研究生课程论文《非线性有限元分析》
非线性有限元分析
轨道结构的非线性有限元分析姜建华 练松良摘 要 实际轨道结构受载时的力学行为,属于典型的非线性力学问题。
钢轨垫层刚度、钢轨抗扭刚度和扣件扣压力的大小是影响轨距扩大的主要因素。
根据非线性有限元接触理论,建立了能准确反映扣件、钢轨与垫层的拧紧接触,以及受载车轮与钢轨侧向滑动接触的力学计算模型;并研究计算了不同扣件压力下,由于受载车轮与钢轨侧向滑动接触引起的轨距扩大问题。
关键词 轮轨关系,扣件压力,非线性弹性力学,有限元分析1 引言实际工程中常见的非线性问题一般可以归纳为三类:材料非线性、几何非线性以及边界条件非线性。
材料非线性问题是由于材料的非线性本构关系所引起的,例如材料的弹塑性变形,材料的屈服和硬化等;几何非线性问题是由于结构的位移或变形相当大,以至必须按照变形后的几何位置来建立平衡方程;边界条件非线性问题是指边界条件随位移变化所引起的非线性问题。
通常情况下,我们所遇到的非线性问题多数是上述三类非线性问题的组合[1,2]。
实际轨道结构受载时的力学行为,属于典型的非线性力学问题。
比如基于轮轨接触的材料非线性、几何非线性及边界条件非线性问题,以及扣件、钢轨、垫层三者间相互作用时所表现的边界条件非线性行为等。
所以,机车车辆在轨道结构上行驶时引起的力学现象是相当复杂的。
以往在研究轨道各部分应力应变分布规律时,通常采用连续弹性基础梁理论或连续点支承,偶尔简单考虑扣件的作用和弹性垫层的使用。
不管用哪一种支承方式建立模型,都由于这样那样的假设而带有一定程度的近似性。
所以,如何利用现代力学理论的最新成果以及日益发展的计算机技术,根据轨道结构的具体情况,建立更为完整更为准确的轨道结构计算模型,为轨道设计部门提供更加可靠的设计依据或研究思路,已十分必要。
本文提出了用非线性有限元理论研究轮轨系统和轨道结构的思路。
作为算例之一,本文将根据非线性有限元理论,建立能准确反映扣件、钢轨与垫层的拧紧接触,以及受载车轮与钢轨侧向滑动接触的力学计算模型。
非线性有限元方法及实例分析
非线性有限元方法及实例分析梁军河海大学水利水电工程学院，南京（210098）摘 要：对在地下工程稳定性分析中常用的非线性方程组的求解方法进行研究，讨论了非线性计算的迭代收敛准则，并利用非线性有限元方法分析了一个钢棒单轴拉伸的实例。
关键词：非线性有限元，方程组求解，实例分析1引 言有限单元法已成为一种强有力的数值解法来解决工程中遇到的大量问题，其应用范围从固体到流体，从静力到动力，从力学问题到非力学问题。
有限元的线性分析已经设计工具被广泛采用。
但对于绝大多数水利工程中遇到的实际问题如地下洞室等，将其作为非线性问题加以考虑更符合实际情况。
根据产生非线性的原因，非线性问题主要有3种类型[1]：1．材料非线性问题（简称材料非线性或物理非线性） 2．几何非线性问题3．接触非线性问题（简称接触非线性或边界非线性）2 非线性方程组的求解在非线性力学中，无论是哪一类非线性问题，经过有限元离散后，它们都归结为求解一个非线性代数方程组[2]：()()()00021212211=……==n n n n δδδψδδδψδδδψΛΛΛ （1.1）其中n δδδ,,,21Λ是未知量，n ψψψ,,,21Λ是n δδδ,,,21Λ的非线性函数，引用矢量记号[]T n δδδδΛ21＝ （1.2） []T n ψψψψΛ21= （1.3）上述方程组（1.1）可表示为()0=δψ （1.4）可以将它改写为()()()0=−≡−≡R K R F δδδδψ （1.5）其中()δK 是一个的矩阵，其元素是矢量的函数，n n ×ijk R 为已知矢量。
在位移有限元中，δ代表未知的结点位移，()δF 是等效结点力，R 为等效结点荷载，方程()0=δψ表示结点平衡方程。
在线弹性有限元中，线性方程组0＝－R K δ （1.6）可以毫无困难地求解，但对线性方程组()0=δψ则不行。
一般来说，难以求得其精确解，通常采用数值解法，把非线性问题转化为一系列线性问题。
空间网格结构几何非线性有限元分析方法的研究
收稿日期:2001-01-20;修改稿收到日期:2001-07-17.作者简介:董石麟(1932-),男,教授,中国工程院院士.第19卷第3期2002年8月 计算力学学报 Chinese Journal of Computational MechanicsV ol .19,N o .3A ug ust 2002文章编号:1007-4708(2002)03-0365-04空间网格结构几何非线性有限元分析方法的研究董石麟1, 张志宏1 ,李元齐2(1.浙江大学土木系空间结构研究中心,浙江杭州310027;2.同济大学土木系上海200092)摘 要:在对T .L /U .L .法和C .O ra n 梁柱单元有限元法进行系统研究比较的基础上,推导了结合以上两种理论的几何非线性有限元列式。
C.O ran 梁柱单元在分析轴力为主的结构时具有非常高的效率,但在分析纯弯曲问题时却存在很大困难。
本文采用V C++6.0编制了面向对象的非线性有限元程序,对其进行了考题验算分析,得出了有用的结论。
关键词:几何非线性有限元;修正的拉格朗日描述;梁柱单元中图分类号:T U 311 文献标识码:A1 引 言空间网格结构的非线性有限元静力分析主要有两种方法,一是基于梁柱理论有限元法[1-4];二是基于T L/UL 描述的有限变形理论有限元方法[5-8]。
方法一在分析轴力为主的结构时具有非常高的效率,但在分析纯弯曲问题时却存在很大困难。
本文推导了基于U.L.描述的梁单元切线刚度矩阵,单元内力求解分别采用两种方法,使得本文方法可以高效求解以轴力为主的结构,而且在分析以弯矩为主的结构仍能保持内力的精确求解。
最后,用VC ++ 6.0编制了采用本文方法的空间结构非线性有限元程序。
2 基于T .L /U .L .描述的几何 非线性梁单元2.1 全量型变分原理材料类型为超弹性材料,同各文献一样采用全量型变分原理: ∏=∫ 0VS ij (k ) ij 0d V -∫ 0V 0F i0u i 0d V -∫ 0S 0T i 0u i 0d S =0(1)式(1)是在Lag rang e 描述下的即以初始构形为参考构形,若采用于Updated Lagrange 描述下则以上各量应基于t 时刻构形[5-7]即: ∏=∫ tV t S ij(k ) t ij d t V -∫ tV t F it u i td V -∫ tStT i t u itd S =0(2)其中,∏为系统能量泛函;tSij (k )为基于t 时刻构形的第二Piola-Kirchhoff 应力;t ij 为基于t 时刻构形的Green 应变;t F i 、t T i分别为t 时刻单位体积中的体力及t 时刻单位边界上的面力;t V 、tS 分别代表t 时刻的体积和边界面。
