基础-ANSYS非线性分析
ANSYS教程,非线性结构分析过程
ANSYS教程，非线性结构分析过程尽管非线性分析比线性分析变得更加复杂，但处理基本相同。
只是在非线形分析的适当过程中，添加了需要的非线形特性。
非线性结构分析的基本分析过程也主要由建模、加载并求解和观察结果组成。
下面来讲解其主要步骤和各个选项的处理方法。
建模这一步对线性和非线性分析都是必需的，尽管非线性分析在这一步中可能包括特殊的单元或非线性材料性质，如果模型中包含大应变效应，应力─应变数据必须依据真实应力和真实（或对数）应变表示。
加载求解在建立好有限元模型之后，将进入ANSYS求解器(GUI：Main Menu | Solution)，并根据分析的问题指定新的分析类型(ANTYPE)。
求解问题的非线性特性在ANSYS中是通过指定不同的分析选项和控制选项来定义的。
非线性分析不同于线性分析之处在于，它通常要求执行多荷载步增量和平衡迭代。
下面就详细讲解一下进行非线性结构分析需要定义的各个求解选项、分析选项和控制选项是如何设置的，以及他们的意义是什么。
求解控制对于一些基本的非线性问题的分析选项，可以通过ANSYS提供的求解控制对话框中的选项设置来完成。
选择菜单路径：Main Menu | Solution | Analysis Type | Sol’n Controls，将弹出求解控制(Solution Controls)对话框，如下图所示。
从图中可以看出该对话框主要包括5个选项卡：基本选项（Basic）、瞬态选项（Transient）、求解选项（Sol’n Options）、非线性选项（Nonlinear）和高级非线性选项（Advanced NL）。
如果开始一项新的分析，在设置分析类型和非线性选项时，选择“Large Displacement Static”选项（不是所有的非线性分析都支持大变形）。
如果想要重新启动一个失败的非线性分析，则选择“Restart Current Analysis”选项。
选中下面的“Calculate prestress effects”单选按钮用于有预应力的模态分析时的预应力计算，具体内容见模态分析部分。
ANSYS结构非线性分析指南
ANSYS结构非线性分析指南ANSYS是一个强大的工程仿真软件，能够对各种复杂的结构进行分析。
其中，结构非线性分析是其中一种重要的分析方法，它能够模拟结构在非线性载荷和变形条件下的行为。
本文将为您提供一个ANSYS结构非线性分析的指南，帮助您更好地理解和应用这个方法。
首先，我们需要明确结构非线性分析的目标。
一般来说，结构非线性分析主要用于研究结构在大变形、材料非线性、接触或摩擦等复杂条件下的响应。
例如，当结构受到极大的外力作用时，其产生的变形可能会导致材料的非线性行为，这时我们就需要进行非线性分析。
在进行非线性分析之前，我们需要进行准备工作。
首先，我们需要准备一个几何模型，可以通过CAD软件导入或者直接在ANSYS中绘制。
然后，我们需要选择合适的材料模型，这将直接影响分析结果的准确性。
ANSYS提供了多种材料模型，例如线弹性模型、塑性模型和粘弹性模型等。
接下来，我们需要定义边界条件和载荷。
边界条件指明了结构的固定边界和自由边界，这决定了结构的位移约束。
载荷是作用在结构上的外力或者外界约束，例如压力、点载荷或者摩擦力等。
在非线性分析中，载荷的大小和施加方式可能会导致结构的非线性响应，因此需要仔细选择。
接下来，我们需要选择适当的非线性分析方法。
ANSYS提供了多种非线性分析方法，例如几何非线性分析、材料非线性分析和接触非线性分析等。
几何非线性分析适用于大变形情况下的分析，材料非线性分析适用于材料的弹塑性行为分析，而接触非线性分析适用于多个结构之间的接触行为分析。
在进行非线性分析之前，我们需要对模型进行预处理，包括网格划分和解算控制参数的设置。
网格划分的精度会直接影响分析结果的准确性，因此需要进行适当的剖分。
解算控制参数的设置涉及到收敛性和稳定性的问题，需要进行合理的调整。
然后，我们可以进行非线性分析了。
ANSYS提供了多种求解器，例如Newton-Raphson方法和弧长法等。
这些求解器可以通过迭代算法来求解非线性方程组，得到结构的响应结果。
ANSYS非线性命令解析
ANSYS非线性命令解析〔1ANSYS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基础教程,非线性分析
ANSYS基础教程，非线性分析
由荷载-变形曲线将会发现非线性结构的基本特征：变化的结构刚度。
引起非线性的原因
引起非线性行为的原因很多，这里介绍三种主要原因：
几何非线性
如果结构经受大变形，它变化的几何形状可能会引起结构的非线性响应，例如：随着钓鱼竿钓到鱼，竖向荷载就增加，杆不断弯曲以至于动力臂明显减少，导致杆端显示出较高的荷载下不断增长的刚性。
材料非线性
非线性的应力-应变关系是造成结构的非线性的常见的原因。
许多因素可以影响材料的应力应变性质，包括加载历史（如在弹塑性响应状况下）、环境状况（如温度）、加载的时间总量（如在蠕变响应情况下）。
