非线性静力分析程序课堂教程
ansys学习教程2_08非线性分析入门
• 假定几何体与网格划分已完成，非线性分析的典型步骤如下：
1. 确定分析类型（通常为静态）。
• 2. 确定求解控制Solution>Sol’n Control. 许多控制可以采用，但是常用的 是：
·小或大变形 ·时间和时间步或子步数 ·输出控制
1． 施加荷载。 2． 保存数据库。 3． 求解。
January 30, 2001 Inventory #001443
8-10
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
非线性分析入门 C. 练习
• 这一练习由下列问题组成： • W7.Arched Beam • 请参考你的说明书的练习附录
Training Manual
January 30, 2001 Inventory #001443
8-11
[KT]
F Fnr
23
4 次平衡迭 代ns
1
Du
• －一直迭代，直到在允许误差范围内。
Displacement
• －一些非线性分析收敛困难。在这种情况下，更进一步的分析技术 可以采用（包括在结构非线性训练课程中）。
January 30, 2001 Inventory #001443
8-6
非线性分析入门 …基本概念
Training Manual
• 这一过程在每一荷载增量中继续，直到整个外部荷载被施加。 • 这样一个典型的非线性分析包括以下内容：
INTRODUCTION TO ANSYS 5.7 - Part 2
外荷载 荷载步 (LS) 2
LS 1
子步 “时间"
• －一个或更多的荷载步来施加 外部荷载以及边界条件。（这 对于线性分析也同样适用。）
非线性动力分析方法课件
反馈线性化控制
优点
能够处理非线性问题，提高系统的控制精度 和稳定性。
缺点
实现较为复杂，需要精确的系统模型和参数。
自适应控制
通过不断调整控制参数，以适应系统参数的变化。
优点：能够适应系统参数的变化，提高系统的鲁 棒性和适应性。
自适应控制是一种能够自动调整控制参数，以适 应系统参数变化的控制方法。这种方法通过实时 测量系统参数的变化，不断更新控制参数，以保 证系统性能的稳定性和最优性。
机构运动
在机构运动中，非线性动 力系统可以用于描述机构 的运动规律，如连杆机构、 凸轮机构等。
弹性力学
非线性动力系统在弹性力 学中可以用于描述材料的 非线性行为，如材料的弹 塑性、断裂等。
电力系统中的应用实例
电力系统的稳定性分析
非线性动力系统可以用于分析电力系统的稳定性，如电压波动、 频率稳定等。
谱方法的基本思想是将原问题转化为求解特征值或特征向量 的问题，通过选取适当的正交变换，将原问题转化为易于求 解的数值问题。该方法广泛应用于数值计算、流体动力学等 领域。
边界元法
边界元法是一种只对边界进行离散化 的数值方法，通过求解边界上的离散 方程来近似求解原问题的数值方法。
边界元法的基本思想是将问题只离散 化边界上的点，通过求解边界上的离 散方程来近似求解原问题的数值方法。 该方法广泛应用于流体动力学、电磁 学等领域。
缺点：可能会产生抖振现象， 需要精确的系统模型和参数。
05
非性力系的
欧拉方法
总结词
欧拉方法是数值计算中最基础的方法 之一，适用于求解初值问题。
详细描述
欧拉方法基于差分思想，通过已知的 初值和微分方程，逐步计算出未知的 函数值。该方法简单易懂，但精度较 低，适用于求解简单问题。
非线性求解学习.pptx
2000年10月16日
2-5
第6页/共93页
收敛
Newton-Raphson 法需要一个收敛的度量以决定何时结束迭代。给 定外部载荷（Fa），内部载荷（ Fnr ）（由单元应力产生并作用于 节点），在一个体中，外部载荷必须与内力相平衡。
Fa - Fnr = 0
收敛是平衡的度量。
2000年10月16日
样将易于绘制载荷－位移曲线。
2000年10月16日
2-18
第19页/共93页
自动时间步
• 子步中的载荷增量大小 (F) 由时间 步的大小t决定。
• 时间步大小可由用户设定或由 ANSYS自动预测与控制。
载荷
F2 F
• 自动时间步 算法可在载荷步内为所有
子步预测与控制时间步长的大小（载 荷增量）。
F1
CRITERION= 2.113
DISP CONVERGENCE VALUE = 0.1024E-01 CRITERION= 0.9406
<<< CONVERGED
EQUIL ITER 3 COMPLETED. NEW TRIANG MATRIX. MAX DOF INC= 0.3165E-02
FORCE CONVERGENCE VALUE = 2.179
CRITERION= 2.108
<<< CONVERGED
>>> SOLUTION CONVERGED AFTER EQUILIBRIUM ITERATION 4
*** LOAD STEP
1 SUBSTEP 15 COMPLETED. CUM ITER =
31
*** TIME = 59.1250
8.6ANSYS非线性静力分析步骤帮助学习
8.6. Performing a Nonlinear Static AnalysisThe procedure for performing a nonlinear static analysis consists of these tasks:∙Build the Model∙Set Solution Controls∙Set Additional Solution Options∙Apply the Loads∙Solve the Analysis∙Review the Results∙Terminating a Running Job; Restarting8.6.1. Build the ModelThis step is essentially the same for both linear and nonlinear analyses, although a nonlinear analysis might include special elements or nonlinear material properties. See Using Nonlinear (Changing-Status) Elements, and Modeling Material Nonlinearities, for more details. If your analysis includes large-strain effects, your stress-strain data must be expressed in terms of true stress and true (or logarithmic) strain. For more information on building models in ANSYS, see the Modeling and Meshing Guide.After you have created a model in ANSYS, you set solution controls (analysis type, analysis options, load step options, and so on), apply loads, and solve. A nonlinear solution will differ from a linear solution in that it often requires multiple load increments, and always requires equilibrium iterations. The general procedure for performing these tasks follows. See Sample Nonlinear Analysis (GUI Method)for a sample problem that walks you through a specific nonlinear analysis.8.6.2. Set Solution ControlsSetting solution controls for a nonlinear analysis involves the same options and method of access (the Solution Controls dialog box) as those used for a linear structural static analysis. For a nonlinear analysis, the default settings in the Solution Controls dialog box are essentially the same settings employed by the automatic solution control method described in Running a Nonlinear Analysis in ANSYS. See the following sections in Structural Static Analysis, with exceptions noted:∙Set Solution Controls∙Access the Solution Controls Dialog Box∙Using the Basic Tab∙The Transient Tab∙Using the Sol'n Options Tab∙Using the Nonlinear Tab∙Using the Advanced NL Tab8.6.2.1. Using the Basic Tab: Special ConsiderationsSpecial considerations for setting these options in a nonlinear structural static analysis include:∙When setting ANTYPE and NLGEOM, choose Large Displacement Static if you are performing a new analysis. (But, keep in mind that not all nonlinear analyses will produce large deformations. See Using Geometric Nonlinearities for further discussion of largedeformations.) Choose Restart Current Analysis if you want torestart a failed nonlinear analysis. You cannot change this setting after the first load step (that is, after you issue your first SOLVEcommand). You will usually choose to do a new analysis, rather thana restart. Restarts are discussed in the Basic Analysis Guide.∙When working with time settings, remember that these options can be changed at any load step. See "Loading" in the Basic Analysis Guide for more information on these options. Advancedtime/frequency options, in addition to those available on theSolution Controls dialog box, are discussed in Advanced Load Step Options You Can Set on the Solution Controls Dialog Box.A nonlinear analysis requires multiple substeps (or time steps; thetwo terms are equivalent) within each load step so that ANSYS can apply the specified loads gradually and obtain an accurate solution.The NSUBST and DELTIM commands both achieve the same effect(establishing a load step's starting, minimum, and maximum stepsize), but by reciprocal means. NSUBST defines the number ofsubsteps to be taken within a load step, whereas DELTIM defines the time step size explicitly. If automatic time stepping is off[AUTOTS], then the starting substep size is used throughout the load step.∙OUTRES controls the data on the results file (Jobname.RST). By default, only the last substep is written to the results file ina nonlinear analysis.Only 1000 results sets (substeps) can be written to the results file, but you can use the command /CONFIG,NRES to increase the limit (see the Basic Analysis Guide).8.6.2.2. Advanced Analysis Options分析选项You Can Set on the Solution Controls Dialog BoxThe following sections provide more detail about some of the advanced analysis options that you can set on the Solution Controls dialog box.8.6.2.2.1. Equation SolverANSYS' automatic solution control activates the sparse direct solver (EQSLV,SPARSE) for most cases. Other options include the PCG and ICCG solvers. For applications using solid elements (for example, SOLID92 or SOLID45), the PCG solver may be faster, especially for 3-D modeling.If using the PCG solver, you may be able to reduce memory usage via the MSAVE command. The MSAVE command triggers an element-by-element approach for the parts of the model that use SOLID45, SOLID92, SOLID95, SOLID185, SOLID186, SOLID187SOLID272, SOLID273, and/or SOLID285 elements with linear material properties. (MSAVE does not support the layered option of the SOLID185 and SOLID186 elements.) To use MSAVE, you must be performing a static or a modal analysis with PCG Lanczos enabled. When using SOLID185, SOLID186, and/or SOLID187, only small strain (NLGEOM,OFF) analyses are allowed. Other parts of the model that do not meet the above criteria are solved using global assembly for the stiffness matrix. MSAVE,ON can result in a memory savings of up to 70 percent for the part of the model that meets the criteria, although the solution time may increase depending on the capabilities of your computer and the element options selected.The sparse direct solver, in sharp contrast to the iterative solvers included in ANSYS, is a robust solver. Although the PCG solver can solve indefinite matrix equations, when the PCG solver encounters anill-conditioned matrix, the solver will iterate to the specified number of iterations and stop if it fails to converge. When this happens, it triggers bisection. After completing the bisection, the solver continues the solution if the resulting matrix is well-conditioned. Eventually, the entire nonlinear load step can be solved.Use the following guidelines for selecting either the sparse or the PCG solver for nonlinear structural analysis:∙If it is a beam/shell or beam/shell and solid structure, choose the sparse direct solver.