ANSYS讲义_非线性分析

ANSYS教程，非线性结构分析过程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。

非线性结构分析的基本分析过程也主要由建模、加载并求解和观察结果组成。

下面来讲解其主要步骤和各个选项的处理方法。

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。

加载求解在建立好有限元模型之后，将进入ANSYS求解器(GUI：Main Menu | Solution)，并根据分析的问题指定新的分析类型(ANTYPE)。

求解问题的非线性特性在ANSYS中是通过指定不同的分析选项和控制选项来定义的。

非线性分析不同于线性分析之处在于，它通常要求执行多荷载步增量和平衡迭代。

下面就详细讲解一下进行非线性结构分析需要定义的各个求解选项、分析选项和控制选项是如何设置的，以及他们的意义是什么。

求解控制对于一些基本的非线性问题的分析选项，可以通过ANSYS提供的求解控制对话框中的选项设置来完成。

选择菜单路径：Main Menu | Solution | Analysis Type | Sol’n Controls，将弹出求解控制(Solution Controls)对话框，如下图所示。

从图中可以看出该对话框主要包括5个选项卡：基本选项（Basic）、瞬态选项（Transient）、求解选项（Sol’n Options）、非线性选项（Nonlinear）和高级非线性选项（Advanced NL）。

如果开始一项新的分析，在设置分析类型和非线性选项时，选择“Large Displacement Static”选项（不是所有的非线性分析都支持大变形）。

如果想要重新启动一个失败的非线性分析，则选择“Restart Current Analysis”选项。

选中下面的“Calculate prestress effects”单选按钮用于有预应力的模态分析时的预应力计算，具体内容见模态分析部分。

ANSYS结构非线性分析指南ANSYS是一个强大的工程仿真软件，能够对各种复杂的结构进行分析。

其中，结构非线性分析是其中一种重要的分析方法，它能够模拟结构在非线性载荷和变形条件下的行为。

本文将为您提供一个ANSYS结构非线性分析的指南，帮助您更好地理解和应用这个方法。

首先，我们需要明确结构非线性分析的目标。

一般来说，结构非线性分析主要用于研究结构在大变形、材料非线性、接触或摩擦等复杂条件下的响应。

例如，当结构受到极大的外力作用时，其产生的变形可能会导致材料的非线性行为，这时我们就需要进行非线性分析。

在进行非线性分析之前，我们需要进行准备工作。

首先，我们需要准备一个几何模型，可以通过CAD软件导入或者直接在ANSYS中绘制。

然后，我们需要选择合适的材料模型，这将直接影响分析结果的准确性。

ANSYS提供了多种材料模型，例如线弹性模型、塑性模型和粘弹性模型等。

接下来，我们需要定义边界条件和载荷。

边界条件指明了结构的固定边界和自由边界，这决定了结构的位移约束。

载荷是作用在结构上的外力或者外界约束，例如压力、点载荷或者摩擦力等。

在非线性分析中，载荷的大小和施加方式可能会导致结构的非线性响应，因此需要仔细选择。

接下来，我们需要选择适当的非线性分析方法。

ANSYS提供了多种非线性分析方法，例如几何非线性分析、材料非线性分析和接触非线性分析等。

几何非线性分析适用于大变形情况下的分析，材料非线性分析适用于材料的弹塑性行为分析，而接触非线性分析适用于多个结构之间的接触行为分析。

在进行非线性分析之前，我们需要对模型进行预处理，包括网格划分和解算控制参数的设置。

网格划分的精度会直接影响分析结果的准确性，因此需要进行适当的剖分。

解算控制参数的设置涉及到收敛性和稳定性的问题，需要进行合理的调整。

然后，我们可以进行非线性分析了。

ANSYS提供了多种求解器，例如Newton-Raphson方法和弧长法等。

这些求解器可以通过迭代算法来求解非线性方程组，得到结构的响应结果。

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∆。

ANSYS基础教程，非线性分析
由荷载-变形曲线将会发现非线性结构的基本特征：变化的结构刚度。

引起非线性的原因
引起非线性行为的原因很多，这里介绍三种主要原因：
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响应，例如：随着钓鱼竿钓到鱼，竖向荷载就增加，杆不断弯曲以至于动力臂明显减少，导致杆端显示出较高的荷载下不断增长的刚性。

材料非线性
非线性的应力-应变关系是造成结构的非线性的常见的原因。

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（如在蠕变响应情况下）。

状态非线性
许多普通结构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变化。

状态改变也许
和荷载直接有关（如在电缆情况下），也可能由某种外部原因引起（如冻土中的紊乱力学条件）。

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，是状态变化非线性类型中一个特殊而重要的子集。

ANSYS非线性分析（控制选项）1、非线性分析（1）牛顿-拉普森选项（NROPT）仅在非线性分析中使用这个选项，。

这个选项制定在求解期间每隔多长时间修正一次正切矩阵。

可以指定下列值中的一个: 程序选择（NROPT，AUTO）。

程序根据模型中存在的非线性种类自动选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。

完全牛顿-拉普森选项（NROPT，FULL）。

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都修改刚度矩阵一次。

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。

如果自适应下降是打开的，只要迭代保持稳定，程序仅适用正切刚度矩阵。

如果在某一次迭代过程中检测到发散倾向，程序将抛弃发散的迭代并重新开始求解，此时应用正切和正割刚度矩阵的加权组合。

当迭代重新回到收敛模式是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统称能提高程序获得收敛的能力。

修正牛顿-拉普森选项（NROPT，MODL）。

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。

这个选项不适应于大变形分析，而且无法使用自适应下降。

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，该选项可以使迭代过程更容易收敛，但需要更多迭代次数得到收敛。