状态非线性
许多普通结构表现出一种与状态相关的非线性行为，例如，一根只能拉伸的电缆可能是松散的，也可能是绷紧的；轴承套可能是接触的，也可能是不接触的；冻土可能是冻结的，也可能是融化的。
这些系统的刚度由于系统状态的改变在不同的值之间变化。
状态改变也许
和荷载直接有关（如在电缆情况下），也可能由某种外部原因引起（如冻土中的紊乱力学条件）。
ANSYS程序中单元的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。
接触是一种很普遍的非线性行为，是状态变化非线性类型中一个特殊而重要的子集。
ANSYS非线性分析收敛性
假如不收敛是由于数值计算导致的，可以采用下述方法来加强收敛性：1、使用小的时间步长2、如果自适应下降因子是关闭的，打开它，相反，如果它是打开的，且割线模量刚度正在被连续地使用，那么关闭它。
3、使用线性收索，特别是当大变形或大应变被激活时4、预测器选项有助于加速缓慢收敛的问题，但也可能使其他的问题变的不稳定。
5、可以将缺省的牛顿－拉普森选项转换成修正的或初始刚度牛顿－拉普森选项，这两个选项比全牛顿－拉普森选项更稳定，但这两个选项仅在小挠度和小应变塑性分析中有效荷载子步数的调整，荷载子步数的调整要根据自己的经验了，这里很难找到确切的规律，可以按照20、50、100、200、400、800等去试算，一般可以得到较好的收敛解。
描述：计算收敛过程图图片：CNVTOL, Lab, V ALUE, TOLER, NORM, MINREFANSYS中,非线性收敛准则主要有力的收敛，位移的收敛，弯矩的收敛和转角的收敛。
一般用力的控制加载时，可以使用残余力的2-范数控制收敛；而位移控制加载时，最好用位移的范数控制收敛。
When SOLCONTROL, ON, TOLER Defaults to 0.005 (0.5%) for force and moment, and 0.05 (5%) for displacement when rotational DOFs are not present.When SOLCONTROL, OFF, defaults to 0.001 (0.1%) for force and moment.收敛精度一般可放宽至 5%，以提高收敛速度。
加快收敛的方法有一下几种：1可以增大荷载子步数,nsubst,nsbstp,nsbmn,carry2修改收敛准则,cnvtol,lab,value,toler,norm,minref3 打开优化的非线性默认求解设置和某些强化的内部求解算法，solcontrol,key1,key2,key3,vtol（一般情况下，默认是打开的）4重新划分网格,网格的单元不宜太大或太小, 一般在5～10厘米左右5 检查模型的正确性下面计算收敛过程图中的各个曲线的具体含义是什么？非线性计算是一个迭代计算的过程，曲线表示两次迭代之间的误差，图中分别表示力和位移在迭代过程中的每次迭代之间的误差关于ansys中收敛准则(cnvtol)理解ansys中依据缺省的收敛准则，程序将对不平衡力SRSS与VALUE*TOLER的值进行比较；而VALUE的缺省值是在SRSS和MINREF中取较大值。
ANSYS材料非线性分析
【分享】ANSYS7.0超弹材料的定义－新的曲线拟合功能--摘自ansys用户专区几何非线性几何非线性不受敛主要原因1.网格质量，特别是warpage2.约束方程，少用刚性连接3.收敛准则，可适当加大容差4.荷载步设置，可适当加大步数最近碰到一个对我来说很意外的问题：如果确实如此希望大家以后小心大家知道定义接触后会自动生成一组实常数，前几天我碰到一个问题，需定义超过10组实常数，接触对很多，好像有20多处，按照常规步骤划分完所有网格，当时因为有一个实常数参数没确定，便预留了最后一组（第10组）实常数里面的参数为空，接下来就定义了所有的接触对，由于所有接触对里的设置一样，ANSYS在我保存db完重新打开后便把我所有的接触对综合成一个了！接下来我就把第十组实常数里面的参数补上了，但在求解时却提示我该实常数同时被两种单元（包括CNTACT单元）同时占用，出现错误！！检查了半天才发现自动生成的接触对实常数把第10组实常数也占用了！我实在没找到什么好的解决办法，只得把接触对删除了重新定义，那可是上百多个面的选取过程，痛苦不堪简直！ANSYS里接触对面的选取时还不能针对Component操作！ANSYS7.0超弹材料的定义－新的曲线拟合功能ANSYS7.0中的超弹材料模拟能力得到了很大的加强，在ANSYS6.1的超弹材料模型的基础上又增加了Gent, Yeoh, Blatz-Ko, and Ogden (Foam)四种超弹性材料模型，使得其超弹模拟能力得到了进一步扩展。
ANSYS7.0中对超弹能力最吸引人的增强还不在于此，而是在于其曲线拟合能力的大幅度扩展，不再像ANSYS6.1以前的版本一样曲线拟合仅仅局限于Mooney-Rivlin模型，而是将其扩展到所有的超弹模型，这样，用户可以利用实验得到的应力应变数据直接让程序自己拟合出任意一种超弹材料模型的参数，大大方便了用户的使用。
