Ansys第25例非线性分析综合应用实例

01112121222y y d N d d R d M d d R ελφ⎧⎫
⎧⎫⎡⎤⎧⎫=∆+⎨⎬⎨⎬⎨⎬⎢⎥
⎣⎦⎩⎭
⎩⎭⎩⎭ 改写为，
11112021222y y d N R d d d d M R d d εφλ-⎡⎤⎧⎫⎧⎫
⎧⎫=-⎨⎬⎨⎬⎨⎬⎢⎥
-⎩⎭⎩⎭⎩⎭
⎣⎦ 求解过程中，可控制d φy 的值，求出相应的0d ε及荷载增量比例因子d λ。

由于ij d 与截面应变平面有关，需要迭代才能使截面补平衡力12,R R 趋近于零。

图4-9 位移控制法 在结构分析中控制指定位移增量，则P —δ曲线的下降段不难求得。

将底端固定顶端自由的柱，在柱顶端施加水平荷载，将柱的加载点处换为支座，而分析时控制该支座位移并求出该支座的反力，图4—9表示了得到的全过程分析P-δ曲线。

对于一般结构，将刚度矩阵重新排列，使得选择的控制位移排到最后，将原矩阵分块表示成以下形式，
111211121
22222K K du P R K K du P R ⎡⎤⎧⎫⎧⎫⎧⎫=∆+⎨⎬⎨⎬⎨⎬⎢⎥⎣⎦⎩⎭⎩⎭⎩⎭
λ 改写方程为，
11
11121221
2222K P R K du du K P R K -⎡⎤⎧⎫⎧⎫⎧⎫
=-⎨⎬⎨⎬⎨⎬⎢⎥-∆⎩⎭⎣⎦⎩⎭⎩⎭
λ 需要指出的是，改写以后的系数矩阵是不对称的，也不是带状的，求解时需要较多的存储单元。

§4.5.4 修正完善后的弧长法 1．弧长法的基本原理
仍从结构增量平衡方程：{}{}{}11i i i i K w P g --=-∆∆λ∆。

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NLGEOMON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MainMenu>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CNVTOLF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ÔJCG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。

ANSYS 非线性和线性对比分析的一个工程实例二力杆几何非线性分析土木工程中，钢模板由于制作不精细或搬运模板过程受到碰撞或者挤压等外力作用常常会造成模板某处凸起，在活、恒载作用下或搬运过程中，该处常常会突然从凸起变成凹进状态。

这一现象被称为油罐效应，通常采用桁架的失稳模型进行几何非线性简化分析，因为也称为桁架的经典跳越问题。

分析模型如图1所示，采用LINK1单元构成二力杆，两端完全约束，中间节点加集中力。

图1荷载与顶点位移理论关系为：0(sin )(2sin )P EA x x x θθ=--式中，E 为弹性模量，0A 为杆件初始截面积，x=V/0L ,V 为顶点的竖向位移，0L 为杆长，θ为杆件倾角。

分析中取0A =102mm ,E=200Gpa, 0L =100mm, θ=06。

分析所用的非线性命令流如下。

!********************** 二力杆几何非线性分析************************FINI/CLEAR/FILENAME,NONLINEAR_ER-LI-GAN/TITLE,The Analysis of NONLINEAR_ER-LI-GAN /PREP7/PNUM,LINE,1/PNUM,KP,1LO=100CTA=6*AFUN,DEGL1=2*LO*COS(CTA)H1=LO*SIN(CTA)AA=10EM=2E5ET,1,LINK1MP,EX,1,EMR,1,AAK,1K,2,0.5*L1,H1K,3,L1L,1,2$L,2,3LESIZE,ALL,,,1LMESH,ALLFINI/SOLUDK,1,ALLDK,3,ALLFK,2,FY,-1200ANTYPE,0NLGEOM,1NSUBST,100OUTRES,ALL,ALLARCLEN,ONSOLVEFINI/POST1/ESHAPE,1EPLOTSET,LASTPLDISP,1 !绘制变形图PRRSOLFINI/POST26NSOL,2,2,U,Y,DISPLACEMENTABS,3,2RFORCE,4,1,F,Y,F/AXLAB,X,DISPLACEMENT/AXLAB,Y,F/GRID,1XVAR,3PLVAR,4 !绘制节点2位移和节点1的竖向支反力关系FINI通用后处理中可得到最后一个荷载步时节点1 和节点3受到的水平方向支座反力分别为-4759.0N和4759.0N，双杆均受拉。