∙If it is a 3-D solid structure and the number of DOF is relatively large (that is, 200,000 or more DOF), choose the PCG solver.∙If the problem is ill-conditioned (triggered by poor element shapes), or has a big difference in material properties in different regions of the model, or has insufficient displacement boundaryconstraints, choose the sparse direct solver.8.6.2.3. Advanced Load Step Options载荷步选项 You Can Set on the Solution Controls Dialog BoxThe following sections provide more detail about some of the advanced load step options that you can set on the Solution Controls dialog box.8.6.2.3.1. Automatic Time SteppingANSYS' automatic solution control turns automatic time stepping on [AUTOTS,ON]. An internal auto-time step scheme ensures that the time step variation is neither too aggressive (resulting in many bisection/cutbacks) nor too conservative (time step size is too small). At the end of a time step, the size of the next time step is predicted based on four factors:∙Number of equilibrium iterations used in the last time step (more iterations cause the time step size to be reduced) ∙Predictions for nonlinear element status change (time step sizes are decreased when a status change is imminent)∙Size of the plastic strain increment∙Size of the creep strain increment8.6.2.3.2. Convergence CriteriaThe program will continue to do equilibrium iterations until the convergence criteria [CNVTOL] are satisfied (or until the maximum number of equilibrium equations is reached [NEQIT]). You can define custom criteria if the default settings are not suitable.ANSYS' automatic solution control uses L2-norm of force (and moment) tolerance (TOLER) equal to 0.5%, a setting that is appropriate for most cases. In most cases, an L2-norm check on displacement with TOLER equal to 5% is also used in addition to the force norm check. The check that the displacements are loosely set serves as a double-check on convergence.By default, the program will check for force (and, when rotational degrees of freedom are active, moment) convergence by comparing the square rootsum of the squares (SRSS) of the force imbalances against the product of VALUE*TOLER. The default value of VALUE is the SRSS of the applied loads (or, for applied displacements, of the Newton-Raphson restoring forces), or MINREF (which defaults to 0.01), whichever is greater. The default value of TOLER is 0.005. If SOLCONTROL,OFF, TOLER defaults to 0.001 and MINREF defaults to 1.0 for force convergence.You should almost always use force convergence checking. You can also add displacement (and, when applicable, rotation) convergence checking. For displacements, the program bases convergence checking on the change in deflections (Δu) between the current (i) and the previous (i-1)iterations: Δu=ui -ui-1.Note: If you explicitly define any custom convergence criteria [CNVTOL], the entire default criteria will be overwritten. Thus, if you define displacement convergence checking, you will have to redefine force convergence checking. (Use multiple CNVTOL commands to definemultiple convergence criteria.)Using tighter convergence criteria will improve the accuracy of your results, but at the cost of more equilibrium iterations. If you want to tighten (or loosen, which is not recommended) your criteria, you should change TOLER by one or two orders of magnitude. In general, you should continue to use the default value of VALUE; that is, change the convergence criteria by adjusting TOLER, not VALUE. You should make certain that the default value of MINREF= 0.001 makes sense in the context of your analysis. If your analysis uses certain sets of units or has very low load levels, you might want to specify a smaller value for MINREF.Also, we do not recommend putting two or more disjointed structures into one model for a nonlinear analysis because the convergence check tries to relate these disjointed structures, often producing some unwanted residual force.Checking Convergence in a Single and Multi-DOF SystemTo check convergence in a single degree of freedom (DOF) system, you compute the force (and moment) imbalance for the one DOF, and compare this value against the established convergence criteria (VALUE*TOLER). (You can also perform a similar check for displacement (and rotation) convergence for your single DOF.) However, in a multi-DOF system, you might want to use a different method of comparison.The ANSYS program provides three different vector norms to use for convergence checking:∙The infinite norm repeats the single-DOF check at each DOF in your model.∙The L1 norm compares the convergence criterion against the sum of the absolute values of force (and moment) imbalance for all DOFs.∙The L2 norm performs the convergence check using the square root sum of the squares of the force (and moment) imbalances for all DOFs.(Of course, additional L1 or L2 checking can be performed for adisplacement convergence check.)ExampleFor the following example, the substep will be considered to be converged if the out-of-balance force (checked at each DOF separately) is less than or equal to 5000*0.0005 (that is, 2.5), and if the change in displacements (checked as the square root sum of the squares) is less than or equal to 10*0.001 (that is, 0.01).CNVTOL,F,5000,0.0005,0CNVTOL,U,10,0.001,28.6.2.3.3. Maximum Number of Equilibrium IterationsANSYS' automatic solution control sets the value of NEQIT to between 15 and 26 iterations, depending upon the physics of the problem. The idea is to employ a small time step with fewer quadratically converging iterations.This option limits the maximum number of equilibrium iterations to be performed at each substep (default = 25 if solution control is off). If the convergence criteria have not been satisfied within this number of equilibrium iterations, and if auto time stepping is on [AUTOTS], the analysis will attempt to bisect. If bisection is not possible, then the analysis will either terminate or move on to the next load step, according to the instructions you issue in the NCNV command.8.6.2.3.4. Predictor-Corrector OptionANSYS' automatic solution control will set PRED,ON if there are no SOLID65 elements present. If the time step size is reduced greatly in the current substep, PRED is turned off. For transient analysis, the predictor is also turned off.You can activate a predictor on the DOF solution for the first equilibrium iteration of each substep. This feature accelerates convergence and is particularly useful if nonlinear response is relatively smooth, as in the case of ramped loads.8.6.2.3.5. VT AcceleratorThis option selects an advanced predictor-corrector algorithm based on Variational Technology to reduce the overall number of iterations [STAOPT,VT for static analyses, TRNOPT,VT for transient]. This option requires an HPC license. It is applicable to analyses that include large deflection [NLGEOM], hyperelasticity, viscoelasticity, and creep nonlinearities. Rate-independent plasticity and nonlinear contact analyses may not show any improvement in convergence