以下就ANSYS7.0的超弹拟合功能做一简单介绍。
ANSYS非线性分析：1-非线性分析概述
第一章钢筋混凝土结构非线性分析概述1.1 钢筋混凝土结构的特性1.钢筋混凝土结构由两种材料组成，两者的抗拉强度差异较大，在正常使用阶段，结构或构件就处在非线性工作阶段，用弹性分析方法分析的结构内力和变形无法反映结构的真实受力状况；2.混凝土的拉、压应力-应变关系具有较强的非线性特征；3.钢筋与混凝土间的黏结关系非常复杂，特别是在反复荷载作用下，钢筋与混凝土间会产生相对滑移，用弹性理论分析的结果不能反映实际情况；4.混凝土的变形与时间有关：徐变、收缩；5.应力-应变关系莸软化段：混凝土达到强度峰值后有应力下降段；6.产生裂缝以后成为各向异形体。
混凝土结构在荷载作用下的受力-变形过程十分复杂，是一个变化的非线性过程。
11.2 混凝土结构分析的目的和主要内容《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中新增的主要内容：(1)混凝土的本构关系和多轴强度：给出了单轴受压、受拉非线性应力-应变（本构）关系，混凝土二轴强度包络图、三轴抗压强度图和三轴应力状态破坏准则；（2）结构分析：规范概括了用于混凝土结构分析的5类方法，列入了结构非线性分析方法。
一、结构分析的基本目的：计算在各类荷载作用下的结构效应——内力、位移、应力、应变根据设计的结构方案确定合理的计算简图，选择不利荷载组合，计算结构内力，以便进行截面配筋计算和采取构造措施。
二、结构分析的主要内容：（1）确定结构计算简图：考虑以下因素：(a)能代表实际结构的体形和尺寸；(b)边界条件和连接方式能反映结构的实际受力状态，并有可靠的构造措施；(c)材料性能符合结构的实际情况；(d)荷载的大小、位置及组合应与结构的实际受力吻合；(e)应考虑施工偏差、初始应力及变形位移状况对计算简图进行适当修正；(f)根据结构受力特点，可对计算简图作适当简化，但应有理论或试验依据，或有可靠的工程经验；(g)结构分析结果应满足工程设计的精度要求。
（2）结构作用效应分析：根据结构施工和使用阶段的多种工况，分别进行结构分析，确定最不利荷载效应组合。
Ansys Workbench非线性分析 牛顿辛普森法过程
然而, 相当多的结构在力和位移之间没有线性关系 因为此类结构的 F-u 图不是直线, 这样的结构称为非线性结构 . – 刚度不再是一个常数K; 它成为施加载荷的函数, KT (切 线刚度). 普通的例子是韧性金属的拉伸试验:
载荷位移曲线
Fa Fnr
R
下一次迭代用刚度矩阵
u0 △ u u1
u0: 所设初始位移值
u
位移
KT :切向刚度
u1: 下次迭代位移值
R F a F nr
收敛： Newton-Raphson法需要一个收敛的度量以决定 何时结束迭代。给定节点Fa，节点力Fnr ，在一个体 中，节点载荷必须与节点力平衡
高级接触选项包括： 自动探测尺寸 Auto detection dimension and slider 非对称接触Asymmetric contact 接触结果工具Contact results tool 接触算法contact formulations Pinball 控制
膜片弹簧接触设置
带支撑环的膜片弹簧边界条件及求解设置
3 2 F1 269.991 2981 1 9238 1
膜片弹簧大端载荷-位移曲线
3 2 F1 269.991 2981 1 9238 1
注：膜片弹簧载荷挠度曲线为非线性，是由于大变形引起 的几何非线性，但材料始终发生的是弹性变形，没有发生 塑性变形
回忆材料力学中低碳钢力学性能试验
ANSYS讲义非线性分析
t1
t2
时间 t
XJTU
自动时间步(续)
• 自动时间步算法是 非线性求解控制 中包含的多种算法的一种。
（在以后的非线性求解控制中有进一步的讨论。） • 基于前一步的求解历史与问题的本质，自动时间步算法或者增加
或者减小子步的时间步大小。
XJTU
5) 输出文件的信息
在非线性求解过程中，输出窗口显示许多关于收敛的信息。输出 窗口包括：
子步
时间 ”相关联。
“时间
两个载荷步的求解 ”
XJTU
在非线性求解中的 “ 时间 ”
• 每个载荷步与子步都与 “ 时间 ”相关联。 子步 也叫时间步。
• 在率相关分析（蠕变，粘塑性）与瞬态分析中，“ 时间 ”代表真实 的时间。
• 对于率无关的静态分析，“ 时间 ” 表示加载次序。在静态分析中， “ 时间 ” 可设置为任何适当的值。
最终结果偏离平衡。
u 位移
XJTU
1) Newton-Raphson 法
ANSYS 使用Newton-Raphson平衡迭代法 克服了增量
求解的问题。 在每个载荷增量步结束时，平衡迭代驱 使解回到平衡状态。
载荷
F
4 3 2
1
u 位移
一个载荷增量中全 Newton-Raphson 迭代 求解。（四个迭代步如 图所示）
XJTU
非线性分析的应用(续)
宽翼悬臂梁的侧边扭转失 稳
一个由于几何非线性造 成的结构稳定性问题
XJTU
非线性分析的应用(续)