超静定预应力混凝土梁非线性有限元分析论文
超静定预应力混凝土梁非线性有限元分析摘要：从延性理论出发，推导出满足承载能力要求的弯矩调幅限值的延性表达式，在弯矩调幅系数的取值上，考虑了使用阶段裂缝宽度限值的影响，提出了弯矩调幅系数的建议公式。
借助ansys对预应力混凝土超静定梁进行全过程受力分析，将有限元计算结果与试验相验证，并分析了塑性铰的形成及弯矩重分布对极限承载力的影响。
关键词：预应力混凝土；非线性；延性；有限元中图分类号：tu528.571 文献标识码：a文章编号：abstract：embarks from the ductility theory, infers satisfies the bearing capacity request the bending moment amplitude modulation limiting value ductility expression, in the bending moment amplitude modulation coefficient’s value, had considered the operational phase crack opening limiting value’s influence, proposed the bending moment amplitude modulation coefficient suggestion formula. with ansys statically indeterminate prestressed concrete beams whole process of stress analysis, finite element calculation results with the experimental validation, and has analyzed plastic hinge’s formation and the bending moment heavy distribution to the limit supporting capacity influence.key words：prestressed concrete; nonlinearity; ductility;finite element近10年来，对预应力混凝土超静定结构的非线性研究日益受到重视，其中主要有：预应力混凝土超静定结构在受力全过程中的行为及其变化规律、在设计中采用弹塑性内力计算方法的可行性和结构内力重分布计算中弯矩调幅值的确定等。
《有限元分析》课程撰写要求及评分标准
《有限元分析》课程论文撰写要求及评分标准
一、课程论文撰写要求
《有限元分析》是随着电子计算机的发展而日益发展起来的一种新颖而有效的数值方法。
本课程的主要对象是非力学专业的工科学生。
通过介绍有限元法的基本概念、基本原理和基本方法，为学生今后能够利用计算机解决工程实际中较复杂的力学问题打下一定的基础。
课程采用课程论文的形式进行考核，主要是针对非力学专业的工科学生在学习了材料力学课程的基础上，培养学生应用现代数值模拟技术进行创新性和设计性的设计制造，并激发学生主动思考，自主学习的能力。
1、撰写格式
论文撰写内容包括：
（1）论文题目；
（2）ANSYS有限元软件简介；
（3）设计结构的有限元模型；
（4）计算结果（要求有有限元模型图、变形图、应力图、应变图以及数据结果）；
（5）总结。
2、撰写字数（包括图文）：至少2000字。
3、A4纸双面打印，不超过4页。
4、设计范围：工业产品，民用产品均可。
二、课程论文评分标准
1、未达到课程撰写基本要求，评分小于60分；
2、达到撰写基本要求（见课程论文撰写要求），语言通顺，文字清晰，原
理基本正确，模型图及应力图、变形图基本正确，评分60—70分；
3、在1的基础上论文思路清晰，原理正确，模型图及应力图、变形图全部
正确，评分70—80分；
4、在1、2的基础上，论文设计思路有创新性，而且具有较宽的知识面，
能够将已学或未学知识综合应用，评分80—90分；
5、在1、2、3的基础上，具备进一步开发和实用性，评分90—100分。
90-密封条的非线性有限元分析
汽车车门密封条的非线性有限元分析邢玉涛1，2 吴沈荣1，2曾皓1，2徐有忠1，2杨晋1，21.奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院CAE 部2.安徽省汽车NVH 与可靠性重点实验室 安徽 芜湖 241009摘 要要：车门密封条在车门关闭后起到隔离驾驶空间及减少风噪声的作用，因此密封条的设计对汽车NVH 性能起到很重要的作用。
利用ABAQUS 有限元分析软件对某车型的的后背门密封条进行非线性有限元分析，分析密封条压缩变形、接触面上的接触压力许多有价值的信息。
对密封条截面形状进行优化，从而提高密封条的密封性能。
关键词关键词：密封条；车门；接触压力Abstract : The weatherstrip plays an important role in isolating vehicle compartment and reducing wind noise. Compression deformation of weatherstrip seals is analyzed by using software ABAQUS. Compression load deflection response, contact pressure, and seal shape can be obtained from simulation analysis. With analytical results, the optimal seal performance can be obtained. Consequently, the product performance can be improved and development cost can be reduced.Key words : seal; door; contact pressure1 1 概述概述概述车门密封条在汽车中起了介质密封作用，隔离驾驶室与外部空间，能有效的降低风噪声，并且能防止外部风沙、雨水及尘土等物质侵入车内。
