结构如一根钓鱼杆
如果你注意到从程序的输出信息你的分析正导致自适应下降频频被激活
应用预测
预测PRED基于基于前一个时间步的求解预估在这个时间步中的求解情况因此
可能减少所需的平衡迭代次数如果非线性响应相对地平滑这个特性会是有益的在大转动和粘弹性分析中它一般不是有益的
应用弧长方法
对于许多物理意义上不稳定的结构你可以应用弧长方法ARCLEN ARCTRM来
获得数值上稳定的解当应用弧长方法时请记住下列考虑事项
弧长方法限制于仅具有渐进加载方式的静态分析
程序由第一个子步的第一次迭代的载荷或位移增量计算出参考弧长半径采用
下列公式
参考弧长半径=总体载荷或位移NSBSTP
这里NSBSTP是NSUBST命令中指定的子步数
当选择子步数时考虑到更多的子步将导致很长的求解时间理想地你会选择一个
最佳有效解所需的最小子步数或许你不得不对所需的子步数进行评诂按照
需要调整后再重新求解
当弧长方法是激活的时不要使用线搜索LNSRCH预测PRED自适应下
降NROPT ON自动时间分步AUTOTS TIME DELTIM或时间积分效
应TIMINT
不要尝试将收敛建立在位移的基础上CNVTOL U使用力的收敛准则CNVTOL
F
要用弧长方法来帮助使求解时间最小化一个单一子步中的最大平衡迭代数应当小于或等于15
如果一个弧长求解在规定的最大迭代次数内NEQIT没能收敛程序将自动进行
二分且继续分析直到获得一个收敛的解或者最小的弧长半径被采用最小半径由NSUBST NSUBST和MINARC ARCLEN定义
一般地你不能应用这种方法来在一个确定的载荷或位移值处获得一个解因为这个值随获得的平衡态改变沿球面弧注意图1─4中给定的载荷仅用作一个起始点
收敛处的实际载荷有点小
类似地当在一个非线性屈曲分析中应用弧长方法来在某些已知的容限范围内确定一个极限载荷或位移的值可能是困难的通常你不得不通过尝试─错误─再尝试调整参考弧长半径使用NSUBST来在极限点处获得一个解应用带二分AUTOTS 的标准NEWTON-RAPHSON迭代来确定非线性载荷屈曲临界负载的值可能会更方便
通常你应当避免和弧长方法一起使用JCG或者PCG求解器EQSLV因为弧长方法可能会产生一个负定刚度矩阵负的主对角线用这些求解器其可能导致求解失败
在任何载荷步的开始你可以从Newton-Raphson迭代方法到弧长方法自由转换然
而要从弧长到Newton-Raphson迭代转换你必须终止分析然后重起动且在重起动的第一个载荷步中去杀死弧长方法ARCLEN OFF一个弧长求解在这些情况下终止
当由ARCTRM或NCNV命令定义的极限达到时
当在所施加的载荷范围内求解收敛时
当你使用一个放弃文件时Jobname.ABT
使用载荷位一移曲线作为用于评价和调整你的分析以帮助你获得所需结果的准则通常对于每一个分析都绘制你的载荷一偏移曲线采用POST26命令是一种好的作法经常地一个不成功的弧长分析可以归因于弧长半径或者太大或者太小沿载荷一偏移曲线原路返回的回漂是一种由于使用太大或太小弧长半径导致的典型难点研究载荷偏移曲线来理解这个问题然后使用NSUBST和ARCLEN命令来调整弧长半径的大小和范围为合适的值
总体弧长载荷因子SOLU命令中的ALLF项或者会是正的或者会是负的类似地TIME其在弧长分析中相关于总体弧长载荷因数同样会不是正的就是负的ALLF或TIME的负值表示弧长特性正在以反方向加载以便保持结构中的稳定性负的ALLF或者TIME值一般会在各种突然转换分析中遇到
当将弧长结果读入基本数据用于POSTI后处理时SET你总是应当引用由它的载荷步
和子步号LSTEP和SBSTEP或者进它的数据设置号所设定的所需结果数据不要引用用TIME值的结果因为TIME值在一个弧长分析中并不总是单调增加的单一的一个TIME值可能涉及多于一个的解此外程序不能正确地解释负的TIME值C其可能在一个突然转换分析中遇到
如果TIME为负的记住在产生任何POST26图形前定义一个合适的变化范围
IXRANGE或者IYRANGE
在你的模型响应中人为地抑制发散
如果你不想使用弧长方法来分析一个在奇异零刚度形状时开始开或者通过奇异形状的力加载的结构时有时你可以使用其它的技术来人工地抑制模型响应中的发散在某些情况下你可以使用强加的位移来替代所施加的力这种方法可以用于在较靠近
平衡位置处开始一个静态分析或者用于控制整个不稳定响应期间如突然转换或后翘曲的位移
其它在阻止由于初始不稳定性所造成的问题时有效的技术包括使用带有强加的初始应
变的应力刚化SSTIF致冷也就是增加暂时的人工热应变或者将一个静态问
题执行为一个缓慢动态分析也就是在任意一个载荷步尝试使用时间积分效应阻止解发散
你也可以应用控制单元如COMBIN37或者应用其它单元的出生和死亡选项对不稳定
的DOFs施加暂时的人工刚度这里的想法是在中期的载荷步期间人为地约束系统以阻止不符合实际的大位移被计算出随着系统变位到稳定的形态人工刚度被移去
应用雅各比共轭梯度求解器
这个求解器通过EQSLV命令获得在经历某一奇异划零零刚度状态的分析中会是有用的叶?JCG求解器来说相对大的求解容差有时会涂抹掉这种奇异性导
致载荷一位移曲线的斜度具有某些假的非零值在EQSLV中这个求解器的容限不是非线性收敛容限
雅各比共轭梯度求解器仅是一种求解线性矩阵方程的替代方法这种求解器的使用不能替代任何方式的非线性处理
关闭特殊的单元形状
有时在非线性分析中使用无中节点单元的形状选项会产生收敛困难
合理地使用出生和死亡
认识到结构的刚度矩阵的任何突然改变可能会导致收敛问题当激活或杀死单元时试着将变化分散在若干子步内如果需要采用一个小的时间步长来完成这种变化也要注意到随着你激活或杀死单元可能会产生的奇异性如尖的再生角像这样的奇异性可能产生收敛问题
检验你的分析结果
好的有限无分析FEA过程总是要求你检验你的结果你需要自己证明你理解了程序
你正在正确地使用它以及你的分析结果正确地体现出你的结构的物理特性在检验你的非线性分析时你可以使用若干标准验证技术
标准分析
一个确保你了解如何恰当地施加程序的特殊特性的好的方法是通过进行一个或多个标准分析在一个标准分析中一般是你对一个有理论解存在的简单结构进行独立地分析这里的想法是通过将你的FEA结果与已知结果相对照以验证你可以正确地运用程序的特性当然标准分析结构应当与要分析的完整结构非常相似ANSYS Verification Manual 是标准问题的一种较好的来源
结果合理么
大多数工程师在他们职业的早期就认识到要对他们的数值结果的有效性提出疑问无论这些结果是通过手工计算计算机分析还是一些其它方法得到的在你开始任何分析前你总是应当对你期望获得的结果至少具有一个粗略的概念通过经验试验标准分析等等获得如果你最终的结果似乎不合理也就是如果它们不同于你的期望值你应当
确信你理解了这是为什么好的工程实际要求你总是使你的分析结果和合理的期望值相一致
理解你的输出
记住ANSYS程序将一个非线性分析作为一系列带修正的线性近似来完成程序的打印输出给出你关于这些近似和修正发展的连续反馈打印输出或者直接出现在你的屏幕上
记录在Jobname.OUT中或者被写入某些其它人文件OUTPUT你可以在POST中应
用PRITER命令或者在POST26中应用SOLU和PRV AR命令检查这种类似的信息在你接受结果前你应当确信你理解了你的分析的迭代历程特别地不要忽视任何还没有完全理解它们意思的程序错误和警告声明
作载荷和响应历程的曲线图
这种检验技巧可以认为是两种其它技巧的图形结合对合理性的检查和考察迭代历程载荷和响应历程的POST26图形表示应当和你所知道的你结构特性的期望值相一致重要的结果位移反作用力应力等等应当显示出相对平滑的响应历程任何非平滑性可能表示采用了一个太粗略的时间步
大应变分析实例GUI方法
在这个实例分析中我们将进行一个两块钢板压一个圆盘的非线性分析
问题描述
由于上下两块钢板的刚度比圆盘的刚度大得多钢板与圆盘壁面之间的和摩擦足够大因此在建模时只建立圆盘的模型
用轴对称单元模拟圆盘求解通过单一载荷步来实现由于模型和载荷的上下对称性我们只需建立圆盘的上半部分模型由于钢板的刚度很大因此我们在建模时将圆盘上面结点的Y方向上的位移耦合起来又由于钢板与圆盘壁面之间的和摩擦足够大圆盘与钢板之间不会产生滑动因此我们将圆盘上面结点的X方向的位移约束起来
问题详细说明
下列材料性质应用于这个问题
EX=1000 (杨氏模量
NUXY=0.35泊松比
Yield Strength =1 屈服强度
Tang Mod=2.99剪切模量
步骤一建立模型给定边界条件
在这一步中建立计算分析所需要的模型定义单元类型材料性质
划分网格给定边界条件并将数据库文件保存为exercise1.db
在此对这一步的过程不作详细叙述
步骤二恢复数据库文件exercise.db
Utility Menu>File>Resume from
步骤三进入求解器
Main Menu>solution
步骤四定义分析类型和选项
1选择菜单路径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis.