【分享】ANSYS7.0超弹材料的定义－新的曲线拟合功能--摘自ansys用户专区几何非线性几何非线性不受敛主要原因1.网格质量，特别是warpage2.约束方程，少用刚性连接3.收敛准则，可适当加大容差4.荷载步设置，可适当加大步数最近碰到一个对我来说很意外的问题：如果确实如此希望大家以后小心大家知道定义接触后会自动生成一组实常数，前几天我碰到一个问题，需定义超过10组实常数，接触对很多，好像有20多处，按照常规步骤划分完所有网格，当时因为有一个实常数参数没确定，便预留了最后一组（第10组）实常数里面的参数为空，接下来就定义了所有的接触对，由于所有接触对里的设置一样，ANSYS在我保存db完重新打开后便把我所有的接触对综合成一个了！接下来我就把第十组实常数里面的参数补上了，但在求解时却提示我该实常数同时被两种单元（包括CNTACT单元）同时占用，出现错误！！检查了半天才发现自动生成的接触对实常数把第10组实常数也占用了！我实在没找到什么好的解决办法，只得把接触对删除了重新定义，那可是上百多个面的选取过程，痛苦不堪简直！ANSYS里接触对面的选取时还不能针对Component操作！ANSYS7.0超弹材料的定义－新的曲线拟合功能ANSYS7.0中的超弹材料模拟能力得到了很大的加强，在ANSYS6.1的超弹材料模型的基础上又增加了Gent, Yeoh, Blatz-Ko, and Ogden (Foam)四种超弹性材料模型，使得其超弹模拟能力得到了进一步扩展。

ANSYS7.0中对超弹能力最吸引人的增强还不在于此，而是在于其曲线拟合能力的大幅度扩展，不再像ANSYS6.1以前的版本一样曲线拟合仅仅局限于Mooney-Rivlin模型，而是将其扩展到所有的超弹模型，这样，用户可以利用实验得到的应力应变数据直接让程序自己拟合出任意一种超弹材料模型的参数，大大方便了用户的使用。

以下就ANSYS7.0的超弹拟合功能做一简单介绍。

a n s y s学习非线性静态分析实例Revised by Chen Zhen in 2021ansys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。

8.13.非线性分析实例（GUI操作方法）这个实例运行的是在静载和循环点载荷的情况下，对弹塑性圆板的非线性分析。

你可以自定义一条塑性随动曲线和载荷步的相关选项，包括载荷步数的最大值和最小值，以及施加的外部载荷值。

在这个过程中，你可以学习到如何去解读，程序再写入非线性分析过程中产生的监控文件。

该程序使用增量求解过程来得到非线性分析的解，在这个例子中，外部总载荷的施加，是通过载荷步中的载荷子步数依次增加来实现的。

该过程采用牛顿---拉普斯迭代过程来求解每一个子步。

过程中，你必须为每个载荷步指定载荷子步数，因为载荷子步数，是用来控制应用于每个载荷步中第一个子步初始载荷增量大小的。

此外，该程序可以在一个载荷步中，为每一个子步自动决定载荷增量的大小。

当然，你可以指定载荷步的最大值和最小值，来控制这些子步中载荷增量的大小。

如果你定义了载荷子步数，这些子步数的最大号和最小号都是一样的。

而且在载荷步中，程序会用一个恒定的值来作为每个子步的载荷增量。

1 问题描述用平面4节点182单元来建立圆板的轴对称模型，并且设置它的轴对称选项来为模型划分网格。

选择几何分线性分析。

并且制定如下的运动约束：固定住圆盘中心节点，使它的径向位移为0。

使位移圆盘外边缘的节点具有零径向位移和零轴向位移。

在第一个载荷步中施加静载，在随后的6个载荷步中施加循环点载荷。

请看问题的描述。

为第一个载荷步指定十个载荷子步，以保证施加在第一个子步的静载增量为总载荷0.125 N/m2的十分之一。

同样，还要指定载荷子步数的最大值为50，最小值为5，以确保，如果圆板在求解过程中出现严重的非线性行为，那么载荷的增量就会减小到总载荷的1/50。

如果圆板的非线性行为一般，那么载荷的增量就可以提高到总载荷的1/5。

对于接下来的6个载荷步，都施加循环载荷，都运用4个载荷子步，设置子步数的最大值为25，最小值为2。

显示在整个求解过程中，施加循环载荷位置的节点，在垂直方向上位移，以及位于底部，固定边缘节点的反作用力。

ANSYS-接触非线性分析的一个实例ANSYS - 接触非线性分析的一个实例这是在三维网上的一次试讲所使用的资料，现提供给大家分享，可以作为初学接触非线性时的参考。