橡胶底密封 一个包含几何非线 性（大应变与大变 形），材料非线性 （橡胶），及状态 非线性（接触的例 子。
XJTU
非线性分析的应用(续)
非线性_接触分析ANSYS
接触分析接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有效的计算，理解问题的特性和成立合理的模型是很重要的。
接触问题存在两个较大的难点：其一，在你求解问题之前，你不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然转变的，这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型供你挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。
一般的接触分类接触问题分为两种大体类型：刚体－柔体的接触，和柔体－柔体的接触，在刚体－柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被看成刚体，（与它接触的变形体相较，有大得多的刚度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体－柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触，另一类，柔体－柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。
ANSYS接触能力ANSYS支持三种接触方式：点－点，点－面，和面－面，每种接触方式利用的接触单元适用于某类问题。
为了给接触问题建模，首先必需熟悉到模型中的哪些部份可能会彼此接触，若是彼此作用的其中之一是一点，模型的对应组元是一个结点。
若是彼此作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，例如梁单元，壳单元或实体单元，有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元，至于ANSYS 利用的接触单元和利用它们的进程，下面分类详述。
点－点接触单元点－点接触单元主要用于模拟点－点的接触行为，为了利用点－点的接触单元，你需要预先知道接触位置，这种接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即便在几何非线性情况下）若是两个面上的结点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）维持小量，那么可以用点－点的接触单元来求解面－面的接触问题，过盈装配问题是一个用点－点的接触单元来模拟面－面的接触问题的典型例子。
ANSYS非线性接触问题分析汇总
ANSYS 分线性接触问题分析汇总接触非线性是一门复杂的学科，ANSYS 关于计算非线性接触的设置选项多只又多，很多人摸不到头脑，本文就基于ANSYS 模拟过的几个接触实例，研究了相关设置选项对接触结果的影响。
实例1：橡胶密封圈配合接触研究—非线性求解设置对结果的影响密封圈配合模型简图见图1，左右两端为刚体，中间圆部分为橡胶密封圈，将刚体2沿刚体1方面移动，从而实现橡胶圈密封作用，采用plane182单元，设置轴对称行为，建立橡胶密封圈与刚体接触模型，见图2。
图1 密封圈配合模型简图 图2 密封圈配合有限元模型图接触对采用默认设置，摩擦系数取0.10，研究非线性求解器设置对收敛方面的影响，大变形静态（Large Displacement Static ）效应打开，自动时间步长（Automatic time stepping ）打开，子步数（Number of substeps ）设置为50，线性搜索（Line search ）打开。
1 收敛准则对结果的影响此实例收敛准则默认采用力收敛结合力矩收敛准则（基于L2范数），收敛容差（Tolerance ）默认为0.001，工程上认为0.05的收敛容差足够满足要求。
表 1 收敛容差对计算结果的影响收敛容差 最大应力/ MPa报错与否？ 0.001 4.12364报错 0.05 4.12785 报错 0.14.12996报错查看报错信息，见图3，表示单元过于扭曲，建议提高子步数或降低时间步长，需要提高网格质量，也要考虑材料属性，接触对及约束方程的合理性，若在第一步迭代就如此，需要预先执行单元形状检查。
图3 报错信息刚体1刚体2密封圈橡胶密封圈配合Von Mises应力云图见图4。
图4 橡胶密封圈配合Von Mises应力2 子步数对结果的影响此实例子步数设置为50、100、200、500，收敛容差（Tolerance）默认为0.001，研究子步数对收敛的影响。
ANSYS材料非线性分析
弹簧单元模拟土壤
杆为平面应变分析
土壤单元选项及实常数
材料性能：d-p模型（土壤）
铁桩材料
布尔运算：叠合。
并压缩实体编号（方便划网）
选择所有
all
相加分离的线
delte 划网注意划网属性与面编号对应
定义映射的边再划分面
转换为柱坐标系