单击Static来选中它然后单击OK
2择菜单路径Main Menu>Solution>Analysis Options
Analysis Options对话框出现
3单击Large deform effects option(大变型效应选项使之为ON然
后单击OK
步骤五打开预测器
Main menu>solution-Load Set Opts-Nonlinear>Predictor
步骤六在结点14的Y方向施加一个大小为-0.3的位移
Main menu >Solution -Load -Apply >displacement >On Nodes
步骤七设置载荷步选项
1选择菜单路径Main Menu>Solution>-Load Step
Options-Time/Frequenc>time&Substep Time&Substep Option(时间和时间步选
项对话框出现
2对time at end of Load Step(载荷步终止时间键入0.3
3对Number of substeps (子步数键入120
4单击automatic time stepping option自动时间步长选项使之为ON然后单击OK
5选择菜单路径Main Menu>Solution>-Load Step Options-OutputCtrls>DB/Results File. Coutrols for Database and Results File
Writing(对数据库和结果文件写入的控制对话框出现
6单击Every Nth substep每隔N个子步且选中它
7对于Value of N (N的值键入-10然后单击OK
8单击ANSTS Toolbar上的SA VE_DB
步骤八求解问题
1选择菜单路径Main Menu>Solution>-Solve-Current LS
2检阅状态窗口中的信息然后单击close
3单击Solve Current Load Step(求解当前载荷步对话框中的OK开始求解
步骤九进行所需要的后处理
大应变分析实例命令流方法
Fini
/cle
/prep7
/title,upsetting of an axisymmetric disk
et,1,106,,,1
mp,ex,1,1000
mp,nuxy,,0.3
tb,biso,1
tbdata,,1,2.99
rect,0,6,0,1.5
lesi,1,,,12
lesi,2,,,5
mshape,0,2d mshkey,1 amesh,all
nsel,y,1.5
cp,1,uy,all
nsel,all
fini
/solu
nsel,s,loc,x,0 dsym,symm,x nsel,s,loc,y,0 dsym,symm,y nsel,all
d,all,uz
nsel,y,1.5
d,all,ux
nsel,all
fini
save,exercise1,db resume,exercise1,db /solusion nlgeom,on
pred,on
d,14,uy,-0.3
time,0.3
autot,on
nsubst,120 outres,all,-10 solve
fini
/post1
set,last
/dsca,,1
pldi,2
plns,nl,sv
fini
/post26
rfor,2,14,f,y
add,2,2,,,,,,-1.0 plva,2
fini
第一章结构静力分析
1 1 结构分析概述
结构分析的定义结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域结构这个术语是一个广义的概念它包括土木工程结构如桥梁和建筑物汽车结构如车身骨架海洋结构如船舶结构航空结构如飞机机身等同时还包括机械零部件如活塞传动轴等等
在ANSYS产品家族中有七种结构分析的类型结构分析中计算得出的基本未知量节点自由度是位移其他的一些未知量如应变应力和反力可通过节点位移导出
静力分析---用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等静力分析包括线性和非线性分析而非线性分析涉及塑性应力刚化大变形大应变超弹性接触面和蠕变
模态分析---用于计算结构的固有频率和模态
谐波分析---用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应
瞬态动力分析---用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质
谱分析---是模态分析的应用拓广用于计算由于响应谱或PSD输入随机振动引起的应力和应变
曲屈分析---用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态ANSYS可进行线性特征值和非线性曲屈分析
显式动力分析---ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题
此外前面提到的七种分析类型还有如下特殊的分析应用
断裂力学
复合材料
疲劳分析
p-Method
结构分析所用的单元绝大多数的ANSYS单元类型可用于结构分析单元型
从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元
1 2 结构线性静力分析
静力分析的定义
静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应它不考虑惯性和阻尼的影响如结构受随时间变化载荷的情况可是静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响如重力和离心力以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷如通常在
许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷
静力分析中的载荷
静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移应力应变和力固定不变的载荷和响应是一种假定即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢静力分析所施加的载荷包括
外部施加的作用力和压力
稳态的惯性力如中力和离心力
位移载荷
温度载荷
线性静力分析和非线性静力分析
静力分析既可以是线性的也可以是非线性的非线性静力分析包括所有的非线性类型
大变形塑性蠕变应力刚化接触间隙单元超弹性单元等本节主要讨论线性静力分析非线性静力分析在下一节中介绍
线性静力分析的求解步骤
1建模
2施加载荷和边界条件求解3结果评价和分析
目录
非线性结构分析的定义 1
非线性行为的原因 1
非线性分析的重要信息 3
非线性分析中使用的命令8
非线性分析步骤综述8 第一步建模 9
第二步加载且得到解 9
第三步考察结果16
非线性分析例题GUI方法 20
第一步设置分析标题 21
第二步定义单元类型21
第三步定义材料性质22
第四步定义双线性各向同性强化数据表22
第五步产生矩形22
第六步设置单元尺寸23
第七步划分网格23
第八步定义分析类型和选项23
第九步定义初始速度24
第十步施加约束24
第十一步设置载荷步选项24
第十二步求解25
第十三步确定柱体的应变25
第十四步画等值线26
第十五步用Post26定义变量26
第十六步计算随时间变化的速度26
非线性分析例题命令流方法 27
1 3 非线性结构静力分析
非线性结构的定义
在日常生活中,会经常遇到结构非线性例如无论何时用钉书针钉书金属钉书钉将永久地弯曲成一个不同的形状看图1─1a如果你在一个木
架上放置重物随着时间的迁移它将越来越下垂看图1─1b当在
汽车或卡车上装货时它的轮胎和下面路面间接触将随货物重量的啬而变化看图1─1c如果将上面例子所载荷变形曲线画出来,你将发现它们都显
示了非线性结构的基本特征--变化的结构刚性.
