ANSYS非线性分析
ANSYS教程,非线性结构分析过程
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。
ansys高级非线性分析-第九章几何不稳定性
失稳准则、米泽斯失稳准则和霍夫失稳准则等。
这些判据可以帮助我们确定结构的临界载荷和失稳模式，从而
03
采取相应的措施来提高结构的稳定性。
几何不稳定性的影响因素
材料性质
材料的弹性模量、泊松比、屈 服强度等都会影响结构的稳定
性。
结构形状和尺寸
结构的形状、尺寸、支承条件 等都会影响其稳定性。
外部载荷
外部载荷的大小、方向和分布 也会影响结构的稳定性。
案例二：高层建筑的几何不稳定性分析
总结词
高层建筑的几何不稳定性分析是确保高层建筑结构安全的重要环节。
详细描述
利用ANSYS的高级非线性分析功能，可以对高层建筑在不同风载、地震等载荷作 用下的结构响应进行模拟，评估其稳定性和安全性，为设计提供依据。
案例三：重型机械的几何不稳定性分析
总结词
重型机械的几何不稳定性分析是确保 重型机械在各种工况下安全运行的关 键。
02
几何不稳定性分析在复杂边界条件、多物理场耦合等方面的研究尚不够深入， 需要进一步拓展研究范围，完善分析方法。
03
随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，几何不稳定性分析的计算效率和 精度将得到进一步提高，为工程实际提供更加准确和可靠的理论支持。
THANKS
感谢观看
现象。
在非线性分析中，需要考虑 结构在变形过程中形状和尺 寸的变化，以及由此引起的
力和位移的重新分布。
几何非线性行为通常出现在大 变形、应力刚化、旋转软化和
塑性流动等情况下。
几何不稳定性判据
01
几何不稳定性是指结构在某些条件下失去稳定性，发生屈曲或 失稳的现象。
02
判据是用来判断结构是否稳定的准则，常用的判据包括：欧拉
ANSYS非线性分析：1-非线性分析概述
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。
11.2 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。
Ansys Workbench非线性分析 牛顿辛普森法过程
然而, 相当多的结构在力和位移之间没有线性关系 因为此类结构的 F-u 图不是直线, 这样的结构称为非线性结构 . – 刚度不再是一个常数K; 它成为施加载荷的函数, KT (切 线刚度). 普通的例子是韧性金属的拉伸试验:
载荷位移曲线
Fa Fnr
R
下一次迭代用刚度矩阵
u0 △ u u1
u0: 所设初始位移值
u
位移
KT :切向刚度
u1: 下次迭代位移值
R F a F nr
收敛： Newton-Raphson法需要一个收敛的度量以决定 何时结束迭代。给定节点Fa，节点力Fnr ，在一个体 中，节点载荷必须与节点力平衡
高级接触选项包括： 自动探测尺寸 Auto detection dimension and slider 非对称接触Asymmetric contact 接触结果工具Contact results tool 接触算法contact formulations Pinball 控制
膜片弹簧接触设置
带支撑环的膜片弹簧边界条件及求解设置
3 2 F1 269.991 2981 1 9238 1
膜片弹簧大端载荷-位移曲线
3 2 F1 269.991 2981 1 9238 1
注：膜片弹簧载荷挠度曲线为非线性，是由于大变形引起 的几何非线性，但材料始终发生的是弹性变形，没有发生 塑性变形
回忆材料力学中低碳钢力学性能试验
ANSYS讲义非线性分析
t1
t2
时间 t
XJTU
自动时间步(续)
• 自动时间步算法是 非线性求解控制 中包含的多种算法的一种。
（在以后的非线性求解控制中有进一步的讨论。） • 基于前一步的求解历史与问题的本质，自动时间步算法或者增加
或者减小子步的时间步大小。
XJTU
5) 输出文件的信息
在非线性求解过程中，输出窗口显示许多关于收敛的信息。输出 窗口包括：
子步
时间 ”相关联。
“时间
两个载荷步的求解 ”
XJTU
在非线性求解中的 “ 时间 ”
• 每个载荷步与子步都与 “ 时间 ”相关联。 子步 也叫时间步。
• 在率相关分析（蠕变，粘塑性）与瞬态分析中，“ 时间 ”代表真实 的时间。
• 对于率无关的静态分析，“ 时间 ” 表示加载次序。在静态分析中， “ 时间 ” 可设置为任何适当的值。
最终结果偏离平衡。
u 位移
XJTU
1) Newton-Raphson 法
ANSYS 使用Newton-Raphson平衡迭代法 克服了增量
求解的问题。 在每个载荷增量步结束时，平衡迭代驱 使解回到平衡状态。
载荷
F
4 3 2
1
u 位移
一个载荷增量中全 Newton-Raphson 迭代 求解。（四个迭代步如 图所示）
XJTU
非线性分析的应用(续)
宽翼悬臂梁的侧边扭转失 稳
一个由于几何非线性造 成的结构稳定性问题
XJTU
非线性分析的应用(续)
橡胶底密封 一个包含几何非线 性（大应变与大变 形），材料非线性 （橡胶），及状态 非线性（接触的例 子。
XJTU
非线性分析的应用(续)
1-非线性分析概述【ANSYS非线性分析】
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。
1.2 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1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。
ansys非线性瞬态结构分析重要命令
