ansys高级非线性分析七粘弹性
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。
CAE-ANSYS Mechanical介绍(超弹性、粘弹性)
应用多种超弹性本构的案例：膝盖韧带分析
Cartilage(软骨) Isotropic Mooney-Rivlin
Ligament(韧带) Transversely isotropic Neo-Hookean
Meniscus(半月板)
Fung
W
2
I1
3
F2 (I4 )
Orthotropic Hyperelastic:
i 1
2i
3 i
3
第三类分子统计学本构模型，Neo-Hookean、Gent。
W
2
I1
3
5
超弹性模型 介绍
6
超弹性模型 选择
• 2阶项的 Mooney-Rivlin模型（ANSYS提供2,3,5,9参数的 模型）
W C1I1 3 C2 I2 3
W C1(I1 3) C2 (I2 3) C3 (I1 3)(I2 3)
Cauchy应力 剪切松弛模量 Green应变
t
0
2G t
de
d
d
t
I 0
K
t
d
d
d
式中σ——Cauchy应力(真实应力)
G(t)——为剪切松弛核函数
K(t)——为体积松弛核函数(由于体积几乎不变，可不考虑)
e——为应变偏量部分(剪切变形)
Δ——为应变体积部分(体积变形)
t——当前时间
τ——过去时间
粘弹性模型 静态 时温等效
• 时温等效原理 升高温度与延长时间对分子运动或高聚物的粘弹行为都
是等效的，这个等效性可以借助转换因子aT，将在某一温度 下测定的力学数据转换成另一温度下的数据.
静态下，升高温度与延长时间等效 降低温度与缩短时间等效
ANSYSMechanical的强大非线性分析能力
ANSYS/Mechanical的强大非线性分析能力（摘录并改编自《ANSYS Mechanical ─A Powerful Nonlinear Simulation Tool》，Grama R.Bhashyam，2002年9月）1 前言随着有限元算法理论、计算机硬件和软件技术、实际工业需求等的进步，现代CAE技术的应用已逐步由以线性模拟为主向以非线性模拟为主快速发展。
一个好的非线性CAE程序必须在这样一些技术领域有完美的解决方案：(1)有限元单元技术；(2)材料本构模型；(3)接触算法和装配分析；(4)针对大型复杂非线性问题的有效解算算法；(5)良好的应用程序组织结构（易用性和可靠性）；等等。
本文概要讲述ANSYS/Mechanical程序的部分主要的和独特的非线性技术，以让大家有一个概略性的了解。
2 ANSYS单元技术：实现有效的分析仿真的基础早在1994年的5.3版本中，ANSYS就已经具备了一个功能强大、适应面宽的单元库。
为了适应复杂多变的材料本构和宽范围应用的需求，ANSYS公司随后集中技术力量开发了一组全新的单元（180系列单元），这些单元具有如下显著特点：✓功能丰富✓融合了最新的基础理论和最先进的算法✓柔性的单元构架传统的全积分等参实体单元应用范围很有限，在线性或非线性分析中，可能会发生严重的“锁定”等问题。
作为一个通用的分析工具，ANSYS的有限元单元面对的是一个范围非常宽广的应用范畴。
因而，180系列实体单元（182、183、185、186和187）综合采用了如下的一些全新的单元技术来保证其宽范围的应用需求：✓选择性降阶积分：避免低阶单元在分析近似不可压材料时发生体积锁定；✓增强应变列式：避免低阶单元的过刚（弯曲状态）、剪切和体积锁定（近似不可压材料）；✓一致性降阶积分：更有效地避免在分析近似不可压材料时发生体积锁定，避免低阶单元在弯曲状态的体积锁定，采用沙漏控制避免降阶积分的零能模式；✓混合u-P列式：除位移外，将静水压力作为附加自由度，有基于罚函数和基于拉格郎日乘子等两种u-P列式，适用于近似不可压超弹材料、近似不可压弹塑性材料和完全不可压超弹材料等。
ansys材料非线性概述
4.1 材料非线性概述许多与材料有关的参数可以使结构刚度在分析期间改变。
塑性、非线性弹性、超弹性材料、混凝土材料的非线性应力—应变关系，可以使结构刚度在不同载荷水平下（以及在不同温度下）改变.蠕变、粘塑性和粘弹性可以引起与时间、率、温度和应力相关的非线性.膨胀可以引起作为温度、时间、中子流水平(或其他类似量)函数的应变.ANSYS程序应可以考虑多种材料非线性特性:1．率不相关塑性指材料中产生的不可恢复的即时应变。
2．率相关塑性也可称之为粘塑性,材料的塑性应变大小将是加载速度与时间的函数。
3．材料的蠕变行为也是率相关的，产生随时间变化的不可恢复应变，但蠕变的时间尺度要比率相关塑性大的多。
4．非线性弹性允许材料的非线性应力应变关系，但应变是可以恢复的。
5．超弹性材料应力应变关系由一个应变能密度势函数定义，用于模拟橡胶、泡沫类材料，变形是可以恢复的。
6．粘弹性是一种率相关的材料特性,这种材料应变中包含了弹性应变和粘性应变。
7．混凝土材料具有模拟断裂和压碎的能力.8．膨胀是指材料在中子流作用下的体积扩大效应。
4。
2 塑性分析4。
2。
1 塑性理论简介许多常用的工程材料，在应力水平低于比例极限时，应力—应变关系为线性的。
超过这一极限后,应力—应变关系变成非线性，但却不一定是非弹性的。
以不可恢复的应变为特征的塑性，则在应力超过屈服点后开始出现。
由于屈服极限与比例极限相差很小,ANSYS程序在塑性分析中，假设这二个点相同,见图4—1。
图4—1 弹塑性应力—应变曲线塑性是一种非保守的（不可逆的），与路径相关的现象.换句话说，荷载施加的顺序,以及什么时候发生塑性响应，影响最终求解结果。
如果用户预计在分析中会出现塑性响应，则应把荷载处理成一系列的小增量荷载步或时间步,以使模型尽可能附合荷载—响应路径。
最大塑性应变是在输出（Jobname.OUT）文件的子步信息中打印的。
在一个子步中,如果执行了大量的平衡迭代，或得到大于15%的塑性应变增量，则塑性将激活自动时间步选项［AUTOTS］（GUI:Main Menu>Solution〉Sol”n Control：Basic Tab 或Main Menu〉Solution〉Unabridged Menu> Time /Frequenc>Time and Substps).如果取了太大的时间步，则程序将二分时间步，并重新求解。
(完整版)ANSYS粘弹体分析