图1─1 非线性结构行为的普通例子
非线性行为的原因
引起结构非线性的原因很多它可以被分成三种主要类型
状态变化包括接触
许多普通结构的表现出一种与状态相关的非线性行为,例如一根只能拉伸的电缆可能
是松散的,也可能是绷紧的轴承套可能是接触的,也可能是不接触的, 冻土可能是冻结的,也可能是融化的这些系统的刚度由于系统状态的改变在不同的值之间突然变化状态改变也许和载荷直接有关如在电缆情况中也可能由某种外部原因引起如在冻土中的紊乱热
力学条件ANSYS程序中单元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模
接触是一种很普遍的非线性行为接触是状态变化非线性类型形中一个特殊而重要的子集
几何非线性
它变化的几何形状可能会引起结构的非线性地响应一个例的垂向刚性随着垂向载荷的增加杆不断弯曲以致于动力臂明显地减少导致杆端显示出在
较高载荷下不断增长的刚性
图1─2 钓鱼杆示范几何非线性
材料非线性
许多因素可以影响材料的应力
──应变性质包括加载历史如在弹─塑性响应状况下环境状况如温度加载的时间总量如在蠕变响应状况下
牛顿一拉森方法
ANSYS程序的方程求解器计算一系列的联立线性方程来预测工程系统的响应然而非线性结构的行为不能直接用这样一系列的线性方程表示需要一系列的带校正的线性近似来求解非线性问题
逐步递增载荷和平衡迭代
一种近似的非线性救求解是将载荷分成一系列的载荷增量可以在几个载荷步内或者在一个载步的几个子步内施加载荷增量在每一个增量的求解完成后继续进行下一个载荷增量之前程序调整刚度矩阵以反映结构刚度的非线性变化遗憾的是纯粹的增量近似不可避免地随着每一个载荷增量积累误差导种结果最终失去平衡如图1─3a所示所示
.
a 纯粹增量式解b)全牛顿拉普森迭代求解2个载荷增量
图8─3 纯粹增量近似与牛顿拉普森近似的关系ANSYS程序通过使用牛顿拉普森平衡迭代克服了这种困难它迫使在每一个载荷增量的末端解达到平衡收敛在某个容限范围内图1─3b)描述了在单自由度非线性分析中
牛顿拉普森平衡迭代的使用在每次求解前NR方法估算出残差矢量这个矢量是回复力对应于单元应力的载荷和所加载荷的差值程序然后使用非平衡载荷进行线性求解且核查收敛性如果不满足收敛准则重新估算非平衡载荷修改刚度矩阵获得新解持续这种迭代过程直到问题收敛
ANSYS程序提供了一系列命令来增强问题的收敛性如自适应下降线性搜索自动载荷步及二分等可被激活来加强问题的收敛性如果不能得到收敛那么程序或者继续计算下一个载荷前或者终止依据你的指示
对某些物理意义上不稳定系统的非线性静态分析如果你仅仅使用NR方法正切刚度矩阵可能变为降秩短阵导致严重的收敛问题这样的情况包括独立实体从固定表面分离的静态接触分析结构或者完全崩溃或者突然变成另一个稳定形状的非线性弯曲问题对这样的情况你可以激活另外一种迭代方法弧长方法来帮助稳定求解弧长方法导致NR平衡迭代沿一段弧收敛从而即使当正切刚度矩阵的倾斜为零或负值时也往往阻止发散这种迭代方法以图形表示在图1─4中
图1─4传统的NR方法与弧长方法的比较
非线性求解的组织级别
非线性求解被分成三个操作级别载荷步子步平衡迭代
顶层级别由在一定时间范围内你明确定义的载荷步组成假定载荷在载荷步内
是线性地变化的
在每一个载荷是步内为了逐步加载可以控制程序来执行多次求解子步或时间步在每一个子步内程序将进行一系列的平衡迭代以获得收敛的解
图1─5说明了一段用于非线性分析的典型的载荷历史
图1─5载荷步子步及时间
收敛容限
当你对平衡迭代确定收敛容限时你必须答这些问题
你想基于载荷变形还是联立二者来确定收敛容限
既然径向偏移以弧度度量比对应的平移小你是不是想对这些不同的条目建立不同的收敛准则
当你确定收敛准则时ANSYS程序会给你一系列的选择你可以将收敛检查建立在力力矩位移转动或这些项目的任意组合上另外每一个项目可以有不同的收敛容限值对多自由度问题你同样也有收敛准则的选择问题
当你确定你的收敛准则时记住以力为基础的收敛提供了收敛的绝对量度而以位移为基础的收敛仅提供了表观收敛的相对量度因此你应当如果需要总是使用以力为基础或以力矩为基础的收敛容限如果需要可以增加以位移为基础或以转动为基础的收敛检查但是通常不单独使用它们
图1─6说明了一种单独使用位移收敛检查导致出错情况在第二次迭代后计算出的位移很小可能被认为是收敛的解尽管问题仍旧远离真正的解要防止这样的错误应当使
用力收敛检查
图1─6完全依赖位移收敛检查有时可能产生错误的结果
保守行为与非保守行为过程依赖性
如果通过外载输入系统的总能量当载荷移去时复原我们说这个系统是保守的如果能量被系统消耗如由于塑性应变或滑动摩擦我们说系统是非保守的一个非守恒系统的
例子显示在图1─7
一个保守系统的分析是与过程无关的通常可以任何顺序和以任何数目的增量加载而不影响最终结果相反地一个非保守系统的分析是过程相关的必须紧紧跟随系统的实际加载历史以获得精确的结果如果对于给定的载荷范围可以有多于一个的解是有效的如在突然转变分析中这样的分析也可能是过程相关的过程相关问题通常要求缓慢加载也就是使用许多子步到最终的载荷值
图1─7 非守恒过程相关的过程
子步
当使用多个子步时你需要考虑精度和代价之间的平衡更多的子步骤也就是小的时间步通常导致较好的精度但以增多的运行时间为代价ANSYS提供两种方法来控制
子步数
子步数或时间步长
我们即可以通过指定实际的子步数也可以通过指定时间步长控制子步数自动时间步长
ANSYS程序基于结构的特性和系统的响应来调查时间步长
子步数
如果你的结构在它的整个加载历史期间显示出高度的非线性特点而且你对结构的行为子解足够好可以确保深到收敛的解那么你也许能够自己确定多小的时间步长是必需的且对所有的载荷步使用这同一时间步务必允许足够大的平衡迭代数
自动时间分步
如果你预料你的结构的行为将从线性到非线性变化你也许想要在系统响应的非线性部分期间变化时间步长在这样一种情况你可以激活自动时间分步以便随需要调整时间步长获得精度和代价之间的良好平衡同样地如果你不确信你的问题将成功地收敛你也许想要使用自动时间分步来激活ANSYS程序的二分特点
二分法提供了一种对收敛失败自动矫正的方法无论何时只要平衡迭代收敛失败二分法将把时间步长分成两半然后从最后收敛的子步自动重启动如果已二分的时间步再次收敛失败二分法将再次分割时间步长然后重启动持续这
一过程直到获得收敛或到达最小时间步长由你指定
载荷和位移方向
当结构经历大变形时应该考虑到载荷将发生了什么变化在许多情况中无论结构如
何变形施加在系统中的载荷保持恒定的方向而在另一些情况中力将改变方向随着单元方向的改变而变化
ANSYS程序对这两种情况都可以建模依赖于所施加的载荷类型加速度和集中力将不管单元方向的改变而保持它们最初的方向表面载荷作用在变形单元表面的法向且可被用来模拟跟随力图1─8说明了恒力和跟随力
注意──在大变形分析中不修正结点坐标系方向因此计算出的位移在最初的方向上输出
图1─8 变形前后载荷方向
非线性瞬态过程的分析
用于分析非线性瞬态行为的过程与对线性静态行为的处理相似以步进增量加载程序在每一步中进行平衡迭代静态和瞬态处理的主要不同是在瞬态过
程分析中要激活时间积分效应因此在瞬态过程分析中时间总是表示实际的时序
自动时间分步和二等分特点同样也适用于瞬态过程分析
非线性分析中用到的命令
使用与任何其它类型分析的同一系列的命令来建模和进行非线性分析同样无论你正在进行何种类型的分析你可从用户图形界面GUI选择相似的选项来建模和求解问题本章后面的部分非线性实例分析命令给你显示了使用批处理方法用 ANSYS
分析一个非线性分析时的一系列命令另一部分非线性实例分析GUI方法给你显示
了如何从ANSYS的GUI中执行同样的例子分析
非线性分析步骤综述
尽管非线性分析比线性分析变得更加复杂但处理基本相同只是在非线形分析的适当过程中添加了需要的非线形特性
如何进行非线性静态分析
非线性静态分析是静态分析的一种特殊形式如同任何静态分析处理流程主要由三个主要步骤组成
1建模
2加载且得到解
3考察结果
步骤1建模
这一步对线性和非线性分析都是必需的尽管非线性分析在这一步中可能包括特殊的单元或非线性材料性质如果模型中包含大应变效应应力─应变数据必须依据真实应力和真实或对数应变表示
步骤2加载且得到解
在这一步中你定义分析类型和选项指定载荷步选项开始有限无求解既然非线性求解经常要求多个载荷增量且总是需要平衡迭代它不同于线性求解处理过程如下
1进入ANSYS求解器
命令/Solution
GUI Main Menu>Solution
2定义分析类型及分析选项分析类型和分析选项在第一个载荷步后也就是在你发出你的第一个SOLVL命令之后不能被改变ANSYS提供这些选项用于静态分析
表1─1 分析类型和分析选项
这些选项中的每一个都将在下面详细地解释
选项新的分析ANTYPE
一般情况下会使用New Analysis(新的分析
选项分析类型静态ANTYPE
选择Static静态
选项大变形或大应变选项GEOM