rates; however, you may choose this option with these nonlinearities if you wish to rerun the analysis with changes to the input parameters later.8.6.2.3.6. Line Search OptionANSYS' automatic solution control will toggle line search on and off as needed. For most contact problems, LNSRCH is toggled on. For mostnon-contact problems, LNSRCH is toggled off.This convergence-enhancement tool multiplies the calculated displacement increment by a program-calculated scale factor (having a value between 0 and 1), whenever a stiffening response is detected. Because the line search algorithm is intended to be an alternative to the adaptive descent option [NROPT], adaptive descent is not automatically activated if the line search option is on. We do not recommend activating both line search and adaptive descent simultaneously.When an imposed displacement exists, a run cannot converge until at least one of the iterations has a line search value of 1. ANSYS scales the entire ΔU vector, including the imposed displacement value; otherwise, a "small" displacement would occur everywhere except at the imposed DOF. Until one of the iterations has a line search value of 1, ANSYS does not impose the full value of the displacement.8.6.2.3.7. Cutback CriteriaFor finer control over bisections and cutback in time step size, use [CUTCONTROL, Lab, VALUE, Option]. By default, for Lab= PLSLIMIT (maximum plastic strain increment limit), VALUE is set to 15%. This field is set to such a large value for avoiding unnecessary bisections caused by high plastic strain due to a local singularity which is not normally of interestto the user. For explicit creep (Option= 0), Lab= CRPLIM (creep increment limit) and VALUE is set to 10%. This is a reasonable limit for creep analysis. For implicit creep (Option = 1), there is no maximum creep criteria by default. You can however, specify any creep ratio control. The number of points per cycle for second order dynamic equations (Lab = NPOINT) is set to VALUE = 13 by default to gain efficiency at little cost to accuracy.8.6.3. Set Additional Solution OptionsThis section discusses additional options that you can set for the solution. These options do not appear on the Solution Controls dialog box because they are used infrequently, and their default settings rarely need to be changed. ANSYS menu paths are provided in this section to help you access these options for those cases in which you choose to override the ANSYS-assigned defaults.8.6.3.1. Advanced Analysis Options You Cannot Set on the Solution Controls Dialog BoxThe following sections describe some advanced analysis options that you can set for your analysis. As noted above in Set Additional Solution Options, you cannot use the Solution Controls dialog box to set the options described below. Instead, you must set them using the standard set of ANSYS solution commands and the standard corresponding menu paths.8.6.3.1.1. Stress StiffnessTo account for buckling, bifurcation behavior, ANSYS includes stress stiffness in all geometrically nonlinear analyses. If you are confident of ignoring such effects, you can turn stress stiffening off (SSTIF,OFF). This command has no effect when used with several ANSYS elements; see the Element Reference for the description of the specific elements you are using.Command(s):SSTIFGUI: Main Menu> Solution> Unabridged Menu> Analysis Type> Analysis Options 8.6.3.1.2. Newton-Raphson OptionANSYS' automatic solution control will use the FULL Newton-Raphson option with adaptive descent off if there is a nonlinearity present. However, when node-to-node, node-to-surface contact elements are used for contactanalysis with friction, then adaptive descent is automatically turned on (for example, PIPE20, BEAM23, BEAM24, and PIPE60). The underlying contact elements require adaptive descent for convergence.Command(s):NROPTGUI: Main Menu> Solution> Unabridged Menu> Analysis Type> Analysis Options Use this option only in a nonlinear analysis.This option specifies how often the tangent matrix is updated during solution.If you choose to override the default, you can specify one of these values: ∙Program-chosen (NROPT,AUTO): The program chooses which of the options to use, based on the kinds of nonlinearities present in your model. Adaptive descent will be automatically activated, whenappropriate.∙Full (NROPT,FULL): The program uses the full Newton-Raphson procedure, in which the stiffness matrix is updated at everyequilibrium iteration.If adaptive descent is on (optional), the program will use thetangent stiffness matrix only as long as the iterations remainstable (that is, as long as the residual decreases, and no negative main diagonal pivot occurs). If divergent trends are detected on an iteration, the program discards the divergent iteration andrestarts the solution, using a weighted combination of the secant and tangent stiffness matrices. When the iterations return to aconvergent pattern, the program will resume using the tangentstiffness matrix. Activating adaptive descent will usually enhance the program's ability to obtain converged solutions for complicated nonlinear problems but is supported only for elements indicatedunder "Special Features" in the Input Summary table (Table 4.n.1 for an element, where n is the element number) in the ElementReference.∙Modified (NROPT,MODI): The program uses the modifiedNewton-Raphson technique, in which the tangent stiffness matrix is updated at each substep. The matrix is not changed duringequilibrium iterations at a substep. This option is not applicable to large deformation analyses. Adaptive descent is not available.∙Initial Stiffness (NROPT,INIT): The program uses the initial stiffness matrix in every equilibrium iteration. This option can be less likely to diverge than the full option, but it often requiresmore iterations to achieve convergence. It is not applicable tolarge deformation analyses. Adaptive descent is not available.∙Full with unsymmetric matrix (NROPT,UNSYM): The program uses the full Newton-Raphson procedure, in which the stiffness matrix isupdated at every equilibrium iteration. In addition, it generates and uses unsymmetric matrices that you can use for any of thefollowing:o If you are running a pressure-driven collapse analysis, an unsymmetric pressure load stiffness might be helpful inobtaining convergence. You can include pressure loadstiffness using SOLCONTROL,INCP.o If you are defining an unsymmetric material model using TB,USER, you would need NROPT,UNSYM to fully use the propertyyou defined.o If you are running a contact analysis, an unsymmetric contact stiffness matrix would fully couple the sliding and thenormal stiffnesses. See Determining Contact Stiffness andAllowable Penetration in the Contact Technology Guide fordetails.You should first try NROPT,FULL; then try NROPT,UNSYM if youexperience convergence difficulties. Note that using anunsymmetric solver requires more computer time to obtain a solution, than if you use a symmetric solver.