ANSYS 中粘弹材质属性参数输入和分析 (1)1.1 ANSYS 中表征粘弹性属性问题 ............................................................................................................... 1 1.2 Prony 级数形式 .......................................................................................................................................... 1 1.3 Maxwell 形式 .............................................................................................................................................. 3 1.3 建模与载荷条件 . (5)1.3.1 模型设计 .......................................................................................................................................... 5 1.3.2 有限元建模 ...................................................................................................................................... 5 1.3.3 理论解析解计算式 .......................................................................................................................... 6 1.4 有限元数值解与结果比较 . (6)1.4.1 Plane183，Prony 级数方式 ............................................................................................................. 6 1.4.5 算例结论 . (10)ANSYS 中粘弹材质属性参数输入和分析1.1 ANSYS 中表征粘弹性属性问题粘弹性材料的应力响应包括弹性部分和粘性部分，在载荷作用下弹性部分是即时响应的，而粘性部分需要经过一段时间才能表现出来。
粘弹性边界-刘晶波-ansys中实现
粘弹性人工边界在ANSYS中的实现作者：河海水妖 2007-11-07 00:25:58标签：知识/探索ansys粘弹性人工边界动力边界条件粘弹性人工边界在ANSYS中的实现从半空间无限域取一4X2的矩形平面结构，顶部中间一定范围内受随时间变化的均布荷载，荷载如下p(t)=t 当0< DIV>p(t)=2-t 当1<=t<=2时p(t)=0 当t>2时材料弹性模量E=2.5，泊松比0.25，密度1网格尺寸0.1X0.1，在网格边界上所有结点加法向和切向combin14号单元用以模拟粘弹性人工边界（有关理论可参考刘晶波老师的相关文章）。
combine14单元的两个结点，其中一个与实体单元相连，另一个结点固定。
网格图如图1所示时程分析的时间步长为0.02秒，共计算16秒。
计算得到四个控制点位移时程图如图2所示，控制点坐标A(0,2)、B(0,1)、C(0,0)、D(2,2).计算所用命令流如下：/PREP7L=4 !水平长度H=2 !竖起深度E=2.5 !弹性模量density=1 !密度nu=0.25 !泊松比dxyz=0.1 !网格尺寸G = E/(2.*(1.+nu)) !剪切模量alfa = E*(1-nu)/((1.+nu)*(1.-2.*nu)) !若计算平面应力，此式需要修改 Cp=sqrt(alfa/density) !压缩波速Cs=sqrt(g/density) !剪切波速R=sqrt(L*L/4.+H*H/4.) !波源到边界点等效长度KbT=0.5*G/R*dxyzKbN=1.0*G/R*dxyzCbT=density*Cs*dxyzCbN=density*Cp*dxyzET, 1, plane42,,,2 !按平面应变计算et, 2, combin14, ,, 2 !切向et, 3, combin14, ,, 2 !法向r, 2, KbT, CbTr, 3, KbN, CbNMP, EX, 1, EMP, PRXY, 1, nuMP, DENS, 1, densityrectng,-L/2.,L/2,0.,Hasel, allaesize, all, dxyzmshape,0,2Dmshkey,1amesh, all!以下建立底边界法向和切向弹簧阻尼单元nsel,s,loc,y,0.*get,np,node,,count !得到选中的结点数，存入np*get,npmax,node,,num,maxd !得到已经定义的最大结点数，存入npmax*do,ip,1,npnpnum=node((ip-1)*dxyz-L/2.,0.,0.)x=nx(npnum)y=ny(npnum)z=nz(npnum)npmax=npmax+1n,npmax,x.,y-dxyz/2,z !定义底边界法向结点以便与边界点形成法向单元 type,3real,3e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点npmax=npmax+1n,npmax,x-dxyz/2.,y,z !定义底边界切向结点以便与边界点形成切向单元 type,2real,2e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点*enddo!以下建立左边界法向和切向弹簧阻尼单元nsel,s,loc,x,-L/2*get,np,node,,count !得到选中的结点数，存入np*get,npmax,node,,num,maxd !得到已经定义的最大结点数，存入npmax*do,ip,2,np !