并不是所有的非线性分析都将产生大变形参看使用几何非线性对大变型的进一步讨论
选项应力刚化效应SSTIF
如果存在应力刚化效应选择ON
选项牛顿拉普森选项NROPT
仅在非线性分析中使用这个选项这个选项指定在求解期间每隔多久修改一次正切矩阵你可以指定这些值中的一个
程序选择NROPT ANTO程序基于你模型中存在的非线性种类选择用这些选项中
的一个在需要时牛顿拉普森方法将自动激活自适应下降
全NROPT FNLL程序使用完全的牛顿拉普森处理方法在这种处理方法中每进
行一次平衡迭代修改刚度矩阵一次如果自适应下降是关闭的程序每一次平衡迭代都使用正切刚度矩阵我们一般不建议关闭自适应下降但是你或许发现这样做可能
更有效如果自适应下降是打开的缺省只要迭代保持稳定也就是只要残余项减小且没有负主对角线出现程序将仅使用正切刚度阵如果在一次迭代中探测到发散倾向程序抛弃发散的迭代且重新开始求解应用正切和正割刚度矩阵的加权组合当迭代回到收敛模式时程序将重新开始使用正切刚度矩阵对复杂的非线性问题自适应下降通常将提高程序获得收敛的能力
修正的NROPT MODI程序使用修正的牛顿拉普森方法在这种方法中正切刚
度矩阵在每一子步中都被修正在一个子步的平衡迭代期间矩阵不被改变这个选项不适用于大变形分析自适应下降是不可用的
初始刚度NROPT INIT程序在每一次平衡迭代中都使用初始刚度矩阵这一选项比
完全选项似乎较不易发散但它经常要求更多次的迭代来得到收敛它不适用于大变形分析自适应下降是不可用的
选项方程求解器
对于非线性分析使用前面的求解器缺省选项
3在模型上加载记住在大变型分析中惯性力和点载荷将保持恒定的方向但表面力将跟随结构而变化
4指定载荷步选项这些选项可以在任何载荷步中改变下列选项对非线性静态分析是可用的
普通选项
普通选项包括下列
Time(TIME)
ANSYS程序借助在每一个载荷步末端给定的TIME参数识别出载荷步和子步使用TIME 命令来定义受某些实际物理量如先后时间所施加的压力等等限制的TIME值程序通过这个选项来指定载荷步的末端时间
注意──在没有指定TIME值时程序将依据缺省自动地对每一个载荷步按1.0 增加TIME 在第一个载荷步的末端以TIME=1.0开始
时间步的数目NSUBST
时间步长DELTIM
非线性分析要求在每一个载荷步内有多个子步或时间步这两个术语是等效的从而ANSYS可以逐渐施加所给定的载荷得到精确的解NSUBST和DELTIM命令都获得同样的效果给定载荷步的起始最小及最大步长NSNBST 定义在一个载荷步内将被使用的子步的数目而DELTIM明确地定义时间步长如果自动时间步长是关闭的那么起始子步长用于整个载荷步缺省时是每个载荷步有一个子步
渐进式或阶跃式的加载
在与应变率无关的材料行为的非线性静态分析中通常不需要指定这个选项因为依据缺省载荷将为渐进式的阶跃式的载荷KBC1除了在率─相关材料行为情状下蠕变或粘塑性在静态分析中通常没有意义
自动时间分步AUTOTS
这一选项允许程序确定子步间载荷增量的大小和决定在求解期间是增加还是减小时间步子步长缺省时是OFF关闭
你可以用AUTOTS命令打开自动时间步长和二分法通过激活自动时间步长可以让程序决定在每一个载荷步内使用多少个时间步
在一个时间步的求解完成后下一个时间步长的大小基于四种因素预计在最近过去的时间步中使用的平衡迭代的数目更多次的迭代成为时间步长减小的原因对非线性单元状态改变预测当状态改变临近时减小时间步长
ANSYS 非线性分析指南(1) 基本过程 第一章结构静力分析 1. 1 结构分析概述 结构分析的定义： 结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构，如桥梁和建筑物；汽车结构，如车身、骨架；海洋结构，如船舶结构；航空结构，如飞机机身、机翼等，同时还包括机械零部件，如活塞传动轴等等。 在ANSYS 产品家族中有七种结构分析的类型，结构分析中计算得出的基 本未知量- 节点自由度，是位移；其他的一些未知量，如应变、应力和反力， 可通过节点位移导出。 七种结构分析的类型分别是： a. 静力分析- 用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析 包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性、应力刚化、大变形、大应变、超弹性、接触面和蠕变，等。 b. 模态分析- 用于计算结构的固有频率和模态。 c. 谐波分析- 用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 d. 瞬态动力分析- 用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 e. 谱分析- 是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD 输入 随机振动引起的应力和应变。 f. 屈曲分析- 用于计算屈曲载荷和确定屈曲模态，ANSYS 可进行线性特征值和非线性屈曲分析。 g. 显式动力分析- ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复 杂的接触问题。 除了前面提到的七种分析类型，还有如下特殊的分析应用： ? 断裂力学 ? 复合材料 ? 疲劳分析
? p-Method 结构分析所用的单元：绝大多数的ANSYS 单元类型可用于结构分析。单元类型从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳单元和大应变实体单元 1.2 结构线性静力分析 静力分析的定义： 静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的响应。它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载荷的情况。可是静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响，如重力和离心力；以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷，如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷。 静力分析中的载荷： 静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应力、应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢，静力分析所施加的载荷包括： ? - 外部施加的作用力和压力 ? - 稳态的惯性力如中力和离心力 ? - 位移载荷 ? - 温度载荷 线性静力分析和非线性静力分析 静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有的非线性类型：大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触、间隙单元、超弹性单元等，本节主要讨论线性静力分析，非线性静力分析在下一节中介绍。 线性静力分析的求解步骤 1 建模 2 施加载荷和边界条件求解 3 结果评价和分析
ansys学习－非线性静态分析实例 问题描述 一个子弹以给定的速度射向壁面。壁面假定是刚性的和无摩擦的。将研究子弹和壁面接触后达80微秒长的现象。目的是确定子弹的整个变形，速度历程，以及最大等效Von Mises应变。求解使用SI单位。 用轴对称单元模拟棒。求解最好能通过单一载荷步实现。在这个载荷步中，将同时施加初始速度和约束。将圆柱体末端的节点Y方向约束住以模拟一固壁面。打开自动时间分步来允许ANSYS 确定时间步长。定义分析结束的时间为8E-5秒，以确保有足够长的时间来扑捉整个变形过程。 问题详细说明 下列材料性质应用于这个问题： EX=117.0E09 (杨氏模量） DENS=8930.0 （密度） NUXY=0.35（泊松比） Yield Strength=400.0OE06（屈服强度） Tangent Modulus （剪切模量） 下列尺寸应用于这个问题： 长=32.4E-3m 直径=6.4E-3m 对于这个问题的初始速度是227.0。 图1铜圆柱体图解 求解步骤： 步骤一：设置分析标题 1、选择菜单路径：Utility Menn>File>ChangeTitle。
