ANSYS中非线性材料的定义---文本资料
ANSYS材料非线性
ANSYS的四种典型的非线性材料分析介绍四种典型的非线性材料:1.经典双线性随动强化BKIN2.双线性等向强化BISO3.多线性随动强化MKIN4.多线性等向强化MISO1.经典的双线性随动强化（BKIN）使用一个双线性来表示应力应变曲线，所以有两个斜率，弹性斜率和塑性斜率，由于随动强化的V on mises屈服准则被使用，所以包含有鲍辛格效应，此选项适用于遵守V on Mises 屈服准则，初始为各向同性材料的小应变问题，这包括大多数的金属。
需要输入的常数是屈服应力和切向斜率，可以定义高达六条不同温度下的曲线。
注意：1.使用MP命令来定义弹性模量2.弹性模量也可以是与温度相关的3.切向斜率Et不可以是负数，也不能大于弹性模量在使用经典的双线性随动强化时，可以分下面三步来定义材料特性。
1.定义弹性模量2.激活双线性随动强化选项3.使用数据表来定义非线性特性双线性等向强化（BIS0）也是使用双线性来表示应力－应变曲线，在此选项中，等向强化的V on Mises 屈服准则被使用，这个选项一般用于初始各向同性材料的大应变问题。
需要输入的常数与BKIN选项相同。
举例如下:MP,EX,1,200e9MP,NUXY,1,0.25MP,GXY,1,150e9TB,BISO,1TBDATA,1,300e6,2000e6多线性随动强化（MKIN）使用多线性来表示应力－应变曲线，模拟随动强化效应，这个选项使用V on Mises屈服准则，对使用双线性选项（BKIN）不能足够表示应力－应变曲线的小应变分析很有用。
需要的输入包括最多五个应力－应变数据点（用数据表输入），可以定义五条不同温度下的曲线。
在使用多线性随动强化时，可以使用与BKIN相同的步骤来定义材料特性，所不同的是在数据表中输入的常数不同，举例如下:MPTEMP，，10，70MPDATA，EX，3，，30ES，25ESTB，MK2N，3TBTEMP，，STRA2NTBDATA，，0.01，0.05，0.1TBTEMP，10TBDATA，，30000，37000，38000TBTEMP，70TBDATA，，225000，31000，33000多线性等向强化（MISO）使用多线性来表示使用V on Mises屈服准则的等向强化的应力－应变曲线，它适用于比例加载的情况和大应变分析。
ANSYS结构非线性分析指南连载四
ANSYS结构非线性分析指南连载四--第四章材料非线性分析 (二) (2014-04-27 10:47:15)转载▼标签：it4.3 超弹性分析4.3.1 超弹理论4.3.1.1 超弹的定义一般工程材料（例如金属）的应力状态由一条弹塑性响应曲线来描述，而超弹性材料存在一个弹性势能函数，该函数是一个应变或变形张量的标量函数，而该标量函数对应变分量的导数就是相应的应力分量。
上式中：[S]＝第二皮奥拉－克希霍夫应力张量W＝单位体积的应变能函数[E]＝拉格朗日应变张量拉格朗日应变可以由下式表达：[E]＝1/2（[C]-I）其中：[I]是单位矩阵，[C]是有柯西－格林应变张量其中[F]是变形梯度张量，其表达式为：x：变形后的节点位置矢量X：初始的节点位置矢量如果使用主拉伸方向作为变形梯度张量和柯西－格林变形张量的方向，则有：其中： J=初始位置与最后位置的体积比材料在第i个方向的拉伸率在ANSYS程序中，我们假定超弹材料是各向同性的，在每个方向都有完全相同的材料特性，在这种情况下，我们既可以根据应变不变量写出应变能密度函数，也可以根据主拉伸率写出应变能密度函数。
应变不变量是一种与坐标系无关的应变表示法。
使用它们就意味着材料被假定是各向同性的。