∙If a multistatus element is in the model, however, it would be updated at the iteration in which it changes status, irrespective of the Newton-Raphson option.8.6.3.2. Advanced Load Step Options You Cannot Set on the Solution Controls Dialog BoxThe following sections describe some advanced load step options that you can set for your analysis. As noted above in Set Additional Solution Options, you cannot use the Solution Controls dialog box to set the options described below. Instead, you must set them using the standard set of ANSYS solution commands and the standard corresponding menu paths.8.6.3.2.1. Creep CriteriaIf your structure exhibits creep behavior, you can specify a creep criterion for automatic time step adjustment [CRPLIM,CRCR, Option]. (If automatic time stepping [AUTOTS] is off, this creep criterion will have no effect.) The program will compute the ratio of creep strain increment , the change in creep strain in the last time step) to the elastic (Δεcrstrain (εel), for all elements. If the maximum ratio is greater than the criterion CRCR, the program will then decrease the next time step size; if it is less, the program might increase the next time step size. (The program will also base automatic time stepping on the number of equilibrium iterations, impending element status change, and plastic strain increment. The time step size will be adjusted to the minimum size calculated for any of these items.) For explicit creep (Option = 0), ifthe ratio Δεcr / εelis above the stability limit of 0.25, and if thetime increment cannot be decreased, a divergent solution is possible and the analysis will be terminated with an error message. This problem can be avoided by making the minimum time step size sufficiently small [DELTIM and NSUBST]. For implicit creep (Option = 1), there is no maximum creep limit by default. You can however, specify any creep ratio control.Command(s):CRPLIMGUI: Main Menu> Solution> Unabridged Menu> Load Step Opts> Nonlinear> Creep CriterionNote: If you do not want to include the effects of creep in your analysis, use the RATE command with Option = OFF, or set the time steps to be longer than the previous time step, but not more than 1.0e-6 longer.8.6.3.2.2. Time Step Open ControlThis option is available for thermal analysis. (Remember that you cannot perform a thermal analysis using the Solution Controls dialog box; you must use the standard set of ANSYS solution commands or the standard corresponding menu paths instead.) This option's primary use is in unsteady state thermal analysis where the final temperature stage reaches a steady state. In such cases, the time step can be opened quickly. The default is that if the TEMP increment is smaller than 0.1 in three (NUMSTEP = 3) contiguous substeps, the time step size can be "opened-up" (value = 0.1 by default). The time step size can then be opened continuously for greater solution efficiency.Command(s):OPNCONTROLGUI: Main Menu> Solution> Unabridged Menu> Load Step Opts> Nonlinear> Open Control8.6.3.2.3. Solution MonitoringThis option provides a facility to monitor a solution value at a specified node in a specified DOF. The command also provides a means to quickly review the solution convergence efficiency, rather than attempting to gather this information from a lengthy output file. For instance, if an excessive number of attempts were made for a substep, the information contained in the file provides hints to either reduce the initial time step size or increase the minimum number of substeps allowed through the NSUBST command to avoid an excessive number of bisections.Command(s):MONITORGUI: Main Menu> Solution> Unabridged Menu> Load Step Opts> Nonlinear> MonitorAdditionally, the NLHIST command allows you to monitor results of interest in real time during solution. Before starting the solution, you can request nodal data such as displacements or reaction forces at specific nodes. You can also request element nodal data such as stresses and strains at specific elements to be graphed. Pair-based contact data are also available. The result data are written to a file named Jobname.nlh.For example, a reaction force-deflection curve could indicate when possible buckling behavior occurs. Nodal results and contact results are monitored at every converged substep while element nodal data are written as specified via the OUTRES setting.You can also track results during batch runs. To execute, either access the ANSYS Launcher and select File Tracking from the Tools menu, or type nlhist120in the command line. Use the supplied file browser to navigate to your Jobname.nlh file, and select it to invoke the tracking utilty. You can use this utilty to read the file at any time, even after the solution is complete.Command(s):NLHISTGUI: Main Menu> Solution> Results TrackingNote: Results tracking is not available with FLOTRAN analyses.8.6.3.2.4. Birth and DeathSpecify birth and death options as necessary. You can deactivate [EKILL] and reactivate [EALIVE] selected elements to model the removal or addition of material in your structure. As an alternative to the standard birthand death method, you can change the material properties for selected elements [MPCHG] between load steps.Command(s): EKILL,EALIVEGUI: Main Menu> Solution> Load Step Opts> Other> Birth & Death> Kill ElementsMain Menu> Solution> Load Step Opts> Other> Birth & Death> Activate ElemThe program "deactivates" an element by multiplying its stiffness by a very small number (which is set by the ESTIF command), and by removing its mass from the overall mass matrix. Element loads (pressure, heat flux, thermal strains, and so on) for inactive elements are also set to zero. You need to define all possible elements during preprocessing; you cannot create new elements in SOLUTION.Those elements to be "born" in later stages of your analysis should be deactivated before the first load step, and then reactivated at the beginning of the appropriate load step. When elements are reactivated, they have a zero strain state, and (if NLGEOM,ON) their geometric configuration (length, area, and so on) is updated to match the current displaced positions of their nodes. See the Advanced Analysis Techniques Guide for more information on birth and death.Another way to affect element behavior during solution is to change the material property reference number for selected elements:Command(s):MPCHGGUI: Main Menu> Solution> Load Step Opts> Other> Change Mat Props> Change Mat NumNote: Use MPCHG with caution. Changing material properties in a nonlinear analysis may produce unintended results, particularly if you change nonlinear [TB] material properties.8.6.3.2.5. Output ControlIn addition to OUTRES, which you can set on the Solution Controls dialog box, there are several other output control options that you can set for an analysis:。
钢结构3D3S-非线性分析讲座课件
3、找形分析、施工过程跟踪分析、荷载态分析 4、找形分析时考虑自重和不考虑自重
5、零状态→工作状态的位移； 初始状态→工作状态的位移。
6、主、被动索的概念
主动索：受张拉的索段，原长改变、 控制拉力，张拉完毕后予以固定。
被动索：张拉前两端固定于结构节点， 张拉中原长不变、拉力变化。
被动索，同通用有限元软件 按主动索定义 按力密度定义 被动索，同通用有限元软件 主动索或被动索
3D3S(V11.0) 通用钢结构分析和设计软件
非线性
同济大学 上海同磊土木工程技术有限公司
TEL: 021-65981466
目录
一、非线性计算 二、施工过程计算
目录
一、非线性计算 二、施工过程计算
➢非线性基本概念
1. 结构的平衡位置是结构变形以后的位置（P- Δ 效应）
2. 结构自身的弹性刚度+几何刚度+预应力刚度 3. 结构效应（应力应变内力位移等）不适合叠加原理 4. 软件所指的非线性主要指几何非线性
➢何时使用非线性
1. 结构变形产生附加内力达到了必须要考虑几何 非线性效应的程度，比如高耸结构的高度超过 60m、跨度超过60m的大跨结构结构应该考虑 结构；
2. 需要导入预张力的结构都应考虑结构几何非线 性；
索梁体系
零状态位形及内力分布
初始态位形
索梁体系
初始态位形及内力分布
近似的零状态位形
索梁体系
零状态位形及内力分布
初始态位形
➢非线性实例
单层网壳——缺陷分析
单层网壳
单层网壳
单层网壳
单层网壳
目录
一、非线性计算 二、施工过程计算
某体育馆弦支穹顶施工过程分析
有限元第七讲 非线性分析
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，处理流程主要由建模、加载求解和查看结果3个主要 步骤组成。
6.2.1建模
该步骤对线性和非线性分析都是必需的，尽管非线性分析在 该步骤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。
6.1.2．平衡迭代
ANSYS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，以及二分等，可被激活来加 强问题的收敛性。如果不能得到收敛，那么程序或继续计算 下一个载荷或终止。
6.1.3．非线性求解的组织级别
非线性求解分为载荷步、子步和平衡迭代3个操作级别。 (1)顶层级别由在一定时间范围内明确定义的载荷步组成，假定载荷在载
在应力刚化效应选择ON。 (5)Newton-Raphson Option：牛顿一拉普森选项(NROPT)：
仅在非线性分析中使用这个选项，该选项指定在求解期间修 改一次正切矩阵的间隔时问。
4．指定载荷步选项
这些选项可以在任何载荷步中改变，如下选项对非线性静态分析是可用 的。
(1)普通选项 （a）Time(TIME)：ANSYS借助在每个载荷步末端给定的TIME参数识
第六章 非线性分析
目录
6．1基本概念 6．2非线性分析的过程与步骤 6.3 金属圆盘弹塑性分析实例
6．1基本概念
在日常生活中，会经常遇到非线性结构，例如：用 钉书针钉书，金属钉书钉将弯曲成一个不同的形状； 在一个木架上放置重物，随着时间的迁移它将越来 越下垂；卡车上装货时，它的轮胎和下面路面间接 触将随货物重量的增加而变化。如果画出它们的载 荷-变形曲线，可发现它们都显示了非线性结构的基 本特征，即变化的结构刚性。
04_非线性静态分析(Analyst)-25页PPT精品文档
Nonlinear Static Analysis (非线性静态分析)
Step
00 非线性静态分析概述
线性行为?