2、键入文字“Coppery Cylinder Impacting a Rigid Wall” 3、单击OK。 步骤二：定义单元类型 1、选择菜单路径Mail Menu>Preprocessor>Element Type>All/Edit/Delete。 2、单击Add。Library of Element Types(单元类型库）对话框出现。 3、在靠近左边的列表中，单击“Visio Solid”仅一次。 4、选靠近右边的列表中，单击“4node Plas 106”仅一次。 5、单击OK。Library of Element Types 对话框关闭。 6、单击Options (选项）。VISCO106 element type Options(visco106单元类型选项）对话框出现。 7、在关于element behavior（单元特性）的卷动柜中，卷动到“Axisymmetric” 且选中它。 8、单击OK。 9、单击Element Types (单元类型）对话框中的Close。 步骤三：定义材料性质 1、选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic. Isotropic Matersal Properties (各向同性材料性质）对话框出现。 2、单击OK来指定材料号为1。另一个I sotropic Material Properties对话框出现。 3、对杨氏模量（EX）键入117.0E09 4、对密度（DENS）键入8930。 5、对泊松比（NUXY）键入0.35。 6、单击OK。 步骤四：定义双线性各向同性强化数据表（BISO） 1、选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Matersal Props>Data Tables> Define/Activate . Define/Activate Data Table(定义数据表）对话柜出现。 2、在关于type of data table(数据表类型）的卷动框中，卷动到“Bilin isotr BISO”且选中它。 3、对material reference number(材料参考号）健入1。 4、对number of temperatures(温度数）键入1和单击OK。 5、选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Data Tables>Edit Active. Data Table BISO对话框出现。 6、对YLD Strs(屈服应力）键入400.0e06。 7、对 Tang Mod(剪切模量）键入100.0e06。 8、选择File>Apply & Quit。 9、选择菜单路径Main Menu>Preprosessor>Material Porps>Data Tables>Graph. Graph Data Tables(图形表示数据表）对话框出现。 10、单击OK接受绘制BISO表的缺省。一个BISO表的标绘图出现在ANSYS图形窗口中。 11、在ANSYS TooLbar上单击SAVE_DB。 步骤五、产生矩形 在这一步中，你产生一个代表柱体半横截面积的矩形。
第三章几何非线性与屈曲分析 3.1 几何非线性 3.1.1 大应变效应 一个结构的总刚度依赖于它的组成部件（单元）的方向和单刚。当一个单元的结点经历位移后，那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变。首先，如果这个单元的形状改变，它的单元刚度将改变（图3-1(a)）。其次，如果这个单元的取向改变，它的局部刚度转化到全局部件的变换也将改变（图3-1（b））。小的变形和小的应变分析假定位移小到足够使所得到的刚度改变无足轻重。这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移（什么时候使用“小”变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级）。 相反，大应变分析考虑由单元的形状和取向改变导致的刚度改变。因为刚度受位移影响，且反之亦然，所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移。通过发出NLGEOM，ON（GUI路径Main Menu>Solution>Analysis Options)，来激活大应变效应。这种效应改变单元的形状和取向，且还随单元转动表面载荷。（集中载荷和惯性载荷保持它们最初的方向。）在大多数实体单元（包括所有的大应变和超弹性单元），以及部分的壳单元中大应变特性是可用的。在ANSYS/Linear Plus程序中大应变效应是不可用的。 图3－1 大应变和大转动 大应变过程对单元所承受的总旋度或应变没有理论限制。（某些ANSYS单元类型将受到总应变的实际限制──参看下面。）然而，应限制应变增量以保持精度。因此，总载荷应当被分成几个较小的步，这可用〔NSUBST，DELTIM，AUTOTS〕命令自动实现(通过GUI路径Main Menu>Solution>Time/Frequent)。无论何时如果系统是非保守系统，如在模型中有塑性或摩擦，或者有多个大位移解存在，如具有突然转换现象，使用小的载荷增量具有双重重要性。 3.1.2 应力－应变 在大应变求解中，所有应力─应变输入和结果将依据真实应力和真实（或对数）应变（一维时，
!ANSYS命令流学习笔记10-利用APDL在WorkBench中进行非线性屈曲分析 !学习重点： !1、强化非线性屈曲知识 首先了解屈曲问题。在理想化情况下,当F < Fcr时, 结构处于稳定平衡状态，若引入一个小的侧向扰动力，然后卸载, 结构将返回到它的初始位置。当F > Fcr时, 结构处于不稳定平衡状态, 任何扰动力将引起坍塌。当F = Fcr时,结构处于中性平衡状态，把这个力定义为临界载荷。在实际结构中, 几何缺陷的存在或力的扰动将决定载荷路径的方向。在实际结构中, 很难达到临界载荷，因为扰动和非线性行为, 低于临界载荷时结构通常变得不稳定。 要理解非线性屈曲分析，首先要了解特征值屈曲。特征值屈曲分析预测一个理想线弹性结构的理论屈曲强度，缺陷和非线性行为阻止大多数实际结构达到理想的弹性屈曲强度，特征值屈曲一般产生非保守解, 使用时应谨慎。 !理论解，根据Euler公式。其中μ取决于固定方式。 !有限元方法， 已知在特征值屈曲问题： 求解，即可得到临界载荷 而非线性屈曲问题： 其中为结构初始刚度，为有缺陷的结构刚度，为位移矩阵，为载荷矩阵。 非线性屈曲分析时考虑结构平衡受扰动（初始缺陷、载荷扰动）的非线性静力分析，该分析时一直加载到结构极限承载状态的全过程分析，分析中可以综合考虑材料塑性、几何非线性、接触、大变形。非线性屈曲比特征值屈曲更精确，因此推荐用于设计或结构的评价。 !2、熟悉WB中非线性屈曲分析流程 (1) 前处理，施加单元载荷，进行预应力静力分析。 (2) 基于预应力静力分析，指定分析类型为特征值屈曲分析，完成特征值屈曲分析。 (3) 在APDL模块将一阶特征屈曲模态位移乘以适当系数，将此变形后的形状当做非线性分析的初始模型。
ANSYS结构非线性分析指南连载四--第四章材料非线性分析 (二) (2014-04-27 10:47:15) 转载▼ 标签： it 4.3 超弹性分析 4.3.1 超弹理论 4.3.1.1 超弹的定义 一般工程材料（例如金属）的应力状态由一条弹塑性响应曲线来描述，而超弹性材料存在一个弹性势能函数，该函数是一个应变或变形张量的标量函数，而该标量函数对应变分量的导数就是相应的应力分量。 上式中：[S]＝第二皮奥拉－克希霍夫应力张量 W＝单位体积的应变能函数 [E]＝拉格朗日应变张量 拉格朗日应变可以由下式表达：[E]＝1/2（[C]-I） 其中：[I]是单位矩阵，[C]是有柯西－格林应变张量 其中[F]是变形梯度张量，其表达式为： x：变形后的节点位置矢量 X：初始的节点位置矢量 如果使用主拉伸方向作为变形梯度张量和柯西－格林变形张量的方向，则有： 其中： J=初始位置与最后位置的体积比 材料在第i个方向的拉伸率 在ANSYS程序中，我们假定超弹材料是各向同性的，在每个方向都有完全相同的材料特性，在这种情况下，我们既可以根据应变不变量写出应变能密度函数，也可以根据主拉伸率写出应变能密度函数。 应变不变量是一种与坐标系无关的应变表示法。使用它们就意味着材料被假定是各向同性的。Mooney －Rivlin和Blatz－Ko应变能密度函数都可以用应变不变量表示，应变不变量可以柯西－格林应变张量和主拉伸率表示出来：