非线性各向同性硬化模型(TB,NLISO)选项基于Voce硬化规律或power硬化规律。该模型的优势在于材料行为由函数确定，而函数由TBDATA命令定义的四个材料常数确定。你可以通过拟合材料拉伸应力-应变曲线来得到这四个常数。不同于MISO，不需要担心如何恰当选定应力-应变点来输入。但是该选项只是适用于如下图所示的拉伸曲线。该选项适合大应变分析。可以综合Chaboche, creep, viscoplastic, and Hill anisotropy等选项来反正复杂材料行为。
Swelling Material Model
User-Defined Material Model
2 Plasticity塑性
大多数工程材料在达到所谓的弹性比例极限前都表现出线性的应力-应变关系。超出该极限，应力-应变关系变为非线性，但也不会变成完全没有弹性。塑性以不可恢复的变形为特点，当应力超过屈服极限材料即表现塑性。一般弹性极限与屈服极限差别很小，ANSYS中一般将这两点当成一点。塑性是一个不可恢复、与路径相关的现象。换句话说，载荷施加顺序及塑性响应顺序都影响最终结果。如果分析中会产生塑性形变，最好以较小的载荷步和时间步求解，以便模型会更遵循载荷-响应曲线。
双线性随动硬化模型(TB,BKIN)假设总应力范围等于屈服强度的两倍，以便包括包辛格效应。建议该选项使用于遵循von Mises屈服准则的一般小形变情况。不建议做大变形应用。BKIN选项可以综合蠕变和希尔各向异性选项来仿真更复杂的材料行为。
Multilinear Kinematic Hardening Material Model多线性随动硬化模型
ANSYS非线性分析命令解释
ANSYS应用基于问题物理特性的自动求解控制方法，把各种非线性分析控制参数设置到合适的值。
如果用户对这些设置不满意，还可以手工设置。
下列命令的缺省设置已进行了优化处理：AUTOTS PRED MONITORDELTIM NROPT NEQITNSUBST TINTP SSTIFCNVTOL CUTCONTROL KBCLNSRCH OPNCONTROL EQSLVARCLEN CDWRITE LSWRITE这些命令及其设置在将在后面讨论。
参见《ANSYS Commands Reference》。
如果用户选择自己的设置而不是ANSYS的缺省设置，或希望用以前版本的ANSYS的输入列表，则可用/ SOLU 模块的SOLCONTROL ，OFF命令，或在/ BATCH 命令后用/ CONFIG ，NLCONTROL，OFF命令。
参见SOLCONTROL 命令的详细描述。
ANSYS对下面的分析激活自动求解控制单场的非线性或瞬态结构以及固体力学分析，在求解自由度为UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ的结合时；单场的非线性或瞬态热分析，在求解自由度为TEMP时；注意--本章后面讨论的求解控制对话框，不能对热分析做设置。
用户必须应用标准的ANSYS求解命令或GUI来设置。
2.2 非线性静态分析步骤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过程中，添加了需要的非线形特性。
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，处理流程主要由以下主要步骤组成：建模；设置求解控制；设置附加求解控制；加载；求解；考察结果。
2.2.1 建模这一步对线性和非线性分析基本上是一样的，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，参考§4《材料非线性分析》，和§6.1《单元非线性》。
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。
ANSYS结构非线性分析指南
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 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。
ANSYS非线性_几何非线性分析
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
t1
t2 “Time”
t1
t2
“Time”
新施加的载荷在载荷步的开始从
零渐变到载荷步结束时的全值
在下一个载荷步载荷保持其值不变
非线性分析技术
ANSYS非线性分析
载荷历史的管理(续):
载荷 载荷 重新施加 删除
t1
t2
“时间” 时间”
t1
t2
“时间” 时间”
当重新定义载荷时,其值从前 一个载荷步结束时开始渐变
1.0 2.0
外载
“时间"
非线性分析技术
ANSYS非线性分析
• ANSYS 在一个载荷步内的所有子步线性插值载荷 • 对简单常值载荷必须用多载荷步来定义载荷历史
载荷 L3 L4 L2 L1
LS1 LS2 LS3 LS4
t1
t2
t3
t4
“时间” 时间”
非线性分析技术
ANSYS非线性分析
• 理解ANSYS如何管理多载荷步分析的载荷历史
– ||{R}|| 残差的矢量范数 (范数是减少矢量到一个标量值的算子 范数是减少矢量到一个标量值的算子) 范数是减少矢量到一个标量值的算子 • 残差的L1 范数 残差的 : ||{R}||1 = Σ|Ri| • 残差的 (SRSS) 范数 : 残差的L2 ||{R}||2 = (ΣR2i)1/2 Σ • 残差的无限范数 : ||{R}||∞ = max(|Ri|) – (εR Rref) 是力收敛准则 ε • εR 容差因子 Rref是参考力值 容差因子, – Rref可以是所施加力和反力的范数 ||{F}|| (自动缩放准则到载荷 可以是所施加力和反力的范数, 自动缩放准则到载荷 幅值) 幅值
– 考虑几何非线性 – 管理非线性求解中产生的大量数据 – 指定所用求解器 – 设定重启动控制 – 定义收敛容差 – 控制平衡方程的数目 – 增强求解收敛 – 当不收敛时控制程序的行为
非线性分析技术
ANSYS非线性分析
• Then Solve. Let automatic solution control define all the other tool settings.