Mooney －Rivlin和Blatz－Ko应变能密度函数都可以用应变不变量表示，应变不变量可以柯西－格林应变张量和主拉伸率表示出来：一个根据应量不变量写出来的应变能密度函数如下：为材料常数，上式是两个常数的Mooney－Rivlin应变能密度函数。
超弹材料可以承受十分大的弹性变形，百分之几百的应变是很普遍的，既然是纯弹性应变，因此超弹性材料的变形是保守行为，与加载路径无关。
4.3.1.2 不可压缩缩性大多数超弹材料，特别是橡胶和橡胶类材料，都是几乎不可压缩的，泊松比接近于0.5，不可压缩材料在静水压力下不产生变形，几乎不可压缩材料的泊松比一般在0.48至0.5之间（不包含0.5），对这些材料，在单元公式中必须考虑不可压缩条件。
ANSYS几何非线性概述
ANSYS几何非线性概述一、什么是非线性什么是非线性(non-linear)？按照百度百科的解释，非线性是指变量之间的数学关系不是直线而是曲线、曲面或不确定的属性。
而对于工程结构而言，非线性或者说非线性行为，是指外部荷载引起工程结构刚度显著改变的一种行为。
如果绘制一个非线性结构的荷载-位移曲线，则力与位移的曲线为非线性函数。
ANSYS非线性主要分为以下三大类：1、几何非线性大应变、大位移、大旋转2、材料非线性塑性、超弹性、粘弹性、蠕变3、状态改变非线性接触、单元生死其中几何非线性和材料非线性是土木工程结构计算中最为常见的两种类型。
二、结构几何非线性概念理解如果一个结构在受荷的过程经历了大变形，则变化后的几何形状能引起非线性行为。
例如，上述例子，杆梢在轻微横向作用下是柔软的，当外部横向荷载加大时，杆的几何形状发生改变,力矩臂减小，引起杆的刚化响应。
几何非线性主要分为如下三种现象：1.单元的形状改变(面积、厚度)，其单独的单元刚度也将改变2.单元的取向发生转动，其局部刚度在转化为全局分量时将会发生变化。
3.单元应变产生较大的平面内应力状态引起平面法向刚度的改变。
随着垂直挠度UY 的增加，较大的膜应力SX 将会导致刚化效应。
上述三种情况的关系如下：应力刚化三、ANSYS几何非线性注意事项1、建模注意事项 （a ）单元选择注意事项在定义单元类型时，应明白如果分析的过程中有几何非线性，应确保所选单元类型支持相应的几何非线性效应。
例如shell63单元支持应力刚化和大挠度，但不支持大应变；而shell181则支持所有的三类几何非线性，可在单元描述的特殊特征列表中找到类似信息。
特别是在选择接触单元的时候应慎重，有的接触单元是没有任何非线性能力，例如CONTAC52.同时应注意剪切锁定以及体积锁定等不可压缩性所带来的收敛困难。
（b ）预见网格扭曲ANSYS 在第一迭代之前，会检查网格的质量；在大应变分析中，迭代计算过后的网格或许会变得严重扭曲，为防止出现不良形状，可以预见网格扭曲从而修改原始网格。
【ANSYS非线性分析】Ansys_几何非线性基础
October 15, 2001 Inventory #001565
5-19
几何非线性基础 … 综述
• 一般地: • ANSYS 将工程应力和工程应变用于小位移分析或仅支持大挠度单元的大位移
分析. • ANSYS 将对数应变和真实应力用于支持大应变的大多数单元的大挠度. • Mooney-Rivlin 超弹性例外, 见下表所示.
“大” 是与问题相关的.
在ANSYS中, 术语大挠度 和大转动 可以相互交换使用.
大挠度理论考虑了大转动, 但是它假设应变是小应变. 还固有地考 虑了应力刚化效应.
大应变 大转动 应力刚化
大挠度理论是大应变理论的子集.
October 15, 2001 Inventory #001565
5-25
几何非线性基础 ... 三类几何非线性
5-4
几何非线性基础 … 综述
3 如果单元的应变产生较大的平面内应力状态 (膜应力), 平面法向 刚度将受到显著的影响.
F
Y
F
X
uy
随着垂直挠度的增加 (UY), 较大的膜应力 (SX) 导致刚化效应.