创建节点并复制
通过节点再创建单元，注意选设置好单元属性
选择r=180（圆边界节点）(from all)及外节点180*(2*1.732)/3(also select)进行全约束
转换为直角坐标
对桩进行压力加载500（Mpa）先选择节点（通过坐标值）
创建静态分析
并设置非线性收敛标准
求解保存
结果（应力、位移、剪力）。
Ansys非线性接触分析和设置
Ansys非线性接触分析和设置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。
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 = 表明初始闭合因子是“*下层单元的厚度”。
然而，ICON = 则表示真实调整带是单位。
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。
非线性2【ANSYS非线性分析】
1几何非线性分析随着位移增长，一个有限单元已移动的坐标可以以多种方式改变结构的刚度。
一般来说这类问题总是是非线性的，需要进行迭代获得一个有效的解。
大应变效应一个结构的总刚度依赖于它的组成部件（单元）的方向和单刚。
当一个单元的结点经历位移后，那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变变。
首先，如果这个单元的形状改变，它的单元刚度将改变。
（看图2─1(a)）。
其次，如果这个单元的取向改变，它的局部刚度转化到全局部件的变换也将改变。
（看图2─1（b)）。
小的变形和小的应变分析假定位移小到 足够使所得到的刚度改变无足轻重。
这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移。
（什么时候使用“小”变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级。
相反，大应变分析说明由单元的形状和取向改变导致的刚度改变。
因为刚度受位移影响，且反之亦然，所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移。
通过发出NLGEOM ，ON （GUI 路径Main Menu>Solution>Analysis Options)，来激活 大应变效应。
这效应改变单元的形状和取向，且还随单元转动表面载荷。
（集中载荷和惯性载荷保持它们最初的方向。
）在大多数实体单元（包括所有的大应变和超弹性单元），以及部分的壳单元中大应变特性是可用的。
在ANSYS/Linear Plus 程序中大应变效应是不可用的。
图1─11 大应变和大转动大应变处理对一个单元经历的总旋度或应变没有理论限制。
（某些ANSYS单元类型将受2到总应变的实际限制──参看下面。
）然而，应限制应变增量以保持精度。
因此，总载荷应当被分成几个较小的步，这可以〔NSUBST ，DELTIM ，AUTOTS 〕，通过GUI 路径 Main Menu>Solution>Time/Prequent)。
无论何时当系统是非保守系统，来自动实现如在模型中有塑性或摩擦，或者有多个大位移解存在，如具有突然转换现象，使用小的载荷增量具有双重重要性。
ansys非线性瞬态结构分析重要命令
非线性各向同性硬化模型(TB,NLISO)选项基于Voce硬化规律或power硬化规律。该模型的优势在于材料行为由函数确定，而函数由TBDATA命令定义的四个材料常数确定。你可以通过拟合材料拉伸应力-应变曲线来得到这四个常数。不同于MISO，不需要担心如何恰当选定应力-应变点来输入。但是该选项只是适用于如下图所示的拉伸曲线。该选项适合大应变分析。可以综合Chaboche, creep, viscoplastic, and Hill anisotropy等选项来反正复杂材料行为。
Swelling Material Model
User-Defined Material Model
2 Plasticity塑性
大多数工程材料在达到所谓的弹性比例极限前都表现出线性的应力-应变关系。超出该极限，应力-应变关系变为非线性，但也不会变成完全没有弹性。塑性以不可恢复的变形为特点，当应力超过屈服极限材料即表现塑性。一般弹性极限与屈服极限差别很小，ANSYS中一般将这两点当成一点。塑性是一个不可恢复、与路径相关的现象。换句话说，载荷施加顺序及塑性响应顺序都影响最终结果。如果分析中会产生塑性形变，最好以较小的载荷步和时间步求解，以便模型会更遵循载荷-响应曲线。
双线性随动硬化模型(TB,BKIN)假设总应力范围等于屈服强度的两倍，以便包括包辛格效应。建议该选项使用于遵循von Mises屈服准则的一般小形变情况。不建议做大变形应用。BKIN选项可以综合蠕变和希尔各向异性选项来仿真更复杂的材料行为。
Multilinear Kinematic Hardening Material Model多线性随动硬化模型
ANSYS结构非线性分析指南