非线性有限元分析在结构计算中的运用
非线性有限元分析在结构计算中的运用摘要混凝土结构是一个整体，在荷载作用的时候，楼板、梁、墙等互相协同承载，共同变形。
在楼盖的设计计算中，一是假定板、主梁、次梁等这些构件在支座的地方是没有竖向的位移，并且忽略次梁与楼板的连续性，所以这样的假定对于结构的计算存在误差；二是没有适当考虑薄膜效应对板的影响，这种效应的影响主要是板内的轴向压力将提高板的受弯承载力，板周边支承构件提供的水平推力将减少板在竖向荷载下的截面弯矩，考虑这种有利影响，根据不同的支座约束情况，对板的计算弯矩进行相应折减。
关键词非线性；有限元分析；结构计算混凝土结构是一个整体，在荷载作用的时候，楼板、梁、墙等互相协同承载，共同变形。
在楼盖的设计计算中，一是假定板、主梁、次梁等这些构件在支座的地方是没有竖向的位移，并且忽略次梁与楼板的连续性，所以这样的假定对于结构的计算存在误差；二是没有适当考虑薄膜效应对板的影响，这种效应的影响主要是板内的轴向压力将提高板的受弯承载力，板周边支承构件提供的水平推力将减少板在竖向荷载下的截面弯矩，考虑这种有利影响，根据不同的支座约束情况，对板的计算弯矩进行相应折减。
通过实际的实验得到的结果是比较科学研究的方法，与理论的结果再进行对比分析，论证理论研究的匹配性。
但是实际的实验也有条件限制：一是进行大量的实际实验，需要科研经费与实验场地和条件的支持，在没有这样的先前条件下，要完成实际实验是基本不可能的。
二是实验容易受到一些人为不好控制的实际的因素的影响，如果受到一些因素影响使得数据不准，那就失去验证的意义。
所以在进行这样的实验时，需要做大量的理论研究和实际实验的设计论证与实施，这样就引起实验的时间相对很长。
所以也为了从理论上能缩短相应的研究时间，并能提高研究的准确性，有限元分析也相应的被应用了起来。
使用有限元进行分析，对于结构的各种情况进行模拟，得到可能会出现的受力、变形、破坏的情况，给结构的实验研究更多可参考的结果，对理论的设计给出提示。
悬索结构的非线性有限元分析
汽车后悬架的非线性有限元分析
2003年4月重庆大学学报Apr.2003第26卷第4期JOurnaI Of ChOngging University VOI.26 NO.4文章编号：l000-582X（2003）04-0038-04汽车后悬架的非线性有限元分析!胡玉梅，邓兆祥，王欣，宾洋（重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044）摘要：介绍了非线性有限元分析的基本概念和求解思想，利用ANSYS有限元分析软件的接触非线性求解功能，对SCl020汽车后悬架钢板弹簧的强度和刚度进行了考虑接触状况的静强度分析，得到各片钢板弹簧在总装配后的预应力分布、预变形、在不同载荷作用下的应力分布和变形情况，并在此基础上计算了钢板弹簧的力学性能和动态特性，并且和试验结果符合得很好。
分析结果表明：利用CAE 分析技术有助提高汽车悬架设计水平、缩短设计周期，减少开发成本。
关键词：悬架，有限元，非线性，建模中图分类号：U463.33+文献标识码：A汽车悬架直接影响汽车的平顺性与舒适性，随着汽车向轻量化和高速化的发展，对悬架的要求越来越高，传统的设计方法把悬架的钢板弹簧展开为近似的梯形结构［l］，主要基于《材料力学》及一些经验公式来计算悬架的刚度、频率和应力等，远远不能适应现代汽车发展的需求。
以计算机为工具，以有限元分析为基础的现代设计方法正逐渐成为汽车设计的主流［2-4］。
文中以在SCl020汽车的开发过程中，利用ANSYS有限元分析软件对其后悬架的强度和刚度进行了静力学分析，得到其在总装配后的预应力分布和预变形；在不同载荷作用下的应力分布和变形；悬架的刚度随载荷变化的规律及悬架的固有频率随载荷的变化规律。
l 悬架非线性有限元分析基本概念SCl020汽车的后悬架由5片钢板弹簧组成，其中第4、5片为副簧，仅在载荷较大时参与工作。
钢板弹簧各片在未装配而处于自由状态时，各片的曲率半径各不相同，在散片夹紧总装后，它们只有一个曲率半径，故各片之间存在相互作用，会产生预应力，同时，钢板弹簧受载后，其静挠度和动挠度一般都达几十厘米，属于大变形几何非线性问题；另外在总装配以及加载过程中，各片之间的接触情况及相互作用随着总装配过程和加载过程而变化，这种边界条件的可变性和不可逆性称为边界非线性问题。
钢纤维混凝土结构非线性有限元分析方法研究
工程结构分析专业毕业设计论文：基于有限元法的复杂结构非线性分析模型建立
工程结构分析专业毕业设计论文：基于有限元法的复杂结构非线性分析模型建立结构非线性分析模型建立摘要：随着工程结构的复杂性和不确定性增加，有限元法在结构分析中变得越来越重要。
本文旨在建立基于有限元法的复杂结构非线性分析模型，以提高对复杂结构的行为和响应的准确理解。
本文的研究内容主要包括研究背景、意义、目的、方法、步骤、未来发展方向、结果和结论等。
1. 研究背景和意义有限元法是一种广泛应用于工程结构分析的数值计算方法，它可以将一个连续的求解域离散成有限个小的子域，即“有限元”，从而将连续的偏微分方程转化为离散的线性方程组进行求解。
在处理复杂的结构形式、非线性的材料行为以及复杂边界条件等方面，有限元法具有显著的优势。
然而，有限元法的应用面临一些挑战，特别是在处理复杂结构时。
首先，有限元模型的建立过程较为繁琐，需要对结构的几何形状、材料属性、边界条件等进行精细的建模。
其次，由于模型的复杂性和非线性，往往需要采用更高级的有限元方法和计算工具进行求解，增加了计算成本和难度。
因此，本文的研究旨在建立基于有限元法的复杂结构非线性分析模型，为准确评估复杂结构的行为和响应提供有效的方法和工具。
2. 研究目的本文的研究目的主要包括以下几点：（1）探讨基于有限元法的复杂结构非线性分析模型建立的方法和流程；（2）分析有限元模型在复杂结构分析中的优势和存在的问题；（3）验证有限元模型的准确性和可靠性；（4）提出未来在工程结构分析中应用有限元法的发展方向。
3. 研究方法本文的研究方法主要包括理论分析、实验研究和数值模拟等。
首先，基于有限元法的基本原理，建立复杂结构非线性分析模型；然后，利用实验和数值模拟方法对模型进行验证和修正；最后，对模型进行实际应用和测试。