October 15, 2001 Inventory #001565
5-5
几何非线性基础 … 综述
应力刚化: 一个零件中的应力状态会影响到该零件的刚度. 随着张力的增大, 电缆的横向刚度增加. 随着压缩量的增大, 柱体横向刚度下降 (最终导致完全丧失刚度 –
如, 屈曲). 当应力刚化被激活时, 程序计算应力刚度矩阵, 并将它添加到原始
刚度矩阵去包含此效应. 应力刚度矩阵仅仅是应力和几何的函数. 应力刚度矩阵使切向刚度矩阵更加一致 (一般会改善收敛).
应变
ANSYS-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。
1.2 混凝土结构分析的目的和主要内容《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中新增的主要内容：(1)混凝土的本构关系和多轴强度：给出了单轴受压、受拉非线性应力-应变（本构）关系，混凝土二轴强度包络图、三轴抗压强度图和三轴应力状态破坏准则；（2）结构分析：规范概括了用于混凝土结构分析的5类方法，列入了结构非线性分析方法。
一、结构分析的基本目的：计算在各类荷载作用下的结构效应——内力、位移、应力、应变根据设计的结构方案确定合理的计算简图，选择不利荷载组合，计算结构内力，以便进行截面配筋计算和采取构造措施。
二、结构分析的主要内容：（1）确定结构计算简图：考虑以下因素：(a)能代表实际结构的体形和尺寸；(b)边界条件和连接方式能反映结构的实际受力状态，并有可靠的构造措施；(c)材料性能符合结构的实际情况；(d)荷载的大小、位置及组合应与结构的实际受力吻合；(e)应考虑施工偏差、初始应力及变形位移状况对计算简图进行适当修正；(f)根据结构受力特点，可对计算简图作适当简化，但应有理论或试验依据，或有可靠的工程经验；(g)结构分析结果应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。
ansys材料非线性
• 另外, 在称为屈服点 的应力水平以下, 应力-应变响应为弹性.
– 在屈服点以下, 卸载后, 发生的任何应变都是完全可恢复的.
σ
屈服点 比例极限
ε
May 11, 2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. ANSYS, Inc. Proprietary
DesignModeler
等向强化 指屈服面在塑性流动期间均匀扩张。‘等向’ 一词指屈服面的均匀
扩张，和‘各向同性’屈服准则 (即材料取向)不同。
σ3
后来的屈服面
σ
σ' σy 2σ'
最初的屈服面
ε σ2
弹性
ε σ2
σ1
主应力空间
单轴应力－应变
ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002496 1-12
材料非线性专题
弹塑性-综述（续）
Training Manual
DesignModeler
屈服准则:Hill 屈服准则
–它是各向异性 (von Mises 是各向同性)。 Hill 准则可看作是 von Mises 屈服准 则的延伸
主应力空间
σ2
ANSYS, Inc. Proprietary
单轴 应力-应变
Inventory #002496 1-13
材料非线性专题
弹塑性-综述（续）
Training Manual
DesignModeler
屈服准则:广义Hill屈服准则(各向异性非均质材料) –广义 Hill 势理论的屈服面可看作是在主应力空间内移动了的变形圆柱体。 –由于各向异性(不同方向屈服不同)，所以圆柱屈服面变形 (Hill 准则)。 –因为屈服在拉伸和压缩中可指定为不同, 所以圆柱屈服面被初始移动。
ANSYS非线性
如果一个凸面与一个平面或凹面进入接触, 平面和凹面应该是目标面.
如果一个面比另一个面更硬, 较硬的面应该是目标面.
如果一个面是高阶, 另一个面是低阶, 低阶面应该是目标面.
如果一个面比另外一个面更大, 较大的面应该是目标面.
当指定柔性体-柔性体接触的接触面和目标面时, 如果一个面网格粗,
刚性表面
变形体
柔性体 -柔性体接触
花键轴过盈配合, 两个零件 都是柔体.
接触协调
实际接触体相互不穿透. 因此, 程序必须在这两个面间建立一种关
系, 防止它们在有限元分析中相互穿过. • 当程序防止相互穿透时, 称之为强制接触协调.
F
当没有强制接触协调时, 发生穿透.