ANSYS结构非线性分析指南ANSYS是一款非常强大的有限元分析软件，广泛应用于各种工程领域的结构分析。
在常规的结构分析中，通常会涉及到线性分析，但一些情况下，结构出现了非线性行为，这时就需要进行非线性分析。
非线性分析可以更准确地模拟结构的真实行为，包括材料的非线性、几何的非线性和接触非线性等。
在进行ANSYS结构非线性分析时，需要考虑以下几个方面：1.材料的非线性：在材料的应力-应变关系中，材料的性质可能会发生变化，如塑性变形、损伤、软化等。
因此在非线性分析中，需要考虑材料的非线性特性，并正确选取材料模型。
2.几何的非线性：在一些情况下，结构本身的几何形态可能会发生较大变化，如大变形、屈曲等。
这需要考虑结构的几何非线性，并在分析中充分考虑结构的形变情况。
3.接触非线性：当结构中存在接触面时，接触面之间的接触力可能是非线性的，如摩擦力、法向压力等。
在进行非线性分析时，需要考虑接触面上的非线性行为，确保接触的可靠性。
在进行ANSYS结构非线性分析时，可以按照以下步骤进行：1.建立模型：首先需要根据实际情况建立结构的有限元模型，包括几何形状、边界条件和加载条件等。
在建立模型时，需要考虑到结构的材料、几何和接触情况，并进行合理的网格划分。
2.设置分析类型：在ANSYS中，可以选择静力分析、动力分析等不同的分析类型。
在进行非线性分析时，需要选择适合的非线性分析模块，并设置相应的参数。
3.设置材料模型：根据结构的材料特性，选择合适的材料模型，如弹塑性模型、本构模型等。
根据实际情况，设置材料的材料参数，确保材料的非线性行为能够得到准确的描述。
4.设置几何非线性：考虑结构的几何非线性时，需要选择合适的几何非线性选项，并设置合适的几何参数。
在进行大变形分析时，需要选择几何非线性选项，确保结构的形变情况能够得到准确的描述。
5.设置接触非线性：当结构存在接触面时，需要考虑接触面上的非线性行为。
在ANSYS中，可以设置接触类型、摩擦系数等参数，确保接触的可靠性。
ansys 非线性分析原理
ansys 非线性分析原理ANSYS中的非线性分析是指通过考虑材料的非线性行为、几何非线性和边界条件的非线性等因素，对结构进行分析和计算。
非线性分析的原理主要包括以下几个方面。
1. 材料的非线性行为：考虑到材料在受载作用下的非线性行为，一般采用弹塑性分析方法。
弹塑性材料在受力时会出现应力-应变曲线的非线性特征，这需要使用合适的本构模型来描述。
ANSYS中常用的本构模型有弹塑性模型、弹性模型等，根据问题的实际情况选择适当的本构模型进行分析。
2. 几何的非线性效应：当结构在受载作用下出现较大的变形时，就需要考虑几何非线性效应。
一般情况下，当结构的变形较小时可以忽略几何非线性，反之则需要进行几何非线性分析。
几何非线性的分析可通过使用大变形理论来描述结构的非线性变形，并进行相应的计算。
3. 边界条件的非线性效应：非线性分析还需要考虑边界条件的非线性效应。
在实际工程中，边界条件往往是随着结构的变形而变化的，如约束条件的变化、边界载荷的变化等。
这些非线性边界条件会对结构的响应产生影响，因此需要将其考虑在内进行非线性分析。
在ANSYS中进行非线性分析时，通常需要进行以下步骤：1. 定义材料的本构模型：选择合适的弹塑性模型或弹性模型，并设置相应的参数。
2. 构建几何模型：根据实际工程要求，构建结构的几何模型，并对其进行离散化，即将结构分割成有限元网格。
3. 施加边界条件和载荷：根据实际工况，为结构施加边界条件和载荷。
4. 求解非线性方程组：通过非线性方程的迭代求解方法，求解得到结构的非线性响应。
5. 分析结果的后处理：对求解得到的结果进行分析和后处理，获取所需的工程参数和信息。
总之，非线性分析在ANSYS中是通过考虑材料的非线性行为、几何的非线性效应和边界条件的非线性效应等因素，对结构进行全面分析和计算的方法。
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预置条件共轭梯度求 解器（PCG solver）
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直接求解器，适用 于自由度在5万或50 万以内的求解器；
迭代求解器，能够处 理自由度在5万~100 万以上的大模型
加载求解
求解策略-非线性选项 非线性选项主要作用是帮助控制收敛。
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加载求解
非线性求解-后退选项 如果一个子步收敛失败，程序将目前荷载进行二分并再次进行求解。
缺省的后退控制适用于大多数情况。
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几何非线性
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几何非线性简介 大应变效应 对几何非线性情况的处理方法 几何非线性实例
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状态非线性