下面通过一个2D 例子来演示ANSYS 接触分析中主要参数的设置和作用。

该例子为：一个(无限长) 圆柱置于一个(无限长) 长方体上，当圆柱承受压力载荷时，计算圆柱和长方体之间的接触应力。

该问题可以简化为2D 问题进行分析。

选择单元类型–二维4 节点四边形solid182 单元：单元行为：选择平面应变：设置材料属性： E = 201000 MPa； = 0.3：定义一个矩形：长度20 mm，高度5 mm：再定义一个实心圆，半径5 mm，刚好与矩形接触：为了能使用MAP 方式划分网格，先在圆内创建两条直线，以便将圆切分为 4 块：为了切分矩形，将圆中的竖线延长6 mm。

执行Area by Line，分割圆和矩形：首先选择两个Areas：点击Apply 后，选择水平和竖线，再点击OK，对面进行切割：面切割后，可以进行MAP 划分网格：下面划分网格：进入前处理-> Meshing 首先设置几何体的网格默认属性：设置单元边长，这里取为0.4采用MAP 方式划分网格：网格划分结果：设置约束条件：1 选择两条下边界线设置Uy = 0:为防止x 方向的刚体运动，选择矩形中间线设置为Ux = 0然后在圆柱顶部中间节点处施加压力选择Fy，输入力值-100，力沿着–y 方向，对圆柱构成压力下面准备采用接触向导来定义接触对。