侧边界最下面一个点按底边界上处理npnum=node(-L/2,(ip-1)*dxyz,0.)x=nx(npnum)y=ny(npnum)z=nz(npnum)npmax=npmax+1n,npmax,x-dxyz/2.,y,z !定义左边界法向结点以便与边界点形成法向单元 type,3real,3e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点npmax=npmax+1n,npmax,x,y-dxyz/2.,z !定义左边界切向结点以便与边界点形成切向单元 type,2real,2e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点*enddo!以下建立右边界法向和切向弹簧阻尼单元nsel,s,loc,x,L/2*get,np,node,,count !得到选中的结点数，存入np*get,npmax,node,,num,maxd !得到已经定义的最大结点数，存入npmax*do,ip,2,np !侧边界最下面一个点按底边界上处理npnum=node(L/2,(ip-1)*dxyz,0.)x=nx(npnum)y=ny(npnum)z=nz(npnum)npmax=npmax+1n,npmax,x+dxyz/2.,y,z !定义右边界法向结点以便与边界点形成法向单元 type,3real,3e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点npmax=npmax+1n,npmax,x,y-dxyz/2.,z !定义右边界切向结点以便与边界点形成切向单元 type,2real,2e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点*enddoallsel,all/pnum,type,1/number,1eplotfinish/soluANTYPE,trans!*TRNOPT,FULLLUMPM,0btime=0.02etime=16.00dtime=0.02*DO,itime,btime,etime,dtimeTIME,itimensel,s,loc,y,H !选中需要加荷载的点nsel,r,loc,x,-L/4,L/4*if,itime,lt,1.,thenf,all,fy,1*itime*elseif,itime,ge,1.0,and,itime,le,2.0f,all,fy,1*(2-itime)*elsef,all,fy,0.0*endifallsel,allSOLVE*ENDDO另外，还用自己编写的有限元程序计算了一下这个例子，并与ANSYS得到的结果进行了比较，结果非常吻合，这里给出A点的比较结果。
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)
ANSYS中粘弹性材料及参数意义
ANSYS中粘弹性材料的参数意义：我用的材料知道时温等效方程（W.L.F.方程），ANSYS 中的本构模型用MAXWELL模型表示。
１．活化能与理想气体常数的比值（Tool-Narayanaswamy Shift Function）或者时温方程的第一个常数。
２．一个常数当用Tool-Narayanaswamy Shift Function的方程描述，或者是时温方程第２个常数３．定义体积衰减函数的MAXWELL单元数（在时温方程中用不到）４．时温方程的参考温度５．决定１、２、３、４参数的值６－１５定义体积衰减函数的系数，１６－２５定义fictive temperature的松弛时间这２０个数最终用来定义fictive temperature（在理论手册中介绍，不用在时温方程中）２６－３０和３１－３５分别定义了材料在不同物理状态时的热扩散系数３６－４５用来定义fictive temperature的fictive temperature的一些插值一类的数值，时温方程也用不到４６剪切模量开始松弛的值４７松弛时间无穷大的剪切模量的值４８体积模量开始松弛的值４９松弛时间无穷大的体积模量的值５０描述剪切松弛模量的MAXWELL模型的单元数５１－６０拟合剪切松弛模量的prony级数的系数值６１－７０拟合剪切松弛模量的prony级数的指数系数值（形式参看理论手册）７１描述体积松弛模量的MAXWELL模型的单元数７６－８５拟合体积松弛模量的prony级数的系数值８５－９５拟合体积松弛模量的prony级数的指数系数值（形式参看理论手册）进入ansys非线性粘弹性材料有两项：（1）maxwell(麦克斯韦)模型最多可以输入95个常数（2）prony(普朗尼）模型这个模型下面又有三项：（a)shear Responsea1: 即理论中的C1-Relative modulus: 相对剪切模量t1: 即理论中的C2-Relative time: 相对时间（b）V olumetric Response（容积响应）a1: 即理论中的C1-Relative modulus: 相对弹性模量t1: 即理论中的C2-Relative time: 相对时间（c）Shift function (转换函数)有三项可以选择：（I）William-Landel, ferry: 时温等效方程Tref: 即理论中的C1-Relative temperature: 相对温度（对应《粘弹性理论》中的时温等效方程（WFL方程）应该是玻璃化转变温度）C1,C2: 没有什么好说的了，就是WFL方程的常量，与材料有关；（II）Tool-Narayanaswamy 方程Tref: 即理论中的C1-Relative temperature: 相对温度（应该是玻璃化转变温度）C1: 没有什么好说的了，就是TN常量；（III）用户定义Tref: 即理论中的C1-Relative temperature: 相对温度（应该是玻璃化转变温度）C1: 没有什么好说的了，就是方程的常量；-------------------------------------------------------------------------《粘弹性理论》TB, Lab, MAT, NTEMP, NPTS, TBOPT, EOSOPT如果Lab:MATMaterial reference number (defaults to 1; maximum equals 100,000).NTEMP:Number of temperatures for which data will be provided. Default = 1; Max = 6.NPTS:Number of pairs of Prony series. Default = 1 pair; Max = 6 pairs.TBOPT:Defines the relaxation behavior for viscoelasticity.1--(or SHEAR) relaxation behavior of the shear response.2--(or BULK) relaxation behavior of the volumetric response.