4. 研究步骤本文的研究步骤如下：（1）了解和掌握有限元法的基本原理和方法；（2）分析复杂结构的特点和非线性行为，确定模型的关键要素；（3）基于有限元法建立复杂结构非线性分析模型；（4）设计实验方案，采集结构的响应数据；（5）利用数值模拟方法对模型进行求解和验证；（6）将模型应用于实际工程结构，进行评估和测试；（7）总结研究成果，撰写毕业设计论文。
船体梁结构强度的非线性有限元分析
船体梁结构强度的非线性有限元分析摘要：船体梁结构是现代海洋工程的重要组成部分，其自身性能直接影响船舶面临复杂海洋环境时的生存能力和安全稳定性。
在海上复杂环境中，船体梁结构受到的加载和破坏力往往是非常大的，例如海浪和风浪等外部环境因素，还有潮汐运动、压载等内部环境因素，以及事故导致的载荷和破坏力。
因此，对船体梁结构进行力学和环境影响的分析评估，是确保船舶安全运营的必要条件。
关键词：船体梁结构，结构强度，非线性有限元，探讨1引言当前我国的船体结构研究领域，非线性有限元分析技术因其数值灵活性和高精度性，在模拟和分析船体梁结构力学性能方面越来越受到关注。
非线性有限元分析方法具有强大的模拟和预测能力，可以实现复杂结构的准确分析。
尤其是对于高强度钢结构的分析，传统的线性有限元分析方法已经不再适用。
采用非线性有限元方法对船体梁结构进行分析，可以从基本材料性质、力学性能和结构特点几个方面来实现对结构强度、刚度和稳定性能的深入分析。
考虑到中国海洋强国发展战略的要求，海洋工程的发展势头不可阻挡。
因此，研究船体梁结构对推进船舶工业发展、增进国防安全、提高海事科研水平具有重大的战略意义。
同时，非线性有限元分析技术的应用，具有广泛的应用性和推广价值，为其在研究船体梁结构领域中的应用提供了基础和支撑。
因此，非线性有限元分析是研究船体梁结构的高效、可靠、经济且最为先进的方法之一，可以在模拟和分析船体梁结构的力学和环境影响方面提供较为宝贵的数据，为制定和实施合理的工程方案提供更多的参考和保障。
2船体梁结构分析基础船体梁结构是船只的主要承载结构，它负责承受船体的重量、船只的载荷以及海洋环境因素的影响。
下面介绍船体梁结构的力学基础，包括船体加载及其响应、船舶梁结构的力学性能和造船理论等等，希望可以为后续研究提供理论支持和依据。
2.1船体加载及其响应船体在实际航行中会受到多种不同载荷的影响，包括水动力载荷、重力载荷、风载荷、波浪载荷等等。
非线性有限元分析(学习总结报告)
非线性有限元博士研究生专业课课程报告目录第一章绪言 (1)1.1 非固体力学非线性问题的分类[1] (1)1.2 非线性问题的分析过程[1] (2)1.3 非线性有限元分析的基本原理 (2)1.4 钢筋混凝土非线性分析的特点、现状及趋势 (3)第二章非线性方程组的数值解法 (4)2.1逐步增量法[3,4,5] (4)2.2迭代法[3,4,5] (6)2.3收敛标准 (8)2.3.1.位移收敛准则 (8)2.3.2.不平衡力收敛准则 (8)2.3.3.能量收敛准则 (9)2.4结构负刚度的处理[4,5] (9)第三章材料的本构关系 (13)3.1 钢筋的本构关系 (13)3.1.1 单向加载下的应力应变关系 (13)3.1.2 反复加载下的应力应变关系 (14)3.2 混凝土的本构关系 (14)3.2.1 单向加载下的应力应变关系 (14)3.2.2 重复加载下的应力应变关系 (14)3.2.3 反复加载下的应力应变关系 (14)3.3 恢复力模型的分类 (14)3.4 恢复力的获得方法 (15)第四章非线性有限元在结构倒塌反应中的应用 (17)4.1 钢筋混凝土结构倒塌反应研究现状 (17)4.2 钢筋混凝土的有限元模型 (17)4.2.1分离式模型 (18)4.2.2组合式模型 (19)4.2.3整体式模型 (20)4.3 倒塌反应中RC结构有限元分析方法的选择 (20)4.3.1隐式有限单元法 (21)4.3.2显式有限单元法 (22)4.4 钢筋混凝土框架结构的倒塌反应分析 (22)4.4.1基于隐式有限单元法的倒塌分析 (22)4.4.2 基于显式有限单元法的倒塌分析 (23)4.5显式有限法在倒塌反应分析中的问题 (24)第一章绪言1.1 非固体力学非线性问题的分类[1]从本质上讲，所有固体力学问题都是非线性的，很少有解析解，线性弹性力学问题只是实际问题的一种简化假定。
在有限元分析中，线性化假设通常包含以下内容：第一，节点位移为微小量；第二，材料是线性弹性的：第三，物体运动或变形过程中，边界条件的性质保持不变。
改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析
改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析本文旨在探讨改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析的理论基础。
传统上，有关结构梁柱节点非线性有限元分析的文献多聚焦于建模以及材料部件的表征，很少从深入的数学分析方面系统地研究。
为此，本文从理论上研究改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析，考虑材料的屈曲及抗压、数值解算以及对非线性参数的分析。
第一部分主要是介绍改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析的基本框架。
首先，介绍了端部节点的表征方法，包括钢结构的结构特征、材料性质、构型参数和表面粗糙度等。
其次，介绍了材料动力响应的计算模型，包括Kirkaldy综合屈曲-压缩方程、Lode-Hoff模型、Kopp扭矩-拉伸模型和Kopp胀心模型。
第二部分主要是讨论改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析的应用。
在这部分，先探讨了如何采用基模型选择有限元单元，以及使用有限元单元来计算材料参数等方法，随后讨论了钢结构动力响应计算和数值误差分析。
最后，对当前主要的节点非线性有限元分析方法进行了对比，本文提出的改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析可以更好地分析钢结构的动力响应特性，且数值误差更小。
第三部分是综合结论。