有限元最基本方程:
{F} = [K]{U}
{F}: 载荷矢量 {U}: 位移矢量 [K]: 刚度矩阵
如果 刚度矩阵为常量, 载荷和位移存在线性关系.
• 线性的载荷-位移关系
• 适用于小变形和应变
05 网格 >> 单元 >> 创建
操作步骤
1. 点击 [其它] . 2. 输入项目
目标 节点
刚体 (0, 0, -80) 节点
依存节点
选择 1个曲面
网格组
Rigid Link
3. 点击[确认].
1 ,
2
2 3
Spring 13
Step
06 网格 >> 属性 >> 材料
操作步骤
1. 创建 >> 各向同性 2. 选择[弹塑性] . 3. 结构
1
3
2
Spring 24
00 非线性静态分析概述
线性行为和非线性行为
<线性行为>
小位移、小转动
弹性材料 (应力-应变关系为线性)
支撑未变化 (维持连续性)
载荷保持原始方向
变形 材料 边界变化 载荷
<非线性行为>
大变形、大转动 塑性材料, 非线性弹性材料
打开或关闭间隙 载荷方向因大变形而改变
Spring 6
Step
00 概述
2. 选择[应力] . 3. 选择[实体单元Von mises应力. 4. 点击[确认]. 5.增量步为20的应力.
2 1
第六讲：非线性分析
第六讲王慎平非线性分析北京怡格明思工程技术有限公司北京怡格明思工程技术有限公司PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 Innovating through simulation25非线性有限元分析结构的非线性问题就是指结构的刚度随其变形而改变。
所有的物理结构 都是非线性的，而线性分析只是一种方便的近似，这对一些简单设计来 说通常是精确的，但显然对许多结构模拟是不够的，诸如加工过程的模 拟，锻造过程，冲压，压溃分析和橡胶问题等的分析。
由于刚度依赖位移，所以不能再用初始柔度（将刚度阵集成并求逆即可 得到柔度阵）乘以所加载荷的方法来计算任何载荷作用下的位移。
在非 线性分析中，结构的刚度阵在分析过程中必须进行多次的集成和求逆， 这就使得非线性分析求解比线性分析要昂贵得多。
北京怡格明思工程技术有限公司PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 Innovating through simulation26非线性的来源与一般解法1. 材料非线性非线性弹性 弹塑性 超弹性 粘弹性与粘塑性北京怡格明思工程技术有限公司PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 Innovating through simulation272. 几何非线性大偏转或变形； 大扭曲； 结构不稳定性 (屈曲) 预紧力效应北京怡格明思工程技术有限公司PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 Innovating through simulation283. 边界非线性两个物体的接触边界随加载和变形而 改变引起的接触非线性（其中包含有 摩擦接触和无摩擦接触）；北京怡格明思工程技术有限公司PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 Innovating through simulation31求解非线性问题主要有两种方法隐式方法 能够求解静态和动态方程； 需要求解一组矩阵方程以便获得增量步结束时的状态； 需要进行多次迭代； ABAQUS/standard应用该方法求解非线性问题； 显式方法 只能求解动态平衡方程； 可以用来求解准静态问题； 下一步的分析只依赖于上一步分析结束时的结果； 不需要进行迭代求解； ABAQUS/Explicit应用显式方法求解；北京怡格明思工程技术有限公司PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 Innovating through simulation求解平衡方程典型的非线性问题具有所有三种形式的非线性。
钢框架的静力非线性分析
静力非线性分析一、静力非线性分析方法静力非线性分析方法（Nonlinear Static Procedure）即静力弹塑性分析方法，又被称为推覆分析（Pushover Analysis)，是基于性能来评估已有结构和设计新结构的一种方法。
该方法是一种结构非线性响应的简化计算方法，将其与地震反应谱结合使用，可对结构进行抗震评估，又因其操作简便和实用性强等优点，在近二十年来该方法获得了很大的发展。
目前在许多国家的规范、标准中都引入了该方法。
1、静力非线性分析方法的原理静力非线性分析方法不仅考虑结构的弹塑性性能，而且将设计反应谱引入了分析过程[45]。
该方法首先在结构上加载竖向荷载，然后沿高度加载侧向力分布的水平荷载，再加载模拟地震水平惯性力，并逐步增大，随荷载的持续增大，结构构件将会进入塑性状态，结构的梁柱等构件也会出现塑性铰，最终结构达到预期的目标位移或形成机构。
这一过程反应了结构抗侧力弹塑性性能，可通过这一过程评估结构在地震作用下的内力、变形、塑性铰出现位置和先后顺序等，从而判断结构是否能够承受地震作用。
该方法主要用于计算结构的抗侧能力，并对其抗震性能进行评估。
它能够大致预测结构在水平荷载作用下的性能，而且可以获得构件塑性铰出现的位置、先后顺序以及倒塌模式。
2、静力非线性分析方法的基本假定及基本步骤静力非线性分析方法无较为严密的理论基础，它是基于三个基本假定：（1）结构的地震反应和等效的单自由度体系相关，也就是说结构的地震反应是由结构的第一振型来控制；（2）结构沿高度的变形由形状向量来表示，且不管变形多大，形状向量都维持不变；（3）楼板在平面内的刚度无限大，可以不考虑平面外刚度。
上面三个假定都不是很完美，侧向荷载的分布仅与结构的基本自振周期以及振型有关，但却忽略了结构高振型的影响。
目前并没有很好的方法来计算振型向量，一般只是凭经验假定，而振型向量的选择对确定结构特征参数有很大影响。
大量实验表明，对于地震反应由第一振型控制的多自由度体系，静力非线性分析还是能够很好的预测结构的最大地震反应[46]。
ansys非线性静态分析实例命令流及GUI
非线性静态实例分析-GUI方法在这个实例分析中你将进行一个子弹冲击刚性壁的非线性分析。
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VonMises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YieldStrength=400.0OE06屈服强度TangentModulus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。
问题的草图：求解步骤步骤一：设置分析标题1选择菜单路径：UtilityMenn>File>ChangeTitle2键入文字："CopperyCylinderImpactingaRigidWall"3单击OK步骤二：定义单元类型1选择菜单路径：MailMenu>Preprocessor>ElementType>All/Edit/Delete2单击：AddLibraryofElementTypes(出现单元类型库选择对话框)。
3在靠近左边的列表中单击VisioSolid，仅一次。
4选靠近右边的列表中单击4nodePlas106，仅一次。
5单击OK，LibraryofElementTypes对话框关闭。
6单击Options(选项)，出现VISCO106elementtypeOptions(visco106单元类型选项)对话框。
7在关于elementbehavior(单元特性)的卷动条中，卷动到Axisymmetric，且选中它。
ansys非线性分析指南
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。
4.4静力非线性分析
4.4 ANSYS软件非线性分析
A. 什么是非线性?
17世纪, Robert Hooke 发现了力(F)和位移(u)之 间的简单线性关系, 即 Hooke 定律: F = Ku
z 常数 K 代表结构刚度.
线性结构服从这种线性关系. 常见的例子是简单
弹簧:
F F
K
u
K
u
线性结构非常适合基于线性矩阵代数的有限元分
有限元分析软件及应用 (12)
4.4 ANSYS软件非线性分析
孙瑛
哈尔滨工业大学空间结构研究中心 2010秋
…非线性概述
4.4 ANSYS软件非线性分析
本章通过以下主题介绍非线性有限元分析(FEA) 的基础:
A. 什么是非线性? B. 用线性求解器求解非线性 C. 三类非线性 D. 非线性 FEA 难点 E. 一般的非线性分析过程
z 复杂的问题获得收敛需要多个载荷增量, 每个载荷增 量需多次迭代.