如果Lab:SHIFTNTEMP:Allows one temperature for which data will be provided.NPTS:Number of material constants to be entered as determined by the shift function specified by3--for TBOPT = WLF2--TBOPT = TNTBOPT:Defines the shift function1--( or WLF) William-Landel-Ferry shift function.2--(or TN) Tool-Narayanaswamy shift function.100--(or USER) User-defined shift function。
ansys高级非线性分析七粘弹性
September 30, 2001 Inventory #001491 7-4
粘弹性
... 粘弹性理论背景
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
• 粘弹性是率相关行为 材料特性可能与时间和温度都有关，粘弹性 粘弹性是率相关行为, 响应可看作由弹性和粘性部分组成。 响应可看作由弹性和粘性部分组成。
响应
t
ε = constant
(plus delta function)
ε
←δ(t-to)
加载
t
响应
t
September 30, 2001 Inventory #001491 7-14
粘弹性
... Kelvin-Voigt 模型
• Kelvin-Voigt 模型有以下特征 模型有以下特征:
– 对蠕变 在外载作用下 应变是指数的并渐近至 σo/E 对蠕变, 在外载作用下,
– 首先定义一些常用的术语 – 通过使用一维流变模型来解释线性粘弹性行为，这将有助于说明广义 通过使用一维流变模型来解释线性粘弹性行为， Maxwell 模型的基本特征。 模型的基本特征。 – 使用所有粘弹性材料通用的一般输入要求。 使用所有粘弹性材料通用的一般输入要求。 – 焦点将转至 WLF 偏移函数和聚合物。 偏移函数和聚合物。 – 将他讨论 TN偏移函数及其对玻璃材料的适用性。 偏移函数及其对玻璃材料的适用性。 偏移函数及其对玻璃材料的适用性
η
September 30, 2001 Inventory #001491 7-11
粘弹性
... Maxwell 模型
• Maxwell模型是一个串联的弹簧和阻尼器。 模型是一个串联的弹簧和阻尼器。 模型是一个串联的弹簧和阻尼器 σ spring = σ dashpot
ansys材料非线性概述
4.1 材料非线性概述许多与材料有关的参数可以使结构刚度在分析期间改变。
塑性、非线性弹性、超弹性材料、混凝土材料的非线性应力—应变关系，可以使结构刚度在不同载荷水平下(以及在不同温度下)改变。
蠕变、粘塑性和粘弹性可以引起与时间、率、温度和应力相关的非线性。
膨胀可以引起作为温度、时间、中子流水平(或其他类似量)函数的应变。
ANSYS程序应可以考虑多种材料非线性特性：1．率不相关塑性指材料中产生的不可恢复的即时应变。
2．率相关塑性也可称之为粘塑性，材料的塑性应变大小将是加载速度与时间的函数。
3．材料的蠕变行为也是率相关的，产生随时间变化的不可恢复应变，但蠕变的时间尺度要比率相关塑性大的多。
4．非线性弹性允许材料的非线性应力应变关系，但应变是可以恢复的。
5．超弹性材料应力应变关系由一个应变能密度势函数定义，用于模拟橡胶、泡沫类材料，变形是可以恢复的。
6．粘弹性是一种率相关的材料特性，这种材料应变中包含了弹性应变和粘性应变。
7．混凝土材料具有模拟断裂和压碎的能力。
8．膨胀是指材料在中子流作用下的体积扩大效应。
4.2 塑性分析4.2.1 塑性理论简介许多常用的工程材料，在应力水平低于比例极限时，应力—应变关系为线性的。
超过这一极限后，应力—应变关系变成非线性，但却不一定是非弹性的。
以不可恢复的应变为特征的塑性，则在应力超过屈服点后开始出现。
由于屈服极限与比例极限相差很小，ANSYS程序在塑性分析中，假设这二个点相同，见图4-1。
图4-1 弹塑性应力-应变曲线塑性是一种非保守的(不可逆的)，与路径相关的现象。
换句话说，荷载施加的顺序，以及什么时候发生塑性响应，影响最终求解结果。
如果用户预计在分析中会出现塑性响应，则应把荷载处理成一系列的小增量荷载步或时间步，以使模型尽可能附合荷载—响应路径。
最大塑性应变是在输出(Jobname.OUT)文件的子步信息中打印的。
在一个子步中，如果执行了大量的平衡迭代，或得到大于15%的塑性应变增量，则塑性将激活自动时间步选项[ AUTOTS ](GUI：Main Menu>Solution> Sol"n Control:Basic Tab 或Main Menu>Solution>Unabridged Menu> Time /Frequenc>Time and Substps)。
粘弹性边界-刘晶波-ansys中实现
粘弹性人工边界在ANSYS中的实现作者：河海水妖 2007-11-07 00:25:58标签：知识/探索ansys粘弹性人工边界动力边界条件粘弹性人工边界在ANSYS中的实现从半空间无限域取一4X2的矩形平面结构，顶部中间一定范围内受随时间变化的均布荷载，荷载如下p(t)=t 当0< DIV>p(t)=2-t 当1<=t<=2时p(t)=0 当t>2时材料弹性模量E=2.5，泊松比0.25，密度1网格尺寸0.1X0.1，在网格边界上所有结点加法向和切向combin14号单元用以模拟粘弹性人工边界（有关理论可参考刘晶波老师的相关文章）。