需要做一些准备工作：根据结构情况，选择圆柱面(这里是圆周线) 作为接触面，矩形上边界作为目标面，使用面–面接触。

为了方便，需要预先定义好相关的节点组。

分别选择圆周下边界中间部位的若干节点和矩形上边界中间部位的若干节点，定义两个节点组(N-contact 和N-target)，便于创建接触对时使用。

先选择下面两个圆柱面，再select -> everything below -> area 和plot -> element 汇出对应的单元和节点。

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。

25.2命令流/CLEAR !清除数据库，新建文件/FILNAM, EXAMPLE25 !指定任务名为 »EXAMPLE25“/CONFIG, NRES, 2000 !设置最大子步数!前处理/PREP7 !进入前处理器/PNUM, VOLU, ON !打开体号ET, 1, SHELL181 !选择单元类型，壳单元用于划分上、下辊ET, 2, SOLID186 !实体单元用于划分钢板MP, EX, 1, 2E11 !定义材料模型1的弹性模量MP, DENS, 1, 7800 !定义材料模型1的密度MP, NUXY, 1, 0.3 !定义材料模型1的泊松比MP, EX, 2, 2E11 !定义材料模型2的弹性模量MP, DENS, 2, 7800 !定义材料模型2的密度MP, NUXY, 2, 0.3 !定义材料模型2的泊松比TB, BKIN, 2, 1TBTEMP, 0TBDATA,, 240E6, 0 !定义材料模型2的屈服极限、切向模量SECTYPE, 1, SHELL !定义截面SECDATA, 0.02 !壳厚度CYLIND, 0.38/2, 0, 0.2, 1.7, 0, 360 !创建上辊，圆柱体CYLIND, 0.38/4, 0, 0.2, 0, 0, 360CYLIND, 0.38/4, 0, 1.7, 1.9, 0, 360VGLUE, ALL !黏结VSEL, NONEWPOFF, 0.54/2, -0.37 !偏移工作平面原点到右下辊中心CYLIND, 0.3/2, 0, 0.2, 1.7, 0, 360 !创建右下辊，圆柱体CYLIND, 0.3/4, 0, 0.2, 0, 0, 360CYLIND, 0.3/4, 0, 1.7, 1.9, 0, 360VGLUE, ALLVSEL, NONEWPOFF, -0.54 !偏移工作平面原点到左下辊中心CYLIND, 0.3/2, 0, 0.2, 1.7, 0, 360 !创建左下辊，圆柱体CYLIND, 0.3/4, 0, 0.2, 0, 0, 360CYLIND, 0.3/4, 0, 1.7, 1.9, 0, 360VGLUE, ALLALLS !选择所有实体VDELE, ALL !删除体，但保留面，HPTCREATE, AREA, 5,, COORD !在上辊端面中心处创建硬点HPTCREATE, AREA, 10,, COORD, 0, 0, 1.9HPTCREATE, AREA, 34,, COORD, -0.54/2, -0.37, 1.9 !在左下辊端面中心处创建硬点HPTCREATE, AREA, 29,, COORD, -0.54/2, -0.37, 0HPTCREATE, AREA, 22,, COORD, 0.54/2, -0.37, 1.9 !在右下辊端面中心处创建硬点HPTCREATE, AREA, 17,, COORD, 0.54/2, -0.37, 0MAT, 1 !为上、下辊划分单元指定属性，材料模型TYPE, 1 !单元类型SECN, 1 !壳横截面ESIZE, 0.04 !指定单元边边长度SMRTSIZE, 7 !指定智能尺寸级别MSHAPE, 1 !指定单元形状为三角形AMESH, ALL !对所有面划分单元BLOCK, 0.7, -0.5, 0.3/2, 0.3/2+0.03, 0.5, 1.4 !创建钢板，块LESIZE, 96,,, 2 !指定线96 (钢板厚度)被划分为两段MAT, 2 !为钢板划分单元指定属性TYPE, 2MSHKEY, 1 !映射网格MSHAPE, 0 !指定单元形状为六面体ESIZE, 0.05 !指定单元边长度VMESH, ALL !对块划分网格ET, 4, TARGE170 !指定单元类型，用于创建接触对ET, 5, CONTA174,,,,,1KEYOPT, 5, 12, 1 !设置单元5接触表面无滑动R, 10,,,0.1 !定义实常数，KFN==0.1R, 11,,, 0.1R, 12,,, 0.1ASEL, S,,,40 !在钢板上表面和上辊表面建立接触对NSLA, S, 1NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1MAT, 3REAL, 10TYPE, 4ESURFALLSASEL, S,,, 3, 4, 1NSLA, S, 1NSEL, U, LOC, Z, 0.2,0.5NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1NSEL, U, LOC, Z,1.4, 1.7MAT, 3REAL, 10TYPE, 5ESURFALLSASEL, S,,,39 ！在钢板下表面和左下辊表面建立接触对NSLA, S, 1NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1MAT, 4REAL, 11TYPE, 4ESURFALLSASEL, S,,, 27, 28, 1NSLA, S, 1NSEL, U, LOC, Z, 0.2, 0.5NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1NSEL, U, LOC, Z, 1.4, 1.7MAT, 4REAL, 11TYPE, 5ESURFALLSASEL, S,,, 39NSLA, S, 1 !在钢板下表面和右下辊表面建立接触对NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1MAT, 4REAL, 12TYPE, 4ESURFALLSASEL, S,,, 15, 16, 1NSLA, S, 1NSEL, U, LOC, Z,0.2,0.5NSEL, U, LOC, Z,0.8,1.1NSEL, U, LOC, Z,1.4,1.7MAT, 4REAL, 12TYPE, 5ESURFALLSFINI!首先模拟下辊不动，上辊下降/SOLU !进入求解器D, ALL, UZ !在所有节点点上施加约束D, ALL, ROTXD, ALL, ROTYNSEL, S, LOC, X !选择上辊轴线上的节点NSEL, R, LOC, YD, ALL, UY, -0.03 !施加约束，上辊下降0.03mD, ALL, UXD, ALL, UZALLSCSYS, 4 !激活工作平面坐标系ASEL, S, LOC, Y, -2, 0.3/2 !选择下辊上的所有面ASEL, U,,,39NSLA, S, 1 !选择下辊上的所有节点D, ALL, ALL !约束掉所有自由度ALLSANTYPE, TRANS !瞬态分析LNSRCH, ON !打开线性搜索NLGEOM, ON !打开大变形选项TIME, 1 !指定载荷步时问AUTOT, ON !打开自动载荷步长NSUBST, 15,20, 10 !指定子步数目KBC, 0 !斜坡载荷OUTRES, ALL, ALL !输出所有子步所有项旧的结果SOLVE !解答!以下模拟下辊转动，驱动钢板前进CSYS, 4ASEL, S, LOC, Y, -2, 0.3/2 !选择下辊上的所有面ASEL,U,,,39NSLA, S, 1 !选择下辊上的所有节点DDELE, ALL, ALL !删除上一载荷步施加在下辊上的所有约束ALLSD, ALL, UZ !在所有节点上施加约束D, ALL, ROTXD, ALL, ROTYNSEL, S, LOC, X, 0 !选择左下辊轴线上的所有节点NSEL, R, LOC, YD, ALL, ROTZ, -3.1415926/2 !转动1/4周D, ALL, UX !约束掉移动D, ALL, UYALLSWPOFF, 0.54 !偏移工作平面NSEL, S, LOC, X, 0 !选择右下右下辊轴线上的所有节点NSEL, R, LOC, YD, ALL, UX !约束掉移动D, ALL, UYD, ALL, ROTZ, -3.1415926/2 !转动1/4周TIME, 2ALLSKBC, 0NSUBST, 800, 1000, 300SOLVE !解答!模拟卸载ACEL, 0, 9.8 !施加重力加速度CSYS, 0 !激活全球直角坐标系NSEL, S, LOC, X !选择上辊轴线上的所有节点NSEL, R, LOC, YD, ALL, UY, 0 !上辊向上移动，卸载D, ALL, UXD, ALL, UZD, ALL, ROTXD, ALL, ROTYALLSKBC, 0NSUBST, 20, 300, 10TIME, 2.1SOLVEFINI!查看结果/POST1SET, LAST !读最后载荷子步计算结果PLNS, U, SUM !变形云图ANTIME, 50, 0.5,, 1, 2, 0, 2.1 !用动画查看卷制圆筒过程中的变形情况FINI图25-2 钢板卷制成圆的变形分布情况第26例非线性分析综合应用实例—冲击本例介绍了一个综合应用材料非线性、状态非线性和结构非线性研究冲击过程力学行为的实例。