9 多次迭代会增加总的求解时间.
SSRC
Space Structure Research Center, HIT, CHINA
17 / 27
4.4 ANSYS软件非线性分析
… 非线性 FEA难点
时间和时间步
每一载荷步和子步与一个具体的时间相对应。 在大多数非线性静力分析中，时间只是被用作一个计数器，
… 非线性 FEA难点
一个典型的非线性分析包括以下内容：
外载荷 载荷步 (LS) 2
LS 1
子步 “时间"
z 一个或更多的载荷步来施加外部 载荷以及边界条件。（这对于线 性分析也同样适用。）
z 多个子步来逐渐施加载荷。每一 子步代表一个载荷增量。（线性 分析每一载荷步仅需要一个子 步）
非线性静力学分析
非线性静力学分析设置求解控制选项Sol’n Options选项卡1.程序选择求解器（Program Chosen Solver）：ANSYS将根据求解问题的领域自动选择一个求解器。
2.稀疏矩阵直接求解器（Sparse Direct）：对线性分析、非线性分析、静力分析，以及完全瞬态分析均可。
3.预条件共轭梯度求解器（Pre-Condition CG或PCG）：对于大模型和巨型结构推荐使用。
4.自动迭代求解器（Iterative）：只适用于线性静态/完全瞬态结构分析，或稳态温度分析。
5.波前直接求解器（Frontal Direct）。
根据以下几条准则选择稀疏矩阵求解器和PCG求解器来进行非线性机构分析（1）对于包含梁或者壳的模型（有无实体单元均可），选择PCG 求解器。
（2）对于三维实体模型并且自由度数偏多（如200000或者更多），选择PCG求解器。
（3）如果矩阵方程的条件数很差，或者是模型不同区域的材料性质差别很大，或者是没有足够的约束条件，选择稀疏矩阵求解器。
Nonlinear选项卡1.线性搜索：Line Search。
默认时，ANSYS程序会自动打开或者关闭线性搜索。
对于多数接触问题，线性搜索自动打开“LNSRCH，ON”；对于多数非接触问题，线性搜索自动关上“LNSRCH，OFF”。
2.DOF求解预测器：DOF solution predict。
如果没有梁或壳单元，默认情况下，预测校正选项是打开的“PRED，ON”。
如果当前子步的时间步长缩短很多，预测校正会自动关上。
对于瞬态分析，预测校正也自动关上。
3.每个子步的最大迭代次数。
选择菜单Maximum number of iterations，ANSYS程序默认设置方程最大迭代步数“NEQIT”为15~26,其准则是缩短时间步长以减少迭代步数。
4.选中“Creep Option”下的复选框用来包括蠕变计算。
Advanced NL 选项卡Advanced NL选项卡的选项一般不需要对此进行设置。
ADINA学习交流之——有限元非线性静力平衡方程组迭代算法(1)
ADINA学习交流之有限元非线性静力平衡方程组迭代算法（讲稿）主讲人：胡明祎博士于2009-06-06整理作者简介：姓名：胡明祎网名：淮水木鱼胡明祎，男，中国地震局工程力学研究所防灾减灾专业2006级博士。
研究领域：贮液结构液固耦合抗震分析结构抗震分析土结相互作用结构动力参数优化设计有限元数值模拟等有限元非线性静力平衡方程组迭代算法胡明祎说明：首先感谢苦苦创造这么一次学习交流机会。
因为最近一直很忙，讲义没有详细做，只是拍了几张图片，又copy了自己文章中的几幅图片进行说明的，后面粘贴的命令流属于本人原创，但是仅仅是实验而已，所以整体讲义比较粗糙，敬请谅解。
希望通过这次交流能够和大家多多互换心得，旨在互相提高。
1 问题的提出对于材料非线性问题，最终的整体结构的平衡方程组可以写成如下的形式：[]{}{}δ=K R[][][][]=∑∫K B D B dV当材料处于非线性阶段时候，上面的静平衡方程组是如何进行求解的呢？材料特性的随变形而变化，刚度矩阵[]K是如何变化的呢？在有限元数值计算过程中刚度矩阵[]K又是如何计算出来的呢？现在有哪些方法能有效地求解材料非线性影响下的有限元结构静力方程呢？2 有限元常用的的静力平衡方程组求解方法2.1增量法 2.1.1纯增量法2.1.2初始刚度增量法基于纯增量法，刚度矩阵取上一步增量分析结束时的切线刚度矩阵，图略。
2.1.3平均刚度增量法[][]11()2i i K K K +⎡⎤=+⎣⎦i2.1.4中点刚度增量法[]{}{}{}{11/21/21/21()2i i i i i K R δδδδ+−−−}Δ=Δ=+Δ2.2迭代法2.2.1 切线刚度迭代法2.2.2 割线刚度迭代法2.2.3 常刚度迭代法2.2.4 BFGS拟牛顿法2.3 负刚度解决方法2.3.1 附加虚拟弹簧法2.3.2 强制迭代法2.3.3 控制位移法2.3.4 弧长法3 有限元通用软件常用计算方法一般通用有限元软件中如ANSYS、ADINA、ABAQUS、MARC中都采用标准的N-R方法和A-l方法。
Ansys57线性和非线性结构静力分析指南
ANSYS 5.7线性和非线性 结构静力分析指南Chen Woo 译摘自Structural Analysis GuideANSYS Release 5.7前言ANSYS公司曾经推出一套中文版的ANSYS文档资料。
但对于目前发行的ANSYS 5.7，我们未见到任何相应版本的中文说明书。
这是一个重大缺陷。
为此，本人花了一些时间，把“Structural Analysis Guide（ANSYS Release 5.7）”的一部分内容翻译成中文。
在翻译时，主要的准则是忠实。
目前这个文稿还只是一个很粗略的草稿，以后还需要进一步修改。
只是本人时间有限，只能利用业余时间来做这项工作，因此先匆忙拿来献丑。
希望广大用户和读者喜欢，同时也希望大家帮助。
如有任何建议，请通知本人(chenwoo@)，不胜感激。
Chen Woo于2001-08-18目录1 结构分析概述_____________________________________________________________________6 1.1 结构分析定义__________________________________________________________________6 1.2 结构分析的类型________________________________________________________________6 1.3 结构分析所应用的单元__________________________________________________________6 1.4 材料模式界面__________________________________________________________________81.5 求解方法______________________________________________________________________82 结构线性静力分析_________________________________________________________________9 2.1 静力分析的定义________________________________________________________________9 2.2 线性静力分析与非线性静力分析__________________________________________________9 2.3 静力分析的例子________________________________________________________________9 2.4 静力分析的求解步骤____________________________________________________________92.4.1 建模______________________________________________________________________92.4.2 设置求解控制_____________________________________________________________102.4.3设置其他求解选项_________________________________________________________132.4.4施加荷载_________________________________________________________________142.4.5求解_____________________________________________________________________162.4.6检查分析结果_____________________________________________________________17 2.5静力分析示例(GUI方法)________________________________________________________192.5.1 问题描述_________________________________________________________________192.5.2 几何和材料特性___________________________________________________________192.5.3 求解_____________________________________________________________________19 2.6静力分析示例(命令流方法)_____________________________________________________27 2.7何处找到更多的静力分析示例___________________________________________________29 7 屈曲分析________________________________________________________________________31 7.1 屈曲分析的概念_______________________________________________________________31 7.2 屈曲分析的类型_______________________________________________________________317.2.1 非线性屈曲分析___________________________________________________________317.2.2 特征值屈曲分析___________________________________________________________31 7.3 屈曲分析的用到的命令_________________________________________________________31 7.4 非线性屈曲分析的过程_________________________________________________________317.4.1 施加载荷增量_____________________________________________________________327.4.2 自动时间步长功能_________________________________________________________327.4.3 注意事项_________________________________________________________________327.4.4 其他_____________________________________________________________________32 7.5 特征值(线性)屈曲分析_________________________________________________________337.5.1 建立模型_________________________________________________________________337.5.2 获得静力解_______________________________________________________________337.5.3 获得特征值屈曲解_________________________________________________________347.5.4 