结合第一部分和第二部分的内容，本文提出的改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析的理论基础：首先，考虑材料的屈曲及抗压性能，其次，通过可行性解与数值解方法，确定钢结构节点动力响应情况，并进行非线性参数分析。
最后，比较表明本文提出的改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析在分析钢结构动力响应和节点非线性参数方面具有更好的性能。
总之，本文从理论上研究改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析，并给出了一些参考结论。
未来研究可以从材料表征、计算模型、有限元数值解算、非线性参数分析等方面展开，并综合比较各种方法，发展更有效的节点非线性有限元分析方法。
以上就是本文关于《改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析》的全部内容，最后，期待能够帮助读者更好地理解改进型钢结构梁柱节点非线性有限元分析的理论基础及其应用。
过盈配合应力的接触非线性有限元分析
过盈配合应力的接触非线性有限元分析过盈配合应力的接触非线性有限元分析摘要基于非线性有限元软件MARC,提出过盈配合应力的动态和静态两种有限元分析方法,并以铁道车辆某高速轮对组装的过盈装配为例进行了有限元仿真计算,比较了两种方法的计算结果,分析了过盈量、摩擦系数、形状误差对装配应力的影响,结果对于确定合理过盈量和改进加工工艺具有参考意义。
关键词过盈配合接触非线性接触应力0 引言在机械工程实际中普遍采用过盈配合来传递扭矩和轴向力,例如轴承配合、轴瓦配合、铁道车辆的轮轴、制动盘等。
它是利用过盈量产生半径方向的接触面压力,并依靠由该面压力产生的摩擦力来传递扭矩和轴向力。
由于过盈配合两个相配合的接触面上不能粘贴应变片,因此难以对其应力状态进行测定,对整个组装过程的应力状态更难以进行跟踪研究,而且这种配合方式往往承受着交变载荷的作用,配合面间可能发生相对滑动,这一滑动是随着应力变化而变化的,因而配合面边缘的接触状态和应力状态也随着应力的交变而变化,表现出复杂的状态,因此一般只能凭经验确定采用的过盈量。
从力学角度看,这类问题属于接触非线性问题,传统的弹性接触解法已难以处理,可采用光弹性模拟实验进行研究,但只能反映应力分布趋势。
近年来,随着非线性理论的不断完善和计算机技术的飞速发展,利用非线性有限元法来分析这类问题已日趋成熟。
铁道车辆随着向高速、重载不断发展,对轮轴的安全性要求也越来越高。
研究表明,轮轴配合部位的应力状态对车轴的疲劳强度具有重要的影响,因此对轮对配合部位的宏观接触应力状态进行研究将有助于指导轮对制造标准的制定、高速重载轮对的设计和加工工艺的改进,以提高轮对的抗疲劳性能。
本文利用著名非线性有限元软件MARC,针对过盈配合的压力压装法和温差组装法对这类问题提出动态和静态两种仿真计算方法,并以铁道车辆某高速轮对的配合为例进行了计算,对比了两种计算方法的结果,分析了过盈量、摩擦系数、形状误差等因素对装配应力的影响。
研究生课程论文《非线性有限元分析》
1 引言在科学技术领域内，对于许多力学问题和物理问题，人们已经得到了它们所应遵循的基本方程（常微分方程或偏微分方程）和相应的定解条件（边界条件）。
但能够用解析方法求出精确解的只是少数方程性质比较简单，并且几何形状相当规则的问题。
对于大多数工程实际问题，由于方程的某些特征的非线性性质，或由于求解区域的几何形状比较复杂，则不能得到解析的答案。
这类问题的解决通常有两种途径。
一是引入简化假设，将方程和几何边界简化为能够处理的情况，从而得到问题在简化状态下的解答。
但是这种方法只是在有限的情况下是可行的，因为过多的简化可能导致误差很大甚至是错误的解答。
因此人们多年来一直在致力于寻找和发展另一种求解途径和方法——数值解法。
特别是五十多年来，随着电子计算机的飞速发展和广泛应用，数值分析方法已成为求解科学技术问题的主要工具。
已经发展的数值分析方法可以分为两大类。
一类以有限差分法为代表，主要特点是直接求解基本方程和相应定解条件的近似解。
其具体解法是将求解区域划分为网格，然后在网格的结点上用差分方程来近似微分方程，当采用较多结点时，近似解的精度可以得到改善。
但是当用于求解几何形状复杂的问题时，有限差分法的精度将降低，甚至发生困难。
另一类数值分析方法是首先建立和原问题基本方程及相应定解条件相等效的积分提法，然后再建立近似解法并求解。
如果原问题的方程具有某些特定的性质，则它的等效积分提法可以归结为某个泛函的变分，相应的近似解法实际上就是求解泛函的驻值问题。
诸如里兹法，配点法，最小二乘法，伽辽金法，力矩法等都属于这一类方法。
但此类方法也只能局限于几何形状规则的问题，原因在于它们都是在整个求解区域上假设近似函数，因此，对于几何形状复杂的问题，不可能建立合乎要求的近似函数。
1960年，R.W.CLOUGH发表了有限单元法的第一篇文献“The Finite Element Method in Plane Stress Analysis”，这同时也标志着有限单元法（FEM）的问世。
材料非线性有限元分析
材料非线性有限元分析材料非线性有限元分析是一种重要的计算力学方法，用于研究在载荷作用下，材料会发生非线性行为的情况。
这种分析方法已经被广泛应用于工程领域，例如建筑结构、航空航天以及汽车工业等。
本文将详细介绍材料非线性有限元分析的原理、方法和应用。
首先，我们来介绍一下材料非线性。
在工程领域，材料的非线性行为主要包括弹塑性、损伤、断裂、破坏等。
这些非线性行为往往在高载荷作用下会显著增加结构的应力和应变，从而导致结构的失效。
因此，准确地预测和分析这些非线性行为对于工程设计和结构优化具有重要意义。
材料非线性有限元分析是一种基于有限元方法的计算机模拟技术，用于模拟和分析复杂结构在非线性载荷下的力学行为。
它通过将结构离散为许多小的有限元单元，并以数学模型描述每个单元的材料行为，从而建立了结构的有限元模型。
然后，结构的力学行为可以通过求解相应的离散形式的力学方程得到。
在材料非线性有限元分析中，有两个关键问题需要解决。
首先是材料本构模型的建立。
材料本构模型是描述材料应力和应变关系的数学模型，常用的包括弹性模型、塑性模型、损伤模型等。
选择合适的材料本构模型对准确预测和分析结构的非线性行为至关重要。
其次是数值方法的选择。