combine14单元的两个结点，其中一个与实体单元相连，另一个结点固定。
网格图如图1所示时程分析的时间步长为0.02秒，共计算16秒。
计算得到四个控制点位移时程图如图2所示，控制点坐标A(0,2)、B(0,1)、C(0,0)、D(2,2).计算所用命令流如下：/PREP7L=4 !水平长度H=2 !竖起深度E=2.5 !弹性模量density=1 !密度nu=0.25 !泊松比dxyz=0.1 !网格尺寸G = E/(2.*(1.+nu)) !剪切模量alfa = E*(1-nu)/((1.+nu)*(1.-2.*nu)) !若计算平面应力，此式需要修改 Cp=sqrt(alfa/density) !压缩波速Cs=sqrt(g/density) !剪切波速R=sqrt(L*L/4.+H*H/4.) !波源到边界点等效长度KbT=0.5*G/R*dxyzKbN=1.0*G/R*dxyzCbT=density*Cs*dxyzCbN=density*Cp*dxyzET, 1, plane42,,,2 !按平面应变计算et, 2, combin14, ,, 2 !切向et, 3, combin14, ,, 2 !法向r, 2, KbT, CbTr, 3, KbN, CbNMP, EX, 1, EMP, PRXY, 1, nuMP, DENS, 1, densityrectng,-L/2.,L/2,0.,Hasel, allaesize, all, dxyzmshape,0,2Dmshkey,1amesh, all!以下建立底边界法向和切向弹簧阻尼单元nsel,s,loc,y,0.*get,np,node,,count !得到选中的结点数，存入np*get,npmax,node,,num,maxd !得到已经定义的最大结点数，存入npmax*do,ip,1,npnpnum=node((ip-1)*dxyz-L/2.,0.,0.)x=nx(npnum)y=ny(npnum)z=nz(npnum)npmax=npmax+1n,npmax,x.,y-dxyz/2,z !定义底边界法向结点以便与边界点形成法向单元 type,3real,3e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点npmax=npmax+1n,npmax,x-dxyz/2.,y,z !定义底边界切向结点以便与边界点形成切向单元 type,2real,2e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点*enddo!以下建立左边界法向和切向弹簧阻尼单元nsel,s,loc,x,-L/2*get,np,node,,count !得到选中的结点数，存入np*get,npmax,node,,num,maxd !得到已经定义的最大结点数，存入npmax*do,ip,2,np !侧边界最下面一个点按底边界上处理npnum=node(-L/2,(ip-1)*dxyz,0.)x=nx(npnum)y=ny(npnum)z=nz(npnum)npmax=npmax+1n,npmax,x-dxyz/2.,y,z !定义左边界法向结点以便与边界点形成法向单元 type,3real,3e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点npmax=npmax+1n,npmax,x,y-dxyz/2.,z !定义左边界切向结点以便与边界点形成切向单元 type,2real,2e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点*enddo!以下建立右边界法向和切向弹簧阻尼单元nsel,s,loc,x,L/2*get,np,node,,count !得到选中的结点数，存入np*get,npmax,node,,num,maxd !得到已经定义的最大结点数，存入npmax*do,ip,2,np !侧边界最下面一个点按底边界上处理npnum=node(L/2,(ip-1)*dxyz,0.)x=nx(npnum)y=ny(npnum)z=nz(npnum)npmax=npmax+1n,npmax,x+dxyz/2.,y,z !定义右边界法向结点以便与边界点形成法向单元 type,3real,3e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点npmax=npmax+1n,npmax,x,y-dxyz/2.,z !定义右边界切向结点以便与边界点形成切向单元 type,2real,2e,npnum,npmaxd,npmax,all,0. !约束新生成的点*enddoallsel,all/pnum,type,1/number,1eplotfinish/soluANTYPE,trans!*TRNOPT,FULLLUMPM,0btime=0.02etime=16.00dtime=0.02*DO,itime,btime,etime,dtimeTIME,itimensel,s,loc,y,H !选中需要加荷载的点nsel,r,loc,x,-L/4,L/4*if,itime,lt,1.,thenf,all,fy,1*itime*elseif,itime,ge,1.0,and,itime,le,2.0f,all,fy,1*(2-itime)*elsef,all,fy,0.0*endifallsel,allSOLVE*ENDDO另外，还用自己编写的有限元程序计算了一下这个例子，并与ANSYS得到的结果进行了比较，结果非常吻合，这里给出A点的比较结果。
Ansys非线性接触分析和设置
Ansys⾮线性接触分析和设置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：RGUI：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。
图5-8 下层单元的厚度在模型中，如果单元尺⼨变化很⼤，⽽且在实常数如ICONT, FTOLN, PINB, PMAX, PMIN 中应⽤⽐例系数，则可能会出现问题。
ANSYS中粘弹性材料的参数意义
ANSYS中粘弹性材料的参数意义：我用的材料知道时温等效方程（W.L.F.方程），ANSYS 中的本构模型用MAXWELL模型表示。