扩展解___________________________________________________________________357.5.5 查看结果_________________________________________________________________367.6 特征值屈曲分析实例(GUI方法)__________________________________________________367.6.1 问题描述_________________________________________________________________367.6.2 问题详细说明_____________________________________________________________377.6.3 求解步骤_________________________________________________________________377.7 屈曲分析示例(命令流方法)_____________________________________________________397.8 何处找到更多的示例___________________________________________________________408 非线性结构分析__________________________________________________________________41 8.1 结构非线性的定义_____________________________________________________________418.1.1 非线性行为的原因_________________________________________________________418.1.2 非线性分析的基本信息_____________________________________________________428.2 几何非线性的应用_____________________________________________________________448.2.1 应力-应变_________________________________________________________________448.2.2 应力刚化_________________________________________________________________458.2.3 旋转软化_________________________________________________________________458.3 材料非线性的模拟_____________________________________________________________458.3.1 非线性材料_______________________________________________________________458.4 在ANSYS中执行非线性分析____________________________________________________628.5 非线性静态分析步骤___________________________________________________________628.5.1 建模_____________________________________________________________________628.5.2 设置求解控制_____________________________________________________________628.5.3 设置附加求解选项_________________________________________________________668.5.4 施加荷载_________________________________________________________________688.5.5 求解_____________________________________________________________________698.5.6 考察结果_________________________________________________________________698.5.7 终止正在运行的工作,重起动_________________________________________________718.6 非线性瞬态分析步骤___________________________________________________________71§8.6.1建模____________________________________________________________________71 §8.6.2施加荷载和求解__________________________________________________________71 §8.6.3观察结果________________________________________________________________738.7 非线性瞬态分析示例(输入文件列表)_____________________________________________738.8 重启动_______________________________________________________________________748.9 非线性(状态改变)单元_________________________________________________________74§8.9.1单元生死________________________________________________________________748.10 非线性分析的提示和指南______________________________________________________748.10.1__________________________________________________________________________748.10.2 克服收敛问题____________________________________________________________758.11 非线性(静态)分析示例(GUI方法)_______________________________________________798.11.1 问题描述________________________________________________________________798.11.2 基本数据________________________________________________________________798.11.3 问题求解________________________________________________________________808.12 非线性(静态)分析示例(批处理方法)_____________________________________________848.13 其它例子____________________________________________________________________889接触分析________________________________________________________________________909.1概述_________________________________________________________________________90 9.1.1显式动态接触分析能力_____________________________________________________909.2一般接触分类_________________________________________________________________909.3ANSYS接触分析功能__________________________________________________________90 9.3.1面─面的接触单元_________________________________________________________91 9.3.2点─面接触单元___________________________________________________________92 9.3.3点─点接触单元___________________________________________________________929.4面─面的接触分析_____________________________________________________________92 9.4.1应用面-面接触单元_________________________________________________________92 9.4.2接触分析的步骤___________________________________________________________93 9.4.3建立模型几何实体和划分网格_______________________________________________93 9.4.4识别接触对_______________________________________________________________93 9.4.5指定接触面和目标面_______________________________________________________94 9.4.6不对称接触与对称接触_____________________________________________________94 9.4.7定义目标面_______________________________________________________________94 9.4.8定义柔体的接触面_________________________________________________________98 9.4.9设置实常数和单元关键字__________________________________________________100 9.4.10控制刚性目标面的运动(刚体-柔体接触)_____________________________________109 9.4.11温度接触建模___________________________________________________________110 9.4.12给变形体单元加必要的边界条件___________________________________________111 9.4.13定义求解和载荷步选项___________________________________________________112 9.4.14求解___________________________________________________________________113 9.4.15检查结果_______________________________________________________________1139.5点-面接触分析_______________________________________________________________116 9.5.1使用点─面的接触单元____________________________________________________116 9.5.2点─面接触分析的步骤____________________________________________________1169.6点－点的接触分析____________________________________________________________127§9.6.1 建立几何实体及分网_____________________________________________________127 §9.6.2 生成接触单元___________________________________________________________128 §9.6.3 定义接触的法线方向_____________________________________________________128 §9.6.4定义初始界面或间隙_____________________________________________________129 §9.6.5选择接触算法___________________________________________________________129 §9.6.6施加必要的边界条件_____________________________________________________130 §9.6.7定义求解选项___________________________________________________________130 §9.6.8求解___________________________________________________________________131 §9.6.9检查结果_______________________________________________________________1311 结构分析概述1.1 结构分析定义结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。