ANSYS结构⾮线性分析指南（⼀⾄三章）ANSYS结构⾮线性分析指南(⼀到三章)屈服准则概念：1.理想弹性材料物体发⽣弹性变形时，应⼒与应变完全成线性关系，并可假定它从弹性变形过渡到塑性变形是突然的。

2.理想塑性材料（⼜称全塑性材料）材料发⽣塑性变形时不产⽣硬化的材料，这种材料在进⼊塑性状态之后，应⼒不再增加，也即在中性载荷时即可连续产⽣塑性变形。

3.弹塑性材料在研究材料塑性变形时，需要考虑塑性变形之前的弹性变形的材料这⾥可分两种情况：Ⅰ.理想弹塑性材料在塑性变形时，需要考虑塑性变形之前的弹性变形，⽽不考虑硬化的材料，也即材料进⼊塑性状态后，应⼒不再增加可连续产⽣塑性变形。

Ⅱ.弹塑性硬化材料在塑性变形时，既要考虑塑性变形之前的弹性变形，⼜要考虑加⼯硬化的材料，这种材料在进⼊塑性状态后，如应⼒保持不变，则不能进⼀步变形。

只有在应⼒不断增加，也即在加载条件下才能连续产⽣塑性变形。

4.刚塑性材料在研究塑性变形时不考虑塑性变形之前的弹性变形。

这⼜可分两种情况：Ⅰ.理想刚塑性材料在研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，⼜不考虑变形过程中的加⼯硬化的材料。

Ⅱ.刚塑性硬化材料在研究塑性变形时，不考虑塑性变形之前的弹性变形，但需要考虑变形过程中的加⼯硬化材料。

屈服准则的条件：1.受⼒物体内质点处于单向应⼒状态时，只要单向应⼒⼤到材料的屈服点时，则该质点开始由弹性状态进⼊塑性状态，即处于屈服。

2.受⼒物体内质点处于多向应⼒状态时，必须同时考虑所有的应⼒分量。

在⼀定的变形条件（变形温度、变形速度等）下，只有当各应⼒分量之间符合⼀定关系时，质点才开始进⼊塑性状态，这种关系称为屈服准则，也称塑性条件。

它是描述受⼒物体中不同应⼒状态下的质点进⼊塑性状态并使塑性变形继续进⾏所必须遵守的⼒学条件，这种⼒学条件⼀般可表⽰为f（σi j）＝C⼜称为屈服函数，式中C是与材料性质有关⽽与应⼒状态⽆关的常数，可通过试验求得。

屈服准则是求解塑性成形问题必要的补充⽅程。