对于材料非线性问题，通常需要使用迭代算法，如牛顿-拉夫森法，来求解非线性方程。
此外，还需要选择适当的数值积分方法，以解决离散形式的力学方程。
材料非线性有限元分析在许多领域都有广泛的应用。
在结构工程领域，它可以用于分析钢筋混凝土结构、大跨度桥梁以及高层建筑等的受力性能。
在航空航天领域，材料非线性有限元分析可用于研究飞机机翼、航天器的结构强度和振动特性。
在汽车工业中，它可以用于分析车辆的碰撞、耐久性和振动特性。
总结起来，材料非线性有限元分析是一种重要的计算力学方法，能够准确地模拟和分析结构在非线性载荷下的力学行为。
它在工程领域有着广泛的应用，能够为工程设计和结构优化提供科学依据。
未来随着计算机硬件和数值方法的不断发展，材料非线性有限元分析将在更多领域得到应用，并为解决工程实际问题提供更准确和高效的方法。
非线性有限元分析论文专用夹具的有限元分析
非线性有限元分析论文论文题目专用夹具的有限元分析学院机械工程学院姓名专业机械设计及理论学号摘要数控立车夹具的精度稳定性较差、毛坯浇口与夹具干涉、保养周期短、备件损耗大、夹具备件更换确认精度时间长、夹具检修用时长、检修周期过短、机床异常撞车难恢复等。
针对上述问题，本文的主要研究内容如下：首先，通过对实际生产中原夹具存在的问题进行深入剖析，并结合原夹具的结构造型设计，找出原夹具设计上的主要问题，即径向定位精度差和夹具与毛坯浇口干涉。
其次，针对原夹具径向定位设计上的问题，本文从夹具机械优化设计方面对原夹具的径向定位方式进行优化设计。
通过ANSYS Workbench软件对新夹具进行静力学分析和模态分析，验证设计的合理性和安全性，找出新夹具结构的最大应力处、位移等最薄弱的地方，并对结构进行优化。
关键词：铝轮毂；静力学分析；模态分析；有限元仿真AbstractCNC vertical lathe fixture accuracy stability is poor, rough gate and fixture maintenancecycle is short, interference, spare parts, spare parts to replace the loss of the fixture to confirm accuracy,long time fixture maintenance with long cycle is too short,difficult to machine abnormal crash recovery. In view of the above problems, the main research contents of this paper are as follows: First of all, through the deep analysis of the actual production of the original fixture problems, combined with the structure of the fixture design, find out the main problem of the originai fixture designing,namely,radial positioning precision and fixture and blank gateinterference.Secondly, aiming at the problems radial location of fixture design, this paper carries on the optimization design of mechanical optimization design from the fixture of the original radialpositioning fixture.Then, through the ANSYSWorkbench software, it has the static analysis and modal analysis of the new fixture. verify the rationality and safety of the designing, the maximum stress,displacement and theweakest find new fixture structure, and optimize the structure.Keywords: aluminum wheel hub; static analysis;modal analysis;the finite element simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章夹具的背景介绍 (1)第2章夹具结构的静力学分析 (2)2.1 引言 (2)2.2 ANSYS Workbench有限元软件分析 (2)2.3 几何模型的建立 (2)2.4 仿真前处理 (3)2.5 模型的加载与约束 (4)2.6 夹具仿真结果的评价指标 (5)2.7 仿真结果分析 (5)第3章夹具结构的模态分析 (9)3.1 引言 (9)3.1 前处理 (9)3.2 夹具仿真结果的分析 (9)结论 (12)参考文献 (13)第1章夹具的背景介绍在立车一序夹具的径向定位结构设计方案确定后，还需要对所设计结构的安全性和合理性进行检验。
叠片联轴器的非线性有限元分析
作者签名： 日 期：
柱销联轴器
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南京航空航天大学硕士学位论文
图 清 单
图 2.1 四节点矩形单元 ........................................................................................9 图 2.2 任意四节点四边形单元
南京航空航天大学 硕士学位论文 叠片联轴器的非线性有限元分析 姓名：程明 申请学位级别：硕士 专业：机械设计及理论 指导教师：朱如鹏;王心丰 20060201
南京航空航天大学硕士学位论文
摘
要