- 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)。
非线性静力分析程序课堂教程第八章非线性静力分析程序Nonlinear Static Analysis Procedures8.1 简介本章将介绍用于评估已建结构性能或者检验抗震设计得分析方法。
本章结构如下：8.1 简介8.2 简化非线性分析方法8.2.1 确定能力（推覆）的步骤8.2.2 确定需求（位移）的步骤8.2.3 检查（确定）性能（点）的步骤8.2.4 其它事项8.3 程序示例8.4 其它分析方法8.5 结构动力学初步不同的分析方法，包括弹性（线性）和非弹性（非线性），都可以用于分析已有结构。
弹性分析方法适用于包括规规定的静侧向力程序（code static lateral force procedures），动侧向力程序（code dynamic lateral force procedures）和用需求能力比的弹性方法（elastic procedures using demand capacity ratios）。
最基础的非线性分析方法是完全非线性时程分析方法，这种方法目前被认为是过于复杂且不切实际。
简化的非线性分析方法，即非线性静力分析方法，包括能力谱方法（capacity spectrum method CSM），使用能力（推覆）曲线＆折减的反应谱曲线的交点来估计（预测）最大位移；位移系数方法（例如，FEMA-273（ATC 1996a）），使用推覆分析＆一个改进的等效位移估计方法来估计最大位移；割线方法（例如，洛杉矶 95（COLA 1995）），使用替代结构＆割线刚度来估计最大位移。
本文着重讲述通用（in general）非线性静力（分析）方法，重点是能力谱方法。
该方法之前从未被详细介绍，它提供了独特且严格的处理位移增大和地震需求折减的方法（？？It provides a particularly rigorous treatment of the reduction of seismic demand for increasing displacement）。
位移系数方法被作为另一个备选方法将在本章进行简要介绍。
这些方法将在8.2节进行详细介绍，在8.3节将给出一个实例。
其它可用的分析方法将在8.4节进行讨论。
尽管一个弹性分析可以就结构弹性能力给出一个很好的指标并且可以显示何处将首先发生屈服，但是它不能预测机构破坏也无法计算构件屈服后的结构力重分布（？）。
非弹性分析方法通过确认模型破坏和累积倒塌的可能性（the potential for progressive collapse）帮助我们演示结构实际中是如何工作的。
使用非弹性方法设计＆评估是一种尝试，它帮助工程师更好的理解结构在地震作用下的反应，而这种分析已经超出弹性能力分析的畴。
非弹性分析方法可以解决规和弹性方法无法解决的一些问题。
能力谱方法是一种非线性静力方法，它提供了将结构力－位移能力曲线（例如，pushover曲线）与用反应谱表示的地震需求曲线相比较的作图方法，是评估、改进已有混凝土结构设计的一个非常有用的工具。
该作图方法可以清楚的反映结构对地震地面运动的反应，并且，就像第六章所述，它能够就不同的结构修正方案比如提高刚度或者强度对结构地震反映的影响，提供快捷并且清晰的图示。
8.2 简化非线性分析方法基于性能设计方法的两个关键要素是需求（demand）和能力（capacity）。
简而言之，需求（demand）代表地震地面运动，能力（capacity）代表结构抵抗地震需求的能力（ability），性能（performance）依赖于能力满足需求的方式。
换句话说，结构必须具有抵抗地震需求的能力，即为结构的性能与结构设计的目标相一致。
简化的非线性分析使用推覆（pushover）方法，例如能力谱方法（CSM）＆位移系数方法，需要确定三个基本要素：能力（capacity），需求（demand）或者位移（displacement），性能（performance）。
这三个要素将简要讨论如下：能力（capacity）：结构的全部能力由构成结构的全部构件的强度＆变形能力构成。
为了确定（结构）弹性围以外的能力，需要运用一些非线性分析方法，如推覆（pushover）方法。
推覆方法通过叠加一系列连续的线性分析从而近似得到整个结构的力－位移能力曲线。
即在结构上施加一个（不断增加的）侧向分布力使得结构构件不断屈服，构件屈服以后其承载力降低用修正结构的数学模型的办法来模拟，如此反复，直到结构失稳或者达到预期的限值。
这个过程将在8.2.1节进行更加详细的讨论。
对于平面结构模型，计算机程序可以直接模拟非线性行为而获得推覆曲线。
由推覆分析得到的能力曲线可以近似结构超出其弹性限值后的行为。
需求（demand）或者位移（displacement）：地震过程中的地面运动将使结构产生随时间变化的（复杂的）水平位移分量。
追踪结构在每一时间步的运动以确定结构设计需求已经被证明是不现实的。
传统的线性分析方法用侧向力水平代表设计条件，而非线性方法更加简单直接地使用一系列侧向位移作为设计条件。
对于一个给定的结构和地面运动，确定位移需求就是预测在地面运动过程中结构的最大反应。
性能（performance）：能力曲线＆需求位移被定义以后，就可以对结构性能进行检查了。
性能检查就是检验结构构件与非结构构件在结构超过用位移需求表示的性能目标时是否破坏。
下面三个部分将给出用能力谱方法＆位移系数方法确定能力，需求＆性能的具体步骤。
这两个方法除了在确定需求位移时稍有区别外，其它步骤非常相似。
8.2.1 确定能力曲线的步骤Pushover 曲线可以表现出结构的抗震能力。
使用基底剪力和顶点位移来描画结构的力－位移曲线是最便利的方法。
一些非线性计算机程序（如DRAIN －2DX （Powell et.al.1992））可以不需要迭代而直接进行Pushover 分析，下面描述的方法对于这样的程序不适用。
当使用线性计算机程序（如ETABS （CSI1995），SAP90（CSI 1992），RISA （RISA 1993）时，下面描述的过程可以用于构建Pushover 曲线：注：能力曲线适用于以第一振型为主、基本周期不超过1s 的结构，对于基本周期长于1s 的更柔性的结构，分析中需要考虑更高振型的参与作用。
1.按照第九章的建模规则建立结构的计算机模型，其基础部分按照第十章的原则建模。
2.按照第九章中的定义，将模型中的构件区分为主要构件和次要构件。
3. 给结构施加与质量和基本振型乘积成比例的水平作用力，本分析中同时应该包含重力荷载。
注：根据不同的分析方法，Pushover 分析也有不同的表现方式（e.g.. Seneviratna and Krawinkler 1994, Moehle1992）。
Pushover 分析的过程是：按照指定的加载模式，对结构施加逐渐递增的水平推力，直到结构达到极限状态。
在Pushover 分析中可能有多种侧向力分布方式，下面给出五种侧向分布模式的例子，第三种分布被认为是一种基本方法；第四种分布适用于有薄弱楼层的结构；第五种分布适用于较高的结构或者可能导致多种振型共同影响的不规则结构。
1. 在结构顶层施加一个水平集中力（一般仅针对于单层结构）；2. 按照规对结构各层施加按比例分配的侧向力，不考虑顶部集中力F 1（i.e., [/]x x x x xF w h w h V =∑）。
3. 给结构施加与结构质量和弹性模型的第一振型乘积成比例的侧向力（i.e., [/]x x x x xF w w V φφ=∑）。
能力曲线一般用来表现以基本振型为主的结构的第一模态反应，对基本振动周期不超过1s 的结构都适用。
4. 与3一样，直至结构达到第一次屈服。
在结构屈服之后，每一次水平力的增量都要调整，以保证与结构变形一致。
5. 与3和4相同，但需要包括在根据第一振型为主的侧向力及位移绘制结构的能力曲线的过程中，判断结构单根构件屈服时的高阶振型参与作用。
这个高阶振型参与作用可以通过进行高阶Pushover 分析来确定（i.e., 与相应振型而不是基本振型成比例的逐渐增加的荷载来确定结构的弹塑性行为）。
因为更高阶的振型同时进行推和拉的作用以维持其振型？4. 计算容许力，将竖直与水平荷载进行组合；5.调整水平力，使一些构件（或一组构件）的压应力控制在其容许强度的10％以。
注：这些构件可能是：受弯框架的连接件，支撑框架的压杆，或者剪力墙。
当达到它的容许强度时，这些构件被认为是无法再承担增加的水平荷载。
因为结构中一般有很多这种构件，对每一个构件的屈服过程都进行分析既浪费时间也是没有必要的。
所以在这种情况下，具有相同或相近屈服点的构件会被归于同一组。
大多数结构在10步以都可以分析完全，很多简单的结构只需要3到4步就可以结束分析。
6.记录基底剪力和顶点位移；注：记录弯矩和转角也是有效的，因为它们会在检查结构性能的时候被用到。
7.对屈服的构件采用零刚度（或很小的刚度）对模型进行修正。
8.将施加新的增量后的水平力作用在修正后的结构上，直到另一根构件（或一组构件）屈服；注：在一个新增量开始和前一个增量结束的时候，构件上实际的力和转角应该是相等的，然而，水平荷载每一次增量施加的过程都是一个从零初始状态开始的独立分析。
因此，为确定下一个构件何时屈服，需要将现有分析中的力加到前面所有分析产生的力的总和上去。
类似地，为了确定构件的转角，也需要将现有分析中的转角数值与以前分析中的转角数值进行叠加。
9.将水平荷载和相应的顶点位移的增量与所有前面分析产生的数值进行叠加后，给出基底剪力和顶点位移的累积值。
10.重复第7，8和9步，直至结构达到最终极限状态，如：由于P-Δ影响导致结构失稳；变形在相当程度上超过预计的性能水准；一个构件（或一组构件）的侧向变形达到某一数值时，开始发生如第9.5节中定义的明显的强度退化；或者是某一构件（或一组构件）的侧向变形达到某一数值时，会导致结构失去重力承载能力，见9.5节中定义。
图8.1中所示的是典型的能力曲线。
（图8.1，能力曲线：从左至右，侧向荷载增量，分析段，构件的屈服点）注：一些工程师更倾向于在结构达到上述假设的终止点后继续绘制结构的能力曲线，以便理解这种假定所有薄弱构件被改进后的结构行为。
Exc.在一些特定的情况中，某些构件失去全部或者大部分的水平承载能力，但仍可以继续承担变形的要求，此时分析仍可以继续下去。
最典型的例子是剪力墙的双拱部位，这个地方不需要承担竖向荷载。
这种相当于水平荷载重分布的行为，可以按照第11步所描述的那样来进行精确的建模。
也可以用这种方式对那些逐步退化的构件进行建模。
但模拟这种行为需要估测所有的荷载，考虑预期行为的可靠性，仔细检查退化构件性能的所有方面。