该选项不适用于大变形分析，求自适应下降不可用。

（2）指定载荷步选项这些选项可以在任何载荷中改变。

下列选项适用于非线性分析：l 普通选项在普通选项包括：Time（TIME）。

ANSYS程序借助在每一个载荷步末端指定TIME参数识别出载荷步和子步。

使用TIME命令可以用来定义受某些实际物理量限制的TIME值。

程序通过这个选项来指定载荷步的末端时间。

时间步的数目（NSUBST）和时间步长（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，从而ANSYS可以逐渐施加所给定的载荷，逐步得到精确解。

ANSYS结构非线性分析指南ANSYS是一款非常强大的有限元分析软件，广泛应用于各种工程领域的结构分析。

在常规的结构分析中，通常会涉及到线性分析，但一些情况下，结构出现了非线性行为，这时就需要进行非线性分析。

非线性分析可以更准确地模拟结构的真实行为，包括材料的非线性、几何的非线性和接触非线性等。

在进行ANSYS结构非线性分析时，需要考虑以下几个方面：1.材料的非线性：在材料的应力-应变关系中，材料的性质可能会发生变化，如塑性变形、损伤、软化等。

因此在非线性分析中，需要考虑材料的非线性特性，并正确选取材料模型。

2.几何的非线性：在一些情况下，结构本身的几何形态可能会发生较大变化，如大变形、屈曲等。

这需要考虑结构的几何非线性，并在分析中充分考虑结构的形变情况。

3.接触非线性：当结构中存在接触面时，接触面之间的接触力可能是非线性的，如摩擦力、法向压力等。

在进行非线性分析时，需要考虑接触面上的非线性行为，确保接触的可靠性。

在进行ANSYS结构非线性分析时，可以按照以下步骤进行：1.建立模型：首先需要根据实际情况建立结构的有限元模型，包括几何形状、边界条件和加载条件等。

在建立模型时，需要考虑到结构的材料、几何和接触情况，并进行合理的网格划分。

2.设置分析类型：在ANSYS中，可以选择静力分析、动力分析等不同的分析类型。

在进行非线性分析时，需要选择适合的非线性分析模块，并设置相应的参数。

3.设置材料模型：根据结构的材料特性，选择合适的材料模型，如弹塑性模型、本构模型等。

根据实际情况，设置材料的材料参数，确保材料的非线性行为能够得到准确的描述。

4.设置几何非线性：考虑结构的几何非线性时，需要选择合适的几何非线性选项，并设置合适的几何参数。

在进行大变形分析时，需要选择几何非线性选项，确保结构的形变情况能够得到准确的描述。

5.设置接触非线性：当结构存在接触面时，需要考虑接触面上的非线性行为。

在ANSYS中，可以设置接触类型、摩擦系数等参数，确保接触的可靠性。

ansys 非线性分析原理ANSYS中的非线性分析是指通过考虑材料的非线性行为、几何非线性和边界条件的非线性等因素，对结构进行分析和计算。

非线性分析的原理主要包括以下几个方面。

1. 材料的非线性行为：考虑到材料在受载作用下的非线性行为，一般采用弹塑性分析方法。

弹塑性材料在受力时会出现应力-应变曲线的非线性特征，这需要使用合适的本构模型来描述。

ANSYS中常用的本构模型有弹塑性模型、弹性模型等，根据问题的实际情况选择适当的本构模型进行分析。

2. 几何的非线性效应：当结构在受载作用下出现较大的变形时，就需要考虑几何非线性效应。

一般情况下，当结构的变形较小时可以忽略几何非线性，反之则需要进行几何非线性分析。

几何非线性的分析可通过使用大变形理论来描述结构的非线性变形，并进行相应的计算。

3. 边界条件的非线性效应：非线性分析还需要考虑边界条件的非线性效应。

在实际工程中，边界条件往往是随着结构的变形而变化的，如约束条件的变化、边界载荷的变化等。

这些非线性边界条件会对结构的响应产生影响，因此需要将其考虑在内进行非线性分析。

在ANSYS中进行非线性分析时，通常需要进行以下步骤：1. 定义材料的本构模型：选择合适的弹塑性模型或弹性模型，并设置相应的参数。

2. 构建几何模型：根据实际工程要求，构建结构的几何模型，并对其进行离散化，即将结构分割成有限元网格。

3. 施加边界条件和载荷：根据实际工况，为结构施加边界条件和载荷。

4. 求解非线性方程组：通过非线性方程的迭代求解方法，求解得到结构的非线性响应。

5. 分析结果的后处理：对求解得到的结果进行分析和后处理，获取所需的工程参数和信息。

总之，非线性分析在ANSYS中是通过考虑材料的非线性行为、几何的非线性效应和边界条件的非线性效应等因素，对结构进行全面分析和计算的方法。

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─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。