，不管它们是否是真的时间相关。 不管它们是否是真的时间相关。
– 而且，对率不相关静态分析，时间可以按任何单位。 而且，对率不相关静态分析，时间可以按任何单位。
“YS非线性分析
• “时间” 有下列特性 时间” 有下列特性:
– 一个 “时间 值在每一载荷 时间” 时间 步的结束时指定 Solution > Sol’n Control – 每一子步与单一的时间值相 对应 – “时间 必须为正值且非零 时间” 时间 – “时间” 通常是单调增加的 时间” 时间 (时钟从不停止前进 时钟从不停止前进!) 时钟从不停止前进
1. 指定分析类型 (通常为静力 通常为静力) 通常为静力 2. 指定求解控制 指定求解控制Solution > Sol‘n Control 可以有多种控制，但相同的是 可以有多种控制，但相同的是: • 小或大变形 • 时间及∆T或子步数 时间及∆ 或子步数 • 输出控制 3. 施加载荷 4. 存储数据库 5. 求解
大变形、大转动、 大变形、大转动、大应变
2. 材料非线性
塑性、蠕变、粘弹、超弹、 塑性、蠕变、粘弹、超弹、粘塑等等
3. 状态改变非线性 接触， 接触，单元死活 接触 点对点 点对面 面对面
非线性分析技术
基本概念
• 当载荷引起刚度的显著变化，载荷变形曲线变为非线性 当载荷引起刚度的显著变化， • 挑战在于用一系列线性方程组计算结构的非线性位移响应
{F}
{Fnr}
•非线性分析技术
ANSYS非线性分析 • 非线性分析有三种级别上的操作 非线性分析有三种级别上的操作:
– 载荷步 是上级用户定义的载荷变化。 “常值 载荷在一个载 是上级用户定义的载荷变化。 常值 常值” 荷步内线性变化 – 子步 是在一个载荷步内程序定义的载荷增量 – 平衡迭代 是在一个子步内获得收敛的校正求解
非线性分析
非线性分析
•非线性分析
载荷引起结构的刚度有重大变化的情况需要进行非线性分 载荷引起结构的刚度有重大变化的情况需要进行非线性分 析。典型的刚度改变原因: 应变超过弹性极限（塑性） －应变超过弹性极限（塑性） －大变形，如受载的钓鱼杆 大变形， －两个物体间的接触
非线性分析技术
ANSYS非线性分析类型 1. 几何非线性
当载荷步删除时,结果是阶跃变为 零。建议不要如此，因为通常引 建议不要如此， 起收敛失效。更好的模拟途径是 起收敛失效。 在一个小的时间增量内将载荷变 为零。 为零。
非线性分析技术
ANSYS非线性分析
• 每一载荷步和子步都与单一的时间值相关的。 每一载荷步和子步都与单一的时间值相关的。 – 子步因此也称为时间步长 – “时间” 对所有的静态和瞬态分析都作为跟踪的参数 时间”
Load
5.7
10.0 14.6 18.2
23.0
“Time ”
非线性分析技术
ANSYS非线性分析 “时间” 特性 时间”
– 对率相关或瞬态分析，时间必须有一致的时钟单位 对率相关或瞬态分析，
• 典型地对瞬态动力学为秒；对蠕变为小时 典型地对瞬态动力学为秒；
– 对率不相关静态分析，可以按任意单位定义时间 对率不相关静态分析，
[KT] F Fnr
1
3 4 2 1
u1 • 每一次迭代独立通过求解器
– 一次迭代如同一次线性静力的花费
u
非线性分析技术
ANSYS非线性分析
• 外载荷与内力之差 外载荷与内力之差{F} - {Fnr}称为残差, 是结构力平衡的量度 称为 • 目标即为迭代直到残差变得足够小；就是直到求解收敛 目标即为迭代直到残差变得足够小； • 当达到收敛，求解处于可接受容差内的平衡 当达到收敛，
ANSYS非线性分析
•注意查看下列重要的反馈文件 注意查看下列重要的反馈文件