接触面
目标面
F
接触协调 – 罚函数法
图示收敛信息
在图形窗口显示的 是图形化的收敛历 史。显示了时间、
迭代步数与不平衡
量的信息。在求解 过程中这一显示不 断更新。
非线性求解过程
下面列出了完成非线性分析所需的典型步骤：
1. 指定分析类型
2. 指定几何非线性打开或关闭 3. 为载荷步指定“ 时间 ”
4. 设定子步数
5. 施加载荷与边界条件 6. 指定输出控制与监视值 7. 保存数据库 8. 求解载荷步
结果。
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： • 力/力矩不平衡量 {R}
FORCE CONVERGENCE VALUE
• 最大的自由度增量 {u}
MAX DOF INC
• 力收敛判据
CRITERION
• 载荷步与子步数
LOAD STEP 1 SUBSTEP 14
ANSYS讲义-非线性分析
FORCE CONVERGENCE VALUE = 4.687
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
也就是每一迭代步的求解误差与前一步误差的平 方成正比。
XJTU
2) 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。
在这个接触例题中 ，接触面积未知， 它取决与施加载荷 的大小。
XJTU
非线性分析得到的结果
• 不能使用叠加原理! • 结构响应与路径有关，也就是说加载的顺序可能是
重要的。 • 结构响应与施加的载荷可能不成比例。
XJTU
非线性分析的应用
• 一些典型的非线性分析的应用包括：
– 非线性屈曲失稳分析 – 金属成形研究 – 碰撞与冲击分析 – 制造过程分析（ 装配、部件接触等） – 材料非线性分析 （弹性材料、聚合物） – 承受极限载荷的系统分析（塑性行为与动力响应）
• 力/力矩不平衡量 {R}
FORCE CONVERGENCE VALUE
• 最大的自由度增量 {u}
MAX DOF INC
• 力收敛判据
CRITERION
• 载荷步与子步数
LOAD STEP 1 SUBSTEP 14
ANSYS非线性分析
11.2 结构(jiégòu)非线性分析
➢ (4) Nonlinear标签
➢ Nonlinear标签局部(bù fen)选项及界面如表11-2及图11-4所示 。
第十六页，共204页。
11.2 结构(jiégòu)非线性分析
• 1.进入求解(qiú jiě)控制对话框 • GUI：【Main Menu】/【Solution】/【Analysis Type】/【Sol'n
Controls】 • 弹出求解(qiú jiě)控制对话框，如图11-1所示。此时的求解(qiú jiě)
用途 指定方程求解器 对于多重启动指定参数
第二十三页，共204页。
11.2 结构(jiégòu)非线性分析
图11-3 Sol'n Options标签(biāoqiān)界面
第二十四页，共204页。
11.2 结构(jiégòu)非线性分析
• ANSYS的自动求解控制在大多数情况下，激活稀疏矩阵直接求解器，即缺 省的求解器，其他选项包括(bāokuò)直接求解器和PCG求解器。对于在三 维模型中实体单元使用PCG求解器可能更快。假设用PCG求解器，而且是 小应变静力或完全瞬态分析，可以考虑用MSAVE命令降低内存应用。其他 情况，可用刚度矩阵的总体安装来求解。对于符合上述条件的结构，用 MSAVE,ON 可能可节省70%的内存，但求解时间可能增加，这与计算机的 配置和CPU速度有关。稀疏矩阵求解器是一个健壮的求解器。虽然PCG求 解器能够求解同样的矩阵方程，但在它碰到一个病态矩阵时，求解器将反 复指定的迭代数目，并在收敛失败时停止。在发生这种问题时，它触发二 分。在完成二分后，求解器继续求解，如果结果矩阵是良态的话，最后可 以求解整个非线性载荷步。稀疏矩阵求解器在梁、壳或者梁、壳、实体结 构，病态问题，不同区域材料特性相差巨大的模型以及位移边界条件缺乏 的情况下可得到满意解；PCG求解器在三维结构且自由度数相对较大时使 用。
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中非线性材料的定义