材料非线性简介 塑性分析中的一些基本原则 查看结果 材料非线性实例 状态非线性简介 点─点接触分析 点─面接触分析 面─面的接触分析 状态非线性实例
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加载求解
非线性求解－两个收敛工具
两个加强的收敛工具 • 线性搜索（Line Search） • 预报器（Predictor）
线性搜索对克服振荡收敛非常有效，使求解趋于稳定。但需要花费额外的计算时间。对 解决超弹性、接触问题比较有效。 缺省时，预报器打开，适用 于大多数的情形。 预报器通过对每一个子步的 第一次平衡迭代结果预报自 由度解而加快收敛。 当非线性响应比较光滑时， 预报器非常有用，并且可以 加速收敛。如塑性分析。 非线性响应不光滑时，打开 预报器会导致发散，此时须 关闭预报器
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非线性结构分析分类
非线性结构分析分类
非线性结构分析
材料非线性
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状态非线性
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材料的物理定律是非线性的
系统状态的改变造成系统刚度的变化
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几何非线性
结构变形的大位移造成的刚度变化
非线性结构分析注意事项
塑性应变沿垂直于屈服面的 方向发展。
描述初始屈服准则如何随不断发展的 塑性应变的变化而发生变化
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建模
屈服准则 在单向受力状态，通过比较其轴向应力与材料屈服应力，可以确定其是否屈服。 在三向应力状态，则必须确定一个屈服准则。屈服准则是应力的单值度量， 如果结构的应力状态和屈服准则已知，则可确定结构是否出现了塑性应变。 常用的屈服准则：Von Misses屈服准则，其等效应力计算公式：
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加载求解
基本概念-载荷步、子步、平衡迭代 载荷步：最高级，在一定“时间”范围内你明确定义的。假定载荷在载荷步内 是线性变化的。
子步：载荷增量，即在每一个载荷步内，为了逐步加载可以控制程序来执行多 次求解（子步或时间步）。
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建模
塑性 塑性是一种材料行为，在施加载荷的作用下，材料发生永久的变形。
通过材料的材性实验得到材料的应力应变关系。 小节目录 | 章目录
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在比例极限下，材料表现为线性行为。 在屈服点下，材料表现为弹性行为。 一般对其进行简化，认为这两点重合。
平衡迭代：为保证收敛，在每一个子步内程序所进行的一系列求解（平衡迭 代）。
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加载求解
基本概念-时间 每一个载荷步和子步都与一个明确、唯一的“时间”值相对应。因此，子步也 称为时间步。 载荷步是通过“时间”施加的，如：time 1；time 2；· · · · · · ，即“时间”值是作 为每一个载荷步的重点。 每一个子步都有一个唯一的“时间”值对应，也可以激活自动时间步长，让 ANSYS自动计算并控制载荷增量。 对于速率无关的静态分析，可以采用任意的单位来定义“时间”。 如果在载荷终点时间不指定任何值，则在每一个载荷步终点的“时间”认为是 载荷步数。
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载荷步时间 子步数 加载方式
时间步长控制
加载求解
非线性分析的求解控制措施 GUI：Main Menu>Solution>Sol’n Control
1、时间、时间步选项 2、方程求解器选择 3、输出数据的管理 4、设定重启动控制 5、定义收敛误差 6、控制平衡迭代次数 7、增强求解收敛 8、在不收敛情形下控制程序行为
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加载求解
基本概念-时间 GUI：Main Menu>Solution>Load Step Opts>Time/Frequenc>Time and Substps
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屈服准则在主应力空间的表示为：
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当等效应力超出材料 的屈服极限时，发生 屈服。