–误差文件 误差文件(jobname.err). 误差文件 –监视文件 监视文件(jobname.mntr). 监视文件 –输出文件 输出文件(jobname.out). 输出文件
非线性分析技术
典型分析步骤
• 假定几何模型及网格划分步已经完成，对非线性求解的典型步骤为 假定几何模型及网格划分步已经完成， :
载荷 载荷步 2 载荷步 1
两个载荷步的求解
子步 “时间 ”
非线性分析技术
ANSYS非线性分析
时间及时间步 • 每一载荷步及子步是与时间值相联系的。 每一载荷步及子步是与时间值相联系的。 • 时间 在大多数非线性静力分析中仅仅用作计数器不具有实际的时 钟时间含义。 钟时间含义。
– 缺省, 在载荷步 结束时 结束时time = 1.0 ， 缺省 在载荷步1结束时 在载荷步2结束时时间为 结束时时间为2.0， 在载荷步 结束时时间为 ，依此类 推 – 对率不相关分析 可以为方便设成任 对率不相关分析, 意的值。 意的值。例如将时间设置成等于载荷 幅值， 幅值，可以轻松绘制载荷变形曲线
• 提示: 为方便可以设置时间等于施加的载荷 如果载荷为负，使用 为方便可以设置时间等于施加的载荷(如果载荷为负 如果载荷为负， 绝对值) 绝对值) • 例如，如果在载荷步1施加的力为－14500，指定载荷步 结束的 例如，如果在载荷步 施加的力为 施加的力为－ ，指定载荷步1结束的 时间为14500 时间为 • 这更易于表达输出和结果
线性响应 外载荷 非线性响应
位移
非线性分析技术
基本概念
• 一种处理方法即是逐步施加载荷将其分为一系列载荷增量并在每一 增量之后调整刚度矩阵。 增量之后调整刚度矩阵。 • 这种方法的问题是在每一增量的累积误差，将使最终的结果不平衡 这种方法的问题是在每一增量的累积误差，
误差
外载荷 非线性响应
计算的响应
– 程序重复求解这个方程直到残差 (力不 {F} - {F平衡度 变得可接受为 力不), 平衡度}, 力不 平衡度 止
• 最大可接受的残差值称为力收敛准则
当残差< 当残差 准则求解收敛
u
准则
F
收敛准则
• 数学表达式 数学表达式: 如果: ||{R}|| < (εR Rref) 如果 ε 那么: 求解收敛 那么 • 此处
收敛准则
• 缺省收敛准则对多数工程应用都是有良好表现的
||{R}||2 < (0.5% * ||{F}||2)
• 特殊情况下 要改变这个准则 特殊情况下,要改变这个准则
– 严格或放松收敛准则 • 严格准则给出给准确的结果 但更难于收敛 严格准则给出给准确的结果,但更难于收敛 – 还可以选择其他项去检查收敛 • 力,力矩 位移及转动准则 力矩,位移及转动准则 力矩 – 而且 还可以改变度量收敛项的范数 而且,还可以改变度量收敛项的范数 • L1, L2, 或无限范数
位移
非线性分析技术
ANSYS非线性分析
• Newton-Raphson 方法用下列方程进行迭代 方法用下列方程进行迭代: [KT]{∆u} = {F} - {Fnr} ∆ 这里: 这里
[KT] = 切向刚度矩阵 {∆u}= 位移增量 ∆ {F} =外部载荷矢量 外部载荷矢量 {Fnr} = 内力矢量 单元应力之和 内力矢量(单元应力之和 单元应力之和)
• 注意: 如果改变任何收敛准则,程序会删除所有的缺省准则 如果改变任何收敛准则 程序会删除所有的缺省准则
Load F2 ∆F F1
• 用户可以指定时间增量或 由ANSYS自动预测并控制 • 自动时间步长算法能够在
一个载荷步内的所有子步 预测并控制时间增量(载荷 增量)
Time t1 ∆t t2
非线性分析技术
ANSYS非线性分析