一个根据应量不变量写出来的应变能密度函数如下： 为材料常数，上式是两个常数的Mooney－Rivlin应变能密度函数。 超弹材料可以承受十分大的弹性变形，百分之几百的应变是很普遍的，既然是纯弹性应变，因此超弹性材料的变形是保守行为，与加载路径无关。 4.3.1.2 不可压缩缩性 大多数超弹材料，特别是橡胶和橡胶类材料，都是几乎不可压缩的，泊松比接近于0.5，不可压缩材料在静水压力下不产生变形，几乎不可压缩材料的泊松比一般在0.48至0.5之间（不包含0.5），对这些材料，在单元公式中必须考虑不可压缩条件。在ANSYS程序中，不可压缩超弹单元修改了应变能密度函数，在单元中明确地包含了压力自由度。压力自由度使不可压缩条件得到满足，而不降低求解速度。压力自由度是一种内部自由度，被凝聚在单元内部。 4.3.1.3 超弹单元 有三种单元适合于模拟超弹性材料： 不可压缩单元有HYPE56，58，74和158，这些单元适用于模拟橡胶材料。 可压缩单元有HYPER84和86，HYPER84既可以是4节点矩形也可以是8节点矩形单元，这种单元主要用来模拟泡沫材料。 18X族单元(除LIMK和BEAM单元外，包括SHELL181, PLANE182,PLANE183,SOLID185,SOLID186,和SOLID187)。18X族单元消除了体积锁定，既适用于不可压材料，又适用于可压材料。参见《ANSYS Elements Reference》的“Mixed U-P Formulations”。 4.3.2 超弹材料选项 超弹性可用于分析橡胶类材料(elastomers)，这种材料可承受大应变和大位移，但体积改变极微(不可压缩)。这种分析需用到大应变理论[ NLGEOM ,ON]。图4-13是一个例子。 图4-13 超弹性结构 在ANSYS超弹性模型中，材料响应总是假设各向同性和等温性。由于这一假设，应变能势函数按应变不变量来表示。除非明确指出，超弹性材料还假设为几乎或完全不可压缩材料。材料热膨胀也假定为各向同性的。 ANSYS在模拟不可压缩或几乎不可压缩超弹性材料时，应变能势函数有几种选项。这些选项均适用于SHELL181,PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187 单元。可以通过TB ,HYPER 命令的 TBOPT参数进入这些选项。
目录 非线性结构分析的定义 (1) 非线性行为的原因 (1) 非线性分析的重要信息 (3) 非线性分析中使用的命令 (8) 非线性分析步骤综述 (8) 第一步：建模 (9) 第二步：加载且得到解 (9) 第三步：考察结果 (16) 非线性分析例题（GUI方法） (20) 第一步：设置分析标题 (21) 第二步：定义单元类型 (21) 第三步：定义材料性质 (22) 第四步：定义双线性各向同性强化数据表 (22) 第五步：产生矩形 (22) 1
第六步：设置单元尺寸 (23) 第七步：划分网格 (23) 第八步：定义分析类型和选项 (23) 第九步：定义初始速度 (24) 第十步：施加约束 (24) 第十一步：设置载荷步选项 (24) 第十二步：求解 (25) 第十三步：确定柱体的应变 (25) 第十四步：画等值线 (26) 第十五步：用Post26定义变量 (26) 第十六步：计算随时间变化的速度 (26) 非线性分析例题（命令流方法） (27) 非线性结构分析 非线性结构的定义 在日常生活中,会经常遇到结构非线性。例如，无论何时用钉书针钉书，金 2
属钉书钉将永久地弯曲成一个不同的形状。（看图1─1（a））如果你在一个木架上放置重物，随着时间的迁移它将越来越下垂。（看图1─1（b））。当在 汽车或卡车上装货时，它的轮胎和下面路面间接触将随货物重量的啬而变化。（看图1─1（c））如果将上面例子所载荷变形曲线画出来,你将发现它们都显示了非线性结构的基本特征--变化的结构刚性. 图1─1 非线性结构行为的普通例子 3
非线性行为的原因 引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型： 状态变化（包括接触） 许多普通结构的表现出一种与状态相关的非线性行为,例如，一根只能拉伸的电缆可能是松散的,也可能是绷紧的。轴承套可能是接触的,也可能是不接触的, 冻土可能是冻结的,也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改变在不同的值之间突然变化。状态改变也许和载荷直接有关（如在电缆情况中），也可能由某种外部原因引起（如在冻土中的紊乱热力学条件）。ANSYS程序中单元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。 接触是一种很普遍的非线性行为，接触是状态变化非线性类型形中一个特殊而重要的子集。 几何非线性 如果结构经受大变形，它变化的几何形状可能会引起结构的非线性地响应。一个例的垂向刚性）。随着垂向载荷的增加，杆不断弯曲以致于动力臂明显地减少，导致杆端显示出在较高载荷下不断增长的刚性。 4
关于非线性分析的几点忠告 了解程序的运作方式和结构的表现行为 如果你以前没有使用过某一种特别的非线性特性，在将它用于大的，复杂的模型前，构造一个非常简单的 模型（也就是，仅包含少量单元），以及确保你理解了如何处理这种特性。 通过首先分析一个简化模型，以便使你对结构的特性有一个初步了解。对于非线性静态模型，一个初步的 线性静态分析可以使你知道模型的哪一个区域将首先经历非线性响应，以及在什么载荷范围这些非线性将 开始起作用。对于非线性瞬态分析，一个对梁，质量块及弹簧的初步模拟可以使你用最小的代价对结构的 动态有一个深入了解。在你着手最终的非线性瞬时动态分析前，初步非线性静态，线性瞬时动态，和/或模 态分析同样地可以有助于你理解你结构的非线性动态响应的不同的方面。 阅读和理解程序的输出信息和警告。至少，在你尝试后处理你的结果前，确保你的问题收敛。对于与路程 相关的问题，打印输出的平衡迭代记录在帮助你确定你的结果是有效还是无效方面是特别重的。 简化 尽可能简化最终模型。如果可以将3─D结构表示为2─D平面应力，平面应变或轴对称模型，那么这样做， 如果可以通过对称或反对称表面的使用缩减你的模型尺寸，那么这样做。（然而，如果你的模型非对称加 载，通常你不可以利用反对称来缩减非线性模型的大小。由于大位移，反对称变成不可用的。）如果你可 以忽略某个非线性细节而不影响你模型的关键区域的结果，那么这样做。 只要有可能就依照静态等效载荷模拟瞬时动态加载。 考虑对模型的线性部分建立子结构以降低中间载荷或时间增量及平衡迭代所需要的计算时间。 采用足够的网格密度 考虑到经受塑性变形的区域要求一个合理的积分点密度。每个低阶单元将提供和高阶单元所能提供的一样
第25例非线性分析综合应用实例----钢板卷制成圆筒 本例介绍了综合利用ANSYS非线性分析功能模拟将钢板卷制成圆筒的方法和步骤。25.1问题描述 将钢板卷制成圆筒一般要使用卷板机。图25-1所示为对称式三辊卷板机， 该机器将钢板卷制成圆筒时分为三个步骤：首先，上辊下降使钢板发生挠曲，钢板挠曲线的最低点首先发生屈服；然后，下辊转动驱动钢板向前移动，使钢板各点发生同样的屈服形成圆筒；最后，圆筒卷制完成，上辊上升卸下筒体。 图25-1对称式三辊卷板机 用ANSYS模拟将钢板卷制成圆筒，相应地也分为三个步骤。由于第二个步骤需要模拟上、下辊转动，而ANSYS的SOLIDn单元不支持大转动，位移边界条件不能施加大的转动角度，所以上、下辊需要用壳单元建立有限元模型。上、下辊与钢板的作用需要用接触模拟，钢板卷制成圆筒材料发生屈服，产生大变形, 所以钢板卷制成圆筒包括状态非线性、材料非线性和结构非线性三种非线性。 用ANSYS模拟将钢板卷制成圆筒，计算结果可以得到圆筒直径与上辊下压量的关系，上、下辊受力大小，上、下辊的变形，下辊驱动力矩及卸载回弹等重
25.2 命令流 /CLEAR /FILNAM, EXAMPLE25 /CONFIG, NRES, 2000 /PREP7 /PNUM, VOLU, ON ET, 1, SHELL181 ET, 2, SOLID186 MP, EX, 1, 2E11 MP, DENS, 1, 7800 MP, NUXY, 1, 0.3 MP, EX, 2, 2E11 MP, DENS, 2, 7800 MP, NUXY, 2, 0.3 TB, BKIN, 2, 1 TBTEMP, 0 TBDATA,, 240E6, 0 SECTYPE, 1, SHELL SECDATA, 0.02 CYLIND, 0.38/2, 0, 0.2, 1.7, 0, 360 要数据。因为分析过程复杂，步骤较多，所以本例只采用命令流法执行命令。 !清除数据库，新建文件 ! 指定任务名为?EXAMPLE25 “ !设置最大子步数 !前处理 !进入前处理器 !打开体号 !选择单元类型，壳单元用于划分上、下辊 !实体单元用于划分钢板 !定义材料模型 1 的弹性模量 ! 定义材料模型 1 的密度 !定义材料模型 1 的泊松比 !定义材料模型 2 的弹性模量 ! 定义材料模型 2 的密度 !定义材料模型 2 的泊松比 ! 定义材料模型 2 的屈服极限、切向模量 !定义截面 !壳厚度