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流动、硬化准则 流动准则从屈服准则导出，表示为塑性应变沿垂直于屈服面的方向发展。
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加载求解 结果后处理
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建模
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分析过程概述
非线性分析的基本步骤与线性分析一样, 主要包括三步:
前处理
加载求解
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后处理
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建立有限元模型，定义 材料非线性参数。 施加约束载荷，定义求 解模式和载荷步设置。 观察计算结果，读取应 力、应变等数据。 小节目录 | 章目录
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建模
塑性理论 材料发生塑性变形的两类理论：增量理论、全量理论。
增量理论描述的是应力增量和应变增量的数学关系。
增量理论的三个基本组成部分： 屈服准则
增量理论
流动准则
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硬化准则 小节目录 |
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章目录
解决材料受三向应力的是否发生塑 形变形的应力等效准则。
收敛增加工具
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二分（后 退）准则 平衡迭代最大数 蠕变选项 收敛容差
加载求解
求解策略-收敛准则 程序将连续进行平衡迭代直到满足收敛准则、或者直到达到允许的平衡迭代的 最大数〔NEQIT〕为止。 收敛准则：通常基于力、位移中的一种或者两种。分析时可以采用缺省的收敛 准则，也可以自己定义收敛准则。 • 以力为基础的收敛准则提供了收敛的绝对量度； • 以位移为基础的收敛准则仅提供了表现收敛的相对量度。 应当几乎总是使用力（力矩）收敛检查，同时可以使用位移（平动、转动）收 敛进行检查。对于位移，程序将收敛检查建立在当前（i）和前面（i-1）次迭 代之间的位移改变上。
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ANSYS非线性分析
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非线性结构分析简介
非线性结构的定义 非线性结构分析的类型 非线性结构分析注意事项 分析过程简介 建模 加载求解 结果后处理
材料非线性
非线性结构分析的分析过程
• 提供全面、自动及智能的非线性工具设置，一般能获得有效的收敛解。 • 一般可以解决大部分非线性问题。
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• 推荐首先选用该控制选项进行非线性分析，如果收敛，则OK；若收敛速度 较慢、或者不收敛，通过调整求解选项去保证结果收敛。
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注：如果明确地定义了任何收敛准则（CNVTOL〕，缺省准则将“失效”。因 此，一旦定义了位移收敛检查，必须再定义力收敛检查（使用多个CNVTOL命 令来定义多个收敛准则）。
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加载求解
求解策略-收敛准则 GUI：Main Menu>Solution>Sol’n Control
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输出结果类 型选择 为动画、结 构历史写出 更多的子步 结果
加载求解
求解策略-求解器 ANSYS提供了5个求解器： 波前求解器（默认） （Frontal solver）
稀疏矩阵直接求解器 （Sparse solver） ANSYS求 解器 雅可比共轭梯度求 解器
不完全乔列斯基共 轭梯度求解器
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硬化准则则描述初始屈服准则如何随不断发展的塑性应变的变化而发生变化， 即如何修正屈服面。
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建模
材料性质 定义材料性质时： 首先给出弹性材料的性质（弹性模量、泊松比） 然后给出非线性材料性质 GUI：Main Menu>Preprocessor>Material