本文运用非线性有限元分析方法， 利用有限元分析软件 ANSYS 研究了某型 叠片联轴器的叠片及护板的应力分布、叠片联轴器的模态以及叠片联轴器榫头 的应力特征，为该型联轴器的使用提供了良好的理论基础。论文主要工作分为 以下几个方面： 建立了该型叠片联轴器叠片的有限元模型，分析了在受到离心、扭转、轴 向、角向载荷分别作用时叠片的应力，以及载荷综合作用时叠片的应力；建立 了叠片在加上护板后的有限元模型，并利用耦合方法，求出叠片和护板在综合 加载时的应力，其结果表明在联轴器中护板具有大大降低叠片应力集中的作用； 分析了叠片联轴器的振频和振型，得出了叠片联轴器在工作转速范围内不会产 生扭转振动的结论；利用接合面节点位移的耦合关系，建立了叠片联轴器中具 有键的锥面联接的有限元模型，分析了在特定过盈量时轮毂、轴及键上的应力， 为此种联接提出了一种可行的分析方法。 关键词：叠片联轴器，非线性，有限元，ANSYS，耦合，模态
II
柱销联轴器
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承诺书
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。 尽我所知， 除文中已经注明引用的内容 外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。 对本 论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明 确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件， 允 许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书)
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1 引言在科学技术领域内，对于许多力学问题和物理问题，人们已经得到了它们所应遵循的基本方程（常微分方程或偏微分方程）和相应的定解条件（边界条件）。
但能够用解析方法求出精确解的只是少数方程性质比较简单，并且几何形状相当规则的问题。
对于大多数工程实际问题，由于方程的某些特征的非线性性质，或由于求解区域的几何形状比较复杂，则不能得到解析的答案。
这类问题的解决通常有两种途径。
一是引入简化假设，将方程和几何边界简化为能够处理的情况，从而得到问题在简化状态下的解答。
但是这种方法只是在有限的情况下是可行的，因为过多的简化可能导致误差很大甚至是错误的解答。
因此人们多年来一直在致力于寻找和发展另一种求解途径和方法——数值解法。
特别是五十多年来，随着电子计算机的飞速发展和广泛应用，数值分析方法已成为求解科学技术问题的主要工具。
已经发展的数值分析方法可以分为两大类。
一类以有限差分法为代表，主要特点是直接求解基本方程和相应定解条件的近似解。
其具体解法是将求解区域划分为网格，然后在网格的结点上用差分方程来近似微分方程，当采用较多结点时，近似解的精度可以得到改善。
但是当用于求解几何形状复杂的问题时，有限差分法的精度将降低，甚至发生困难。
另一类数值分析方法是首先建立和原问题基本方程及相应定解条件相等效的积分提法，然后再建立近似解法并求解。
如果原问题的方程具有某些特定的性质，则它的等效积分提法可以归结为某个泛函的变分，相应的近似解法实际上就是求解泛函的驻值问题。
诸如里兹法，配点法，最小二乘法，伽辽金法，力矩法等都属于这一类方法。
但此类方法也只能局限于几何形状规则的问题，原因在于它们都是在整个求解区域上假设近似函数，因此，对于几何形状复杂的问题，不可能建立合乎要求的近似函数。
1960年，R.W.CLOUGH发表了有限单元法的第一篇文献“The Finite Element Method in Plane Stress Analysis”，这同时也标志着有限单元法（FEM）的问世。
有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个，且按一定方式相互联接在一起的单元的组合体。
由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。
并且可以利用在每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数，从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
现已证明，有限单元法是基于变分原理的里兹法的另一种形式，从而使里兹法分析的所有理论基础都适用于有限单元法，确认了有限单元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。
利用变分原理建立有限元方程和经典里兹法的主要区别是有限单元法假设的近似函数不是在全求解域而是在单元上规定的，而且事先不要求满足任何边界条件，因此可以用来处理很复杂的连续介质问题。
在短短四十余年的时间里，有限单元的分析方法已经迅速地发展为适合于使用各种类型计算机解决复杂工程问题的一种相当普及的方法。
如今，有限元广泛地应用于各个学科门类，已经成为工程师和科研人员用于解决实际工程问题，进行科学研究不可或缺的有力工具。
有限单元法的应用范围已由弹性力学平面问题扩展到空间问题，板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定问题，动力问题和波动问题。
分析的对象从弹性材料扩展到塑性，粘弹性，粘塑性和复合材料等，从固体力学扩展到流体力学，传热学等连续介质力学领域。
在工程分析中的作用已从分析和校核扩展到优化设计并和计算机辅助设计技术相结合。
各种各样商业化的大型通用有限元软件层出不穷，不断推陈出新。
可以预见，随着现代力学，计算数学，计算机技术等学科的发展，有限单元法作为一个具有巩固理论基础和广泛应用范围的数值分析工具，必将得到进一步的完善和发展。
2 非线性问题的类型和求解特点2．1 非线性问题的类型2. 1. 1 线性分析的含义在有限元分析中的线性假设包含下列含义：即结点位移为无限小量，材料为线弹性，加载时边界条件的性质保持不变。
于是，静力平衡方程可以表示为：[]{}{}R U K = (2.1)其中，[]K 为刚度矩阵，{}R 为荷载矢量。
由于[]K 和{}R 的元素为常数，故位移响应{}U 是荷载矢量{}R 的线性函数。
也就是说，如果{}R 变为{}R α，则{}U 变为{}U α，其中，α为常数。
这就是所谓的线性有限元分析。
如果上述假设中的任何一条不能得到满足，那么就属于非线性有限元分析。