ANSYS中非线性材料的定义ANSYS中非线性材料的定义ANSYS中定义材料非线性包括如下步骤：1.定义材料的弹性模量（MP或MPDATA命令）；2.激活非线性材料属性表并定义（TB族命令，包括：TB + TBTEMP + TBDATA或TBPT等）即：ANSYS中材料非线性定义命令流：1.定义材料的弹性模量:①MP, ! (该命令中应含有材料号)或①MPTEMP,MPDATA, ! (该命令中应含有材料号, MPTEMP+MPDATA是连续的)2. 激活非线性材料属性表并定义②TB, ! (该命令中应含有材料号, 三个命令是连续的)TBTEMP,TBDATA,或②TB, ! (该命令中应含有材料号, 三个命令是连续的)TBTEMP,TBPT,详述如下：1. 利用MP或MPDATA命令定义材料的弹性模量MP,Lab,MAT,C0,C1,C2,C3,C4说明：定义材料的属性（Material Property），材料属性为固定值时，其值为C0，当随温度变化时，由后四个参数控制。
MAT：对应ET所定义的号码（ITYPE），表示该组属性属于ITYPE。
Lab：材料属性类别，任何元素具备何种属性在元素属性表中均有说明。
例如：杨氏系数（Lab=EX,EY,EZ），密度（Lab=DENS），泊松比（Lab=NUXY,NUXYZ,NUZX），剪切模数（Lab=GXY,GYZ,GXZ），热膨胀系数（Lab=ALPX,ALPY,ALPZ）等。
2. 利用TB命令激活非线性材料属性表，并利用TBTEMP及TBDATA或TBPT命令定义属性表中数据TB, Lab, mat, ntemp,npts,tbopt,eosopt 激活非线性材料特性表的定义TBTEMP,temp,kmod 为材料表定义温度值（每一个温度对应一个材料非线性公式或应力-应变曲线）TBDATA, stloc, c1,c2,c3,c4,c5,c6 给当前数据表定义数据或TBPT,oper, x,y 在应力-应变曲线上定义一个点上述两个命令要配合TB及TBTEMP使用。
AnsysWorkbench工程应用之——结构非线性（中）：材料非线性（1）弹塑篇
AnsysWorkbench工程应用之——结构非线性（中）：材料非线性（1）弹塑篇本文结合材料知识与工程应用，从理论到实践，从书本到实操、从动脑到动手，保姆式手把手介绍非线性材料本构使用方法！这也可能是您在网上能找到的关于Ansys Workbench非线性材料蕞啰嗦（xiangxi）的一篇基础性文章。
材料的应力应变关系一般用材料本构来表示，本构模型又称材料的力学本构方程，或材料的应力-应变模型，是描述材料的力学特性（应力-应变-强度-时间关系）的数学表达式。
Ansys Workbench提供了丰富的非线性材料本构，用户也可基于试验数据定义自己的非线性材料。
材料的响应与载荷或变形施加的速率无关的材料称为率不相关材料，如弹塑性、超弹性（橡胶等）、混凝土等材料，大多数金属在低温（≤30%左右的熔点）和低应变速率时，为率无关材料，通常所说的塑性也就是率无关塑性。
材料的响应与载荷或变形施加的速率相关的材料称为率相关材料，如蠕变、黏弹性材料等。
材料的应力应变曲线也称为材料的响应曲线，是通过材料试验得到的，主要材料试验有单轴试验、等双轴试验、平面剪切试验、体积试验、松散试验等。
最常见的为单轴试验，可以测试拉伸也可以测试压缩，下图为某些塑形材料单轴拉伸试验的工程应力应变曲线。
1 率无关塑形1.1 基本理论1.1.1 比例极限与屈服极限结构的塑性响应基于单轴实验结果获得。
通过单轴应力-应变实验，可以得到材料的比例极限、屈服极限（或弹性极限）、应变强化。
对于塑形材料，当应力小于比例极限时，材料呈现线性; 当应力小于屈服点时，材料呈弹性，载荷卸除后，所有应变可以完全恢复；当应力大于屈服点时，材料呈塑性，载荷卸除后，应变不能完全恢复。
由于比例极限和屈服点非常接近，有限元软件假设两者值相等。
1.1.2 应力应变的工程曲线与真实曲线您一定很好奇，为什么材料力学课本中的塑形材料σ-ε曲线有下降段，而有限元分析软件中设置塑形材料不定义下降段，这不是因为忽然误差，而是因为材料力学课本上使用的是工程σ-ε曲线，也称名义应力-应变曲线，而有限元计算中往往使用切线斜率直线代替真实σ-ε曲线，他们的关系如下图。
ANSYS非线性问题概述
1ANSYS非线性问题概述1.1 非线性有限元基本理论从一般的角度来说，固体力学中的所有现象都是非线性的。
对于许多工程实际问题，近似地用线性理论来处理可以使计算简单可行，并符合工程上的精度要求。
但是对于工程中的许多问题，如金属材料成形过程、切削加工过程、地震作用下结构的弹塑性动力响应、高层建筑抗风、超弹性材料不可压缩、薄壁结构失稳、装配体过盈接触等问题的研究，仅仅假设为线性问题是远远满足不了实际需求的，必须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显得日益迫切和重要了。