１．活化能与理想气体常数的比值（Tool-Narayanaswamy Shift Function）或者时温方程的第一个常数。
２．一个常数当用Tool-Narayanaswamy Shift Function的方程描述，或者是时温方程第２个常数３．定义体积衰减函数的MAXWELL单元数（在时温方程中用不到）４．时温方程的参考温度５．决定１、２、３、４参数的值６－１５定义体积衰减函数的系数，１６－２５定义fictive temperature的松弛时间这２０个数最终用来定义fictive temperature（在理论手册中介绍，不用在时温方程中）２６－３０和３１－３５分别定义了材料在不同物理状态时的热扩散系数３６－４５用来定义fictive temperature的fictive temperature的一些插值一类的数值，时温方程也用不到４６剪切模量开始松弛的值４７松弛时间无穷大的剪切模量的值４８体积模量开始松弛的值４９松弛时间无穷大的体积模量的值５０描述剪切松弛模量的MAXWELL模型的单元数５１－６０拟合剪切松弛模量的prony级数的系数值６１－７０拟合剪切松弛模量的prony级数的指数系数值（形式参看理论手册）７１描述体积松弛模量的MAXWELL模型的单元数７６－８５拟合体积松弛模量的prony级数的系数值８５－９５拟合体积松弛模量的prony级数的指数系数值（形式参看理论手册）进入ansys非线性粘弹性材料有两项：（1）maxwell(麦克斯韦)模型最多可以输入95个常数（2）prony(普朗尼）模型这个模型下面又有三项：（a)shear Responsea1: 即理论中的C1-Relative modulus: 相对剪切模量t1: 即理论中的C2-Relative time: 相对时间（b）V olumetric Response（容积响应）a1: 即理论中的C1-Relative modulus: 相对弹性模量t1: 即理论中的C2-Relative time: 相对时间（c）Shift function (转换函数)有三项可以选择：（I）William-Landel, ferry: 时温等效方程Tref: 即理论中的C1-Relative temperature: 相对温度（对应《粘弹性理论》中的时温等效方程（WFL方程）应该是玻璃化转变温度）C1,C2: 没有什么好说的了，就是WFL方程的常量，与材料有关；（II）Tool-Narayanaswamy 方程Tref: 即理论中的C1-Relative temperature: 相对温度（应该是玻璃化转变温度）C1: 没有什么好说的了，就是TN常量；（III）用户定义Tref: 即理论中的C1-Relative temperature: 相对温度（应该是玻璃化转变温度）C1: 没有什么好说的了，就是方程的常量；-------------------------------------------------------------------------《粘弹性理论》TB, Lab, MAT, NTEMP, NPTS, TBOPT, EOSOPT如果Lab:MATMaterial reference number (defaults to 1; maximum equals 100,000).NTEMP:Number of temperatures for which data will be provided. Default = 1; Max = 6.NPTS:Number of pairs of Prony series. Default = 1 pair; Max = 6 pairs.TBOPT:Defines the relaxation behavior for viscoelasticity.1--(or SHEAR) relaxation behavior of the shear response.2--(or BULK) relaxation behavior of the volumetric response.如果Lab:SHIFTNTEMP:Allows one temperature for which data will be provided.NPTS:Number of material constants to be entered as determined by the shift function specified by3--for TBOPT = WLF2--TBOPT = TNTBOPT:Defines the shift function1--( or WLF) William-Landel-Ferry shift function.2--(or TN) Tool-Narayanaswamy shift function.100--(or USER) User-defined shift function。
ansys高级非线性分析七粘弹性 共41页
粘弹性
B. 流变模型
Training Manual
• 在详细讨论 ANSYS 中可用的粘弹性选项之前, 对一些常用的流变 模型(1-D)进行总结有助于理解粘弹性行为。
• 下面的讨论依赖于两个基本模型, 弹簧和缓冲器
– 弹簧采用 Hooke 定律作为应力和应变的关系，这代表弹性固体。
s
E
– 缓冲器(或阻尼器)定义应力和应变率间的行为, 用于表示粘性流体。
– Maxwell 模型充分地描述了应力松弛而不是蠕变。 – Kelvin-Voigt 模型充分地描述了蠕变而不是应力松弛。 – SLM 提供了一个简单的蠕变和松弛行为的表示法。
• 速率效应如下:
– 快速加载极限: sE0E1e – 缓慢加载极限: sE0e
September 30, 2001 Inventory #001491 7-17
– 这是一些高阶单元(能使用退化形式)，虽然可能, 但不推荐用它们作为 低阶单元(减去中间节点)。
– 目前 2D 平面应力、壳和梁单元对粘弹性不可用。 – VISCO88/89 单元有应力刚化能力, 但假设为小应变、小位移行为。
September 30, 2001 Inventory #001491 7-19
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
粘弹性
... 广义 Maxwell 模型
Training Manual
• 广义 Maxwell 模型是由k 个并联的弹簧 和缓冲器组成.