ansys计算非线性时会绘出收敛图，其中横坐标是cumulative iteration number 纵坐标是absolute convergence norm。他们分别是累积迭代次数和绝对收敛范数，用来判断非线性分析是否收敛。 ansys在每荷载步的迭代中计算非线性的收敛判别准则和计算残差。其中计算残差是所有单元内力的范数，只有当残差小于准则时，非线性叠代才算收敛。ansys的位移收敛是基于力的收敛的,以力为基础的收敛提供了收敛量的绝对值，而以位移为基础的收敛仅提供表现收敛的相对量度。一般不单独使用位移收敛准则,否则会产生一定偏差,有些情况会造成假收敛.(ansys非线性分析指南--基本过程Page.6) 。因此ansys官方建议用户尽量以力为基础（或力矩）的收敛误差，如果需要也可以增加以位移为基础的收敛检查。ANSYS缺省是用L2范数控制收敛。其它还有L1范数和L0范数，可用CNVTOL命令设置。在计算中L2值不断变化，若L2 a n s y s学习非线性静态分 析实例 Newly compiled on November 23, 2020 ansys学习－非线性静态分析实例 问题描述 一个子弹以给定的速度射向壁面。壁面假定是刚性的和无摩擦的。将研究子弹和壁面接触后达80微秒长的现象。目的是确定子弹的整个变形，速度历程，以及最大等效Von Mises应变。求解使用SI单位。 用轴对称单元模拟棒。求解最好能通过单一载荷步实现。在这个载荷步中，将同时施加初始速度和约束。将圆柱体末端的节点Y方向约束住以模拟一固壁面。打开自动时间分步来允许ANSYS确定时间步长。定义分析结束的时间为8E-5秒，以确保有足够长的时间来扑捉整个变形过程。 问题详细说明 下列材料性质应用于这个问题： EX= (杨氏模量） DENS= （密度） NUXY=（泊松比） Yield Strength=（屈服强度） Tangent Modulus （剪切模量） 下列尺寸应用于这个问题： 长=-3m 直径=-3m 对于这个问题的初始速度是。 图1铜圆柱体图解 求解步骤： 步骤一：设置分析标题 1、选择菜单路径：Utility Menn>File>ChangeTitle。 2、键入文字“Coppery Cylinder Impacting a Rigid Wall” 3、单击OK。 步骤二：定义单元类型 1、选择菜单路径Mail Menu>Preprocessor>Element Type>All/Edit/Delete。 2、单击Add。Library of Element Types(单元类型库）对话框出现。 3、在靠近左边的列表中，单击“Visio Solid”仅一次。 4、选靠近右边的列表中，单击“4node Plas 106”仅一次。 5、单击OK。Library of Element Types 对话框关闭。 6、单击Options (选项）。VISCO106 element type Options(visco106单元类型选项）对话框出现。 7、在关于element behavior（单元特性）的卷动柜中，卷动到“Axisymmetric” 且选中它。 8、单击OK。 9、单击Element Types (单元类型）对话框中的Close。 步骤三：定义材料性质 1、选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic. Isotropic Matersal Properties (各向同性材料性质）对话框出现。 2、单击OK来指定材料号为1。另一个I sotropic Material Properties对话框出现。 3、对杨氏模量（EX）键入 4、对密度（DENS）键入8930。 5、对泊松比（NUXY）键入。 6、单击OK。 步骤四：定义双线性各向同性强化数据表（BISO） 1、选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Matersal Props>Data Tables> Define/Activate . Define/Activate Data Table(定义数据表）对话柜出现。 2、在关于type of data table(数据表类型）的卷动框中，卷动到“Bilin isotr BISO”且选中它。 3、对material reference number(材料参考号）健入1。 4、对number of temperatures(温度数）键入1和单击OK。 5、选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Data Tables>Edit Active. Data Table BISO对话框出现。 6、对YLD Strs(屈服应力）键入。 7、对 Tang Mod(剪切模量）键入。 第一章钢筋混凝土结构非线性分析概述 1.1 钢筋混凝土结构的特性 1.钢筋混凝土结构由两种材料组成，两者的抗拉强度差异较大，在正常使用阶段，结构或构件就 处在非线性工作阶段，用弹性分析方法分析的结构内力和变形无法反映结构的真实受力状况； 2.混凝土的拉、压应力-应变关系具有较强的非线性特征； 3.钢筋与混凝土间的黏结关系非常复杂，特别是在反复荷载作用下，钢筋与混凝土间会产生相对 滑移，用弹性理论分析的结果不能反映实际情况； 4.混凝土的变形与时间有关：徐变、收缩； 5.应力-应变关系莸软化段：混凝土达到强度峰值后有应力下降段； 6.产生裂缝以后成为各向异形体。 混凝土结构在荷载作用下的受力-变形过程十分复杂，是一个变化的非线性过程。 1 1.2 混凝土结构分析的目的和主要内容 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中新增的主要内容：(1)混凝土的本构关系和多轴强度：给出了单轴受压、受拉非线性应力-应变（本构）关系，混凝土二轴强度包络图、三轴抗压强度图和三轴应力状态破坏准则；（2）结构分析：规范概括了用于混凝土结构分析的5类方法，列入了结构非线性分析方法。 一、结构分析的基本目的：计算在各类荷载作用下的结构效应——内力、位移、应力、应变 根据设计的结构方案确定合理的计算简图，选择不利荷载组合，计算结构内力，以便进行截面配筋计算和采取构造措施。 二、结构分析的主要内容：（1）确定结构计算简图：考虑以下因素：(a)能代表实际结构的体形和 尺寸；(b)边界条件和连接方式能反映结构的实际受力状态，并有可靠的构造措施；(c)材料性能符合结构的实际情况；(d)荷载的大小、位置及组合应与结构的实际受力吻合；(e)应考虑施工偏差、初始应力及变形位移状况对计算简图进行适当修正；(f)根据结构受力特点，可对计算简图作适当简化，但应有理论或试验依据，或有可靠的工程经验；(g)结构分析结果应满足工程设计的精度要求。（2）结构作用效应分析：根据结构施工和使用阶段的多种工况，分别进行结构分析，确定最不利荷载效应组合。根据荷载工况，对结构进行整体或局部特殊部位分析，以保证结构安全。 三、混凝土结构分析的方法和手段： 2 第四章子结构 什么是子结构？ 子结构就是将一组单元用矩阵凝聚为一个单元的过程。这个单一的矩阵单元称为超单元。在ANSYS分析中，超单元可以象其他单元类型一样使用。唯一的区别就是必须先进行结构生成分析以生成超单元。子结构可以在ANSYS/Mutiphysics，ANSYS/Mechanical和ANSYS/Structural中使用。 使用子结构主要是为了节省机时，并且允许在比较有限的计算机设备资源的基础上求解超大规模的问题。原因之一如a)非线性分析和带有大量重复几何结构的分析。在非线性分析中，可以将模型线性部分作成子结构，这样这部分的单元矩阵就不用在非线性迭代过程中重复计算。在有重复几何结构的模型中（如有四条腿的桌子），可以对于重复的部分生成超单元，然后将它拷贝到不同的位置，这样做可以节省大量的机时。 子结构还用于模型有大转动的情况下。对于这些模型，ANSYS假定每个结构都是围绕其质心转动的。在三维情况下，子结构有三个转动自由度和三个平动自由度。在大转动模型中，用户在使用部分之前无须对子结构施加约束，因为每个子结构都是作为一个单元进行处理，是允许刚体位移的。 另外一个原因b)一个问题就波前大小和需用磁盘空间来说相对于一个计算 1 机系统太庞大了。这样，用户可以通过子结构将问题分块进行分析，每一块对于计算机系统来说都是可以计算的。 如何使用子结构 子结构分析有以下三个步骤： ●生成部分 ●使用部分 ●扩展部分 生成部分就是将普通的有限元单元凝聚为一个超单元。凝聚是通过定义一组主自由度来实现的。主自由度用于定义超单元与模型中其他单元的边界，提取模型的动力学特性。图4-1是一个板状构件用接触单元分析的示意。由于接触单元需要迭代计算，将板状构件形成子结构将显著地节省机时。本例中，主自由度是板与接触单元相连的自由度。 图4-1 子结构使用示例 2 a n s y s学习非线性静态 分析实例 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】 ansys学习－非线性静态分析实例 问题描述 ??? 一个子弹以给定的速度射向壁面。壁面假定是刚性的和无摩擦的。将研究子弹和壁面接触后达80微秒长的现象。目的是确定子弹的整个变形，速度历程，以及最大等效Von Mises应变。求解使用SI单位。 