2. 1. 2 非线性分析的必要性结构力学问题，从本质上讲都是非线性的，线性假设只是实际工程问题的一种简化。
当然，任何实际工程问题的求解都避免不了适当地简化，简化是否合理主要应根据求解效果和实际经验来判断。
对于目前工程实际中的很多问题，如地震作用下结构的弹塑性动力响应，高层建筑抗风，大跨度网壳结构动力稳定性，索膜结构找形荷载与裁减分析，大型桥梁风致振动等问题的研究，仅仅假设为线性问题是很不够的，常常需要进一步考虑为非线性问题。
因此，对各种工程结构的非线性分析就是必不可少且日趋重要了。
对于结构力学的非线性问题来说，有限单元法是最为有效的数值分析方法。
2. 1. 3 非线性问题的类型通常，把非线性问题分为两大类，即分为几何非线性和材料非线性。
但从建立基本方程和程序设计的方便出发，又可分为三种类型：1．材料非线性：非线性效应仅由应力应变关系的非线性引起，位移分量仍假设为无限小量，故仍可采用工程应力和工程应变来描述，即仅材料为非线性。
非线性的应力应变关系是结构非线性的常见原因，许多因素都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（如在蠕变响应状况下）等。
2．几何非线性：如果结构经受大变形，则变化了的几何形状可能会引起结构的非线性响应，这又可以分为两种情形：第一种情形，大位移小应变。
只是物体经历了大的刚体平动和转动，固连于物体坐标系中的应变分量仍假设为无限小。
此时的应力应变关系则根据实际材料和实际问题可以是线性的也可以是非线性的。
第二种情形，大位移大应变。
也即最一般的的情况，此时结构的平动位移，转动位移和应变都不再是无限小量，本构关系也是非线性的。
3．状态非线性：除以上两种非线性问题之外，还有一种非线性问题，即由于系统刚度和边界条件的性质随物体的运动发生变化所引起的非线性响应。
例如，一根只能拉伸的钢索可能是松散的,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。
这些系统的刚度和边界条件由于系统状态的改变在不同的值之间突然变化。
状态改变也许和载荷直接有关，也可能由某种外部原因引起。
最为典型的就是接触问题，接触是状态非线性类型中一个特殊而重要的子集。
通常情况下，状态非线性问题可以在上述材料非线性和几何非线性类型中的每一种同时出现，从而使得问题的分析变得更为复杂。
2．2 非线性问题的求解特点2. 2. 1 非线性分析的基本问题非线性分析的基本问题是求出在当前荷载作用下的平衡状态。
如果作用的荷载被描述成时间的函数，则物体有限元离散系统的平衡方程可以表示为：{}{}0=-F R t t (2.2)其中，矢量{}R t由t 时刻外荷载的结点力分量所构成，而矢量{}F t 则表示t 时刻的单元应力所引起的结点力分量。
平衡方程(2.2)应针对t 时刻的几何位形建立，并应计入所有的非线性效应。
如果是动力分析，矢量{}R t中还应当包括惯性力和阻尼力。
在求解非线性问题时，(2.2)式应在全部加载历史中成立。
变量t 的引入并不意味着一定是动力问题。
在静力分析中，t 不具有真实“时间”的含义，它的不同取值只是表示相应于不同位形的不同的荷载水平。
但是，在动力分析或具有时间效应的静力分析中，变量t 就有了它本来的“时间”的含义。
2. 2. 2 非线性方程组的增量逐步解法对于许多工程结构，我们所关心的常常是在特定的荷载水平下，或相应的时间物体中的应力和变形。
实际问题根据其解法可以分为两大类型。
第一类问题无需计算中间变形过程，可直接求解在给定荷载下的平衡位形。
但是，如果问题的几何性质或材料性质与路径相关或与时间相关，即该问题依赖于变形历史，则中间变形过程的计算是不可缺少的，这就是第二类问题。
从本质上来说，非线性问题是第二类问题。
此时，往往采用增量分析的方法。
增量逐步解法的基本思想是：假定t 时刻的解为已知，要求t ＋Δt 时刻的解，其中，Δt 是适当选择的时间增量。
在t ＋Δt 时刻，式(2.2)写成为：{}{}0=-∆+∆+F R t t t t (2.3)这里，左上标表示为t ＋Δt 时刻的量。
由于t 时刻的解为已知，因此，可以写为： {}{}{}F F F t tt +=∆+ (2.4) 式中，{}F 表示t 到t ＋Δt 时间间隔内，由于单元内应力增量所引起的结点力增量矢量。
这一矢量可以近似表示为：{}[]{}U K F t ≈ (2.5)式中，[]K t为相应于t 时刻材料和几何条件的切线刚度矩阵。
{}U 为Δt 时间间隔中的结点位移增量，现在它还是未知的。
将式(2.4)和(2.5)代入式(2.3)中，得到：[]{}{}{}F R U K t t t t -=∆+ (2.6)上式中只有位移增量{}U 为未知，一旦解出，即可算得t ＋Δt 时刻的位移： {}{}{}U U U t t t +=∆+ (2.7)根据{}U t t ∆+，就容易算出t ＋Δt 时刻的应力及{}F t t ∆+，{}K t t ∆+，于是马上可以着手下一步的计算。
但要指出的是，式(2.5)是一个近似表达式，因此t ＋Δt 时刻的解也是近似的，如果急于求成的作下去，最终结果可能出现不可忽视的重大误差以致于达到荒谬的地步。
解决这一困难的办法是以花费计算时间为代价，即在t 到t ＋Δt 时步中进行足够次数的迭代，以保证最终的解获得足够的精度。
2. 2. 3 引入修正Newton －Raphson 迭代格式的增量逐步解法现在更多采用的方法是在每一个荷载增量步中，使用Newton －Raphson 迭代法或修正的Newton －Raphson 迭代法。
由于后者不需要每次迭代时都计算切线刚度矩阵，因此在实际中具有更广泛的应用。
现对该方法做简单的介绍。
在t 时刻到t ＋Δt 时刻的时步中，修正Newton －Raphson 法的迭代公式可以表示为：[]{}(){}{}()1-∆+∆+-=∆i t t t t i t F R U K (2.8){}(){}(){}()i i t t i t t U U U ∆+=-∆+∆+1 (2.9)其中，i 表示迭代步数，依次取1，2，3，…，其迭代所用的初始值正是t 时刻的解，即： {}(){}{}(){}F F U U t t t t t t ==∆+∆+00, (2.10)式(2.8)的右端项：{}{}()1-∆+∆+-i t t t t F R 称为第i 步迭代前的不平衡荷载。