G0
G1
h1
k
s si i 0
s i
si i
G
i e
i
hi Gi
ANSYS结构非线性分析指南(全本)
图 1-1
结构非线性行为的常见例子
引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型：状态改变、几何 非线性、材料非线性。 1.1.1 状态变化(包括接触)
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而变 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)。 接触是一种很普遍的非线性行为。接触是状态变化非线性中一个特殊而重要 的子集。参见第五章。 1.1.2 几何非线性
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。
1.1
ห้องสมุดไป่ตู้
什么是结构非线性
在日常生活中，经常会遇到结构非线性。例如，当用钉书针钉书时，金属钉 书钉将永久地弯曲成一个不同的形状( 图 1-1a )。如果你在一个木架上放置重物， 随着时间的推移木架将越来越下垂( 图 1-1b )。当在汽车或卡车上装载货物时， 它的轮胎和下面路面间接触面将随货物重量而变化( 图 1-1c )。如果将上述例子 的载荷变形曲线画出来，用户将发现它们都显示了非线性结构的基本特征—结构 刚度改变。
ansys高级非线性分析-第五章 粘弹性
September 30, 2001 Inventory #001491 5-3
粘塑性
... 粘塑性理论的背景
• ANSYS中率相关塑性模型的总结 中率相关塑性模型的总结: 中率相关塑性模型的总结
CREEP Behavior Isotropic or anisotropic creep (see HILL below) No explicitly defined yield surface RATE 1 Strain rate- or time-dependent Isotropic or anisotropic viscoplasticity (see HILL below) Includes yield surface ANAND Isotropic
No explicitly defined yield surface. However, includes evolution equation. No additional rate-independent plasticity allowed. Inelastic strains are coupled
用 Perzyna 模型的例子
September 30, 2001 Inventory #001491 5-9
粘塑性
... RATE 粘塑性选项
• 关于 关于RATE模型的一些假设 模型的一些假设: 模型的一些假设
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
n
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
σ −1 Φ= σo ɺ εin = γΦ
利用ANSYS的曲线拟合功能模拟粘弹性材料
图 6 时间-荷载示意图
图 7 变形曲线图
5.4 模拟结果
荷载作用 20 次后永久变形见图 7，横坐标为水平方向，纵坐标为深度方向，可以看到其最大永 久变形为 6.85mm，并车辙现象形成相似成 U 型。
图 8 水平方向应力图示
图 10 Y 方向轮边缘应力分布
图 9 Y 方向轮中心应力分布
图 11 荷载中心的竖向位移时间曲线图
∑ G (t)
=
G∞
+
nG i =1
Gi
exp
⎛ ⎜ ⎝
−
t
τ
G i
⎞ ⎟ ⎠
∑ （2）
K
(t)
=
K∞
+
nK i =1
Ki
exp
⎛ ⎜ ⎝
−
t
τ
K i
⎞ ⎟ ⎠
（3）
式中，G∞
和 Gi
是剪切模量， K∞
和
Ki
是体积模量，τ
G i
和τ
K i
是各
Prony
级数分量的松弛时间。
再定义下面相对模量：
αiG = Gi G0
（4）
α
K i
=
Ki
K0
（5）
式中， G0 ， K0 分别为粘弹性材质的瞬态模量，并定义式如下：
nG
∑ G0 = G (t = 0) = G∞ + Gi i =1
nK
∑ （6） K0 = K (t = 0) = K∞ + Ki i =1
（7）
4. 材料参数的实验数据
在 ANSYS 里有这么一组材料数据：剪切模量与时间的关系如表 1：
时间（s） 0.01 1 2 4 6
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可编辑ppt Inventory #001491
7-2
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
– 这样可以在某一温度下定义粘弹性行为而捕捉其它温度下的响应。采 用缩减的时间 和偏移函数(下面讨论)的概念, 粘弹性响应曲线被‘移 动’来说明另一个温度下的行为。根据材料的不同而采用不同的偏移 函数。
可编辑ppt Inventory #001491
7-9
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
粘弹性
本章综述
• 本章包括以下主题:
A. 粘弹性理论背景 B. 流变模型 (Maxwell, Kelvin-Voigt, 标准线性) C. ANSYS 粘弹性模型输入 D. WLF 偏移函数 E. TN 偏移函数 F. 求解粘弹性模型 G. 实验数据的曲线拟合
Training Manual
可编辑ppt Inventory #001491
– 上面方程中, a(T) 代表偏移函数, 用来描述响应曲线的移动。正如后 面所述, ANSYS 中可使用两个不同的偏移函数(以及一个用户自定义 偏移函数)。
可编辑ppt Inventory #001491
7-10
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
粘弹性
B. 流变模型
7-6
粘弹性
... 术语的定义
• 蠕变
e
– 在恒定的外加应力作用下, 应变单调增加。
• 右图所示, 线性和指数蠕变情况
e
e0
• 应力松弛
– 在恒定外加应变作用下, 应力渐近降低。 s s0
s
Training Manual
t
t
可编辑ppt Inventory #001491
7-7
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
– 上面说法的另一种解释是, 材料对高温载荷的短时间作用的响应与较 低温度长时间作用的响应是相同的。
G
G(0) G()
T0 < T1 < T2
T2
T1
T0
ln(t)
松弛模量随温度变化而偏移
可编辑ppt Inventory #001491
7-8
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
• 在玻璃转变温度以上, 响应是弹性固体和粘性液体的结合(指上面的
‘橡胶固体’)，这种行为是粘弹性 的特性。
可编辑ppt Invenanced Structural Nonlinearities 6.0
粘弹性
... 粘弹性理论背景
Training Manual
• 粘弹性是率相关行为, 材料特性可能与时间和温度都有关，粘弹性
7-5
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
粘弹性
... 术语的定义
Training Manual
• 速率效应
– 对于标准的线性模型(后面讨论), 极限行为是: 非常慢和非常快的应变 率的弹性。
s e.
s
e.
e. 0
e
e
可编辑ppt Inventory #001491
7-3
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
粘弹性
A. 粘弹性理论背景
Training Manual
• 有些非晶态聚合物的行为随温度而改变。
– 在玻璃转变温度以下, 材料行为与弹性固体类似。 – 在玻璃转变温度以上, 材料响应与一个‘橡胶’固体类似。 – 在高温时, 材料行为与粘性液体类似。
七
粘弹性
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
粘弹性
本章综述
Training Manual
• 本章讨论 ANSYS 用于模拟玻璃(非晶态固体)和非晶态聚合物等材 料的粘弹性能力。
• 因为粘弹性行为非常复杂, 本章将主要按如下步骤编排:
– 首先定义一些常用的术语 – 通过使用一维流变模型来解释线性粘弹性行为，这将有助于说明广义
粘弹性
... 术语的定义
Training Manual
• 简单热流变行为(续)
– ANSYS的粘弹性能力采用 TRS 行为，该假设考虑了与时间和温度相 关的关系，这足以描述很多非晶态聚合物。
– 这一假设的结果是, 在后面将看到, 这意味着短期G(t=0) 和长期 G(t=) 模量保持一致, 与温度无关(即对于任何平移, 前面曲线图的上 下限保持一致)。
粘弹性
... 术语的定义
Training Manual
• 缩减的或伪时间(虚拟温度)
– 应该注意前述幻灯片的响应曲线的移动是由一个被称作为缩减(或伪)时 间 的变量(x) 来完成的，用缩减时间后, 等温方程可用于描述非等温过 程。一个虽然独立但却相关的概念是虚拟温度，后面将会讨论。
• 偏移函数
x t eaTt'dt' 0
响应可看作由弹性和粘性部分组成。
– 弹性部分是可恢复的, 且是瞬时的。 – 粘性部分是不可恢复的, 且在整个时间范围内发生。
• ANSYS 中能模拟线性粘弹性，这导致如下假设:
– 应变率与瞬态应力成比例 – 瞬态应变与瞬态应力也成比例 – 限于小应变、小变形行为(NLGEOM,OFF)
可编辑ppt Inventory #001491
粘弹性
... 术语的定义
Training Manual
Advanced Structural Nonlinearities 6.0
• 简单热流变行为
– 如前所述, 粘弹性材料与时间和温度有关，两个相关性都需要考虑。
– 简单热流变 (TRS)行为是指时间和温度是同一现象，这意味着粘弹性 响应-对数时间的函数关系随着温度变化而平移。
Training Manual
• 在详细讨论 ANSYS 中可用的粘弹性选项之前, 对一些常用的流变 模型(1-D)进行总结有助于理解粘弹性行为。
• 下面的讨论依赖于两个基本模型, 弹簧和缓冲器
– 弹簧采用 Hooke 定律作为应力和应变的关系，这代表弹性固体。
sEe
E
– 缓冲器(或阻尼器)定义应力和应变率间的行为, 用于表示粘性流体。