用轴对称单元模拟棒。求解最好能通过单一载荷步实现。在这个载荷步中，将同时施加初始速度和约束。将圆柱体末端的节点Y方向约束住以模拟一固壁面。打开自动时间分步来允许ANSYS确定时间步长。定义分析结束的时间为8E-5秒，以确保有足够长的时间来扑捉整个变形过程。 问题详细说明 下列材料性质应用于这个问题： EX=? (杨氏模量） DENS=?? （密度） NUXY=（泊松比） Yield Strength=（屈服强度） Tangent Modulus??? （剪切模量） 下列尺寸应用于这个问题： 长=-3m 直径=-3m 对于这个问题的初始速度是。 ? ?????????????????????????????????????????????????????????? 图1铜圆柱体图解 求解步骤： 步骤一：设置分析标题 1、选择菜单路径：Utility Menn>File>ChangeTitle。 2、键入文字“Coppery Cylinder Impacting a Rigid Wall” 3、单击OK。 步骤二：定义单元类型 1、选择菜单路径Mail Menu>Preprocessor>Element Type>All/Edit/Delete。 2、单击Add。Library of Element Types(单元类型库）对话框出现。 3、在靠近左边的列表中，单击“Visio Solid”仅一次。 4、选靠近右边的列表中，单击“4node Plas 106”仅一次。 5、单击OK。Library of Element Types 对话框关闭。 6、单击Options (选项）。VISCO106 element type Options(visco106单元类型选项）对话框出现。 7、在关于element behavior（单元特性）的卷动柜中，卷动到“Axisymmetric” 且选中它。 8、单击OK。 9、单击Element Types (单元类型）对话框中的Close。 步骤三：定义材料性质 1、选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic. Isotropic Matersal Properties (各向同性材料性质）对话框出现。 2、单击OK来指定材料号为1。另一个I sotropic Material Properties对话框出现。 3、对杨氏模量（EX）键入 4、对密度（DENS）键入8930。 5、对泊松比（NUXY）键入。 6、单击OK。 步骤四：定义双线性各向同性强化数据表（BISO） 1、选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Matersal Props>Data Tables>????? Define/Activate . Define/Activate Data Table(定义数据表）对话柜出现。 2、在关于type of data table(数据表类型）的卷动框中，卷动到“Bilin isotr BISO”且选中它。 3、对material reference number(材料参考号）健入1。 4、对number of temperatures(温度数）键入1和单击OK。 ANSYS的非线性收敛准则 ansys非线性问题 ANSYS的非线性收敛准则--转自中华钢结构论坛 CNVTOL, Lab, VALUE, TOLER, NORM, MINREF ANSYS中,非线性收敛准则主要有力的收敛，位移的收敛，弯矩的收敛和转角的收敛。一般用力的控制加载时，可以使用残余力的2-范数控制收敛；而位移控制加载时，最好用位移的范数控制收敛。 When SOLCONTROL,ON, TOLER Defaults to 0.005 (0.5%) for force and moment, and 0.05 (5%) for displacement when rotational DOFs are not present. When SOLCONTROL,OFF, defaults to 0.001 (0.1%) for force and moment. 收敛精度一般可放宽至 5%，以提高收敛速度。 加快收敛的方法有一下几种： 1可以增大荷载子步数,nsubst,nsbstp,nsbmn,carry 2修改收敛准则,cnvtol,lab,value,toler,norm,minref 3 打开优化的非线性默认求解设置和某些强化的内部求解算法，solcontrol,key1,key2,key3,vtol（一般情况下，默认是打开的） 4重新划分网格,网格的单元不宜太大或太小, 一般在5～10厘米左右 5 检查模型的正确性 下面计算收敛过程图中的各个曲线的具体含义是什么？ 非线性计算是一个迭代计算的过程，曲线表示两次迭代之间的误差，图中分别表示力和位移在迭代过程中的每次迭代之间的误差 关于ansys中收敛准则(cnvtol)理解 ansys中依据缺省的收敛准则，程序将对不平衡力SRSS与VALUE*TOLER的值进行比较；而VALUE的缺省值是在SRSS和MINREF中取较大值。现假如TOLER的缺省值是0.1的话，这个准则是不是可以理解成后一次的SRSS是前一次的SRSS的01倍就收敛啦？ 请指点 我是这样理解的例如下面的命令流: cnvtol,f,5000,0.0005,0 cnvtol,u,10,0.001,2 ansys非线性收敛总结 智创仿真 2016年8月6日1750 文章来源于网络，讲解很系统，可以经典收藏，由于无法查证出处，无意冒犯，如有不 妥，请联系我 ansys非线性收敛总结 ansys计算非线性时会绘出收敛图，其中横坐标是cumulative iteration number 纵坐标是absolute convergence norm。他们分别是累积迭代次数和绝对收敛范数，用来判断非线性分析是否收敛。 ansys在每荷载步的迭代中计算非线性的收敛判别准则和计算残差。其中计算残差是所有单元内力的范数，只有当残差小于准则时，非线性叠代才算收敛。 ansys的收敛是基于力的收敛的,以力为基础的收敛提供了收敛量的绝对值，而以位移为基础的收敛仅提供表现收敛的相对量度。一般不单独使用位移收敛准则,否则会产生一定偏差,有些情况会造成假收敛.(ansys非线性分析指南--基本过程Page.6) 。因此ansys官方建议用户尽量以力为基础（或力矩）的收敛误差，如果需要也可以增加以位移为基础的收敛检查。 ANSYS缺省是用L2范数控制收敛。其它还有L1范数和L0范数，可用CNVTOL命令设置。在计算中L2值不断变化，若L2 Ansys非线性接触分析和设置 5.4.9 设置实常数和单元关键选项 程序使用20个实常数和数个单元关键选项，来控制面─面接触单元的接触。参见《ANSYS Elements Reference》中对接触单元的描述。 5.4.9.1 实常数 在20个实常数中，两个(R1和R2)用来定义目标面单元的几何形状。剩下的用来控制接触面单元。 R1和R2定义目标单元几何形状。 FKN 定义法向接触刚度因子。 FTOLN 是基于单元厚度的一个系数，用于计算允许的穿透。 ICONT 定义初始闭合因子。 PINB 定义“Pinball"区域。 PMIN和PMAX 定义初始穿透的容许范围。 TAUMAR 指定最大的接触摩擦。 CNOF 指定施加于接触面的正或负的偏移值。 FKOP 指定在接触分开时施加的刚度系数。 FKT 指定切向接触刚度。 COHE 制定滑动抗力粘聚力。 TCC 指定热接触传导系数。 FHTG 指定摩擦耗散能量的热转换率。 SBCT 指定Stefan-Boltzman 常数。 RDVF 指定辐射观察系数。 FWGT 指定在接触面和目标面之间热分布的权重系数。 FACT静摩擦系数和动摩擦系数的比率。 DC静、动摩擦衰减系数。 命令：R GUI：main menu> preprocessor>real constant 对实常数FKN, FTOLN, ICONT, PINB, PMAX, PMIN, FKOP 和FKT，用户既可以定义一个正值，也可以定义一个负值。程序将正值作为比例因子，将负值作为绝对值。程序将下伏单元的厚度作为ICON，FTOLN，PINB，PMAX 和PMIN 的参考值。例如ICON = 0.1 表明初始闭合因子是“0.1*下层单元的厚度”。然而，ICON = -0.1 则表示真实调整带是0.1 单位。如果下伏单元是超单元，则将接触单元的最小长度作为厚度。参见图5-8。ansys学习非线性静态分析实例
ANSYS非线性分析：1-非线性分析概述
ANSYS分析指南精华：子结构
ansys学习非线性静态分析实例
ANSYS的非线性收敛准则
ansys非线性收敛总结(转载)
Ansys非线性接触分析和设置
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