非线性系统的响应不是所施加载荷的线性函数，因此不能通过叠加来获得不同载荷情况的解答。
每种载荷情况都必须作为独立的分析进行定义和求解。
通常，把非线性问题分为三种类型：（1）材料非线性。
非线性的应力应变关系是结构非线性的常见原因，如弹塑性材料、超弹性材料等，许多因素都可以影响材料的应力应变性质，包括加载历史、温度、加载时间总量等。
（2）几何非线性。
如果结构经历大变形，则变化了的几何形状可能会引起结构的非线性响应，这又可以分为两类情形。
第一种情形，大挠度或大转动问题。
例如板、壳等薄壁结构在一定载荷作用下，尽管应变很小，甚至未超过弹性极限，但是位移较大，材料元素有较大的转动。
这时的平衡方程必须建立在变形后的构形上，同时应变表达式中应包括位移的二次项，从而平衡方程和几何方程都为非线性的。
第二种情形，大应变或有限应变问题。
例如金属成形过程的有限塑性变形，处理这类大应变问题，除了非线性的平衡方程和几何关系外，还需要引入相应的应力-应变关系。
（3）状态非线性。
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，一根只能受拉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。
1.1.1 弹塑性本构关系按性质分类，弹塑性问题应属于材料非线性问题。
ansys-材料属性中英文对照
ANSYS树形结构的材料模型库（第一级第二级第三级第四级第五级）Linear：材料的线性行为Elastic：弹性性能参数Isotropic：各向同性弹性性能参数Orthtropic：正交各向异性弹性性能参数Anisotropic：各向异性弹性性能参数Nonlinear：材料的非线性行为Elastic：非线性的弹性模型Hyperelastic：超弹材料模型（包含多个模型）Curve Fitting:通过材料实验数据拟合获取材料模型Mooney—Rivilin：Mooney—Rivilin模型（包含2 、3、5 与9 参数模型）Ogden：Ogden模型（包含1～5 项参数模型与通用模型）Neo—Hookean：Neo-Hookean模型Polynomial Form:Polynomial Form模型（包含1～5 项参数模型与通用模型）Arruda—Boyce：Arruda—Boyce：模型Gent：Gent模型Yeoh：Yeoh模型Blatz-Ko(Foam）：Blatz-Ko(泡沫）模型Ogden（Foam) Ogden：（泡沫)模型Mooney-Rivlin(TB，MOON)：Mooney—Rivlin（TB，MOON) 模型Multilinear Elastic：多线性弹性模型Inelastic:非线性的非弹性模型Rate Independent：率不相关材料模型Isotropic Hardening Plasticity:各向等向强化率不相关塑性模型Mises Plasticity:各向等向强化的Mises 率不相关塑性模型Bilinear:双线性模型Multilinear：多线性模型Nonlinear：非线性模型Hill Plasticity：各向等向强化的Hill 率不相关塑性模型Bilinear:双线性模型Multilinear：多线性模型Nonlinear:非线性模型Generalized Anisotropic Hill Potenial：广义各向异性Hill 势能率不相关模型Kinematic Hardening Plasticity：随动强化率不相关塑性模型Mises Plasticity:随动强化的Mises率不相关塑性模型Bilinear：双线性模型Multilinear（Fixed table):多线性模型Nonlinear（General）：非线性模型Chaboche Chaboche：模型Hill Plasticity：随动强化的Hill 率不相关塑性模型Bilinea：双线性模型Multilinear（Fixed table):多线性模型Nonlinear（General)：非线性模型Chaboche Chaboche:模型Combined Kinematic and Isotropic Hardening Plasticity：随动强化塑性与各向等向强化的率不相关塑性混合模型Mises Plasticity：等向强化的Mises 率不相关塑性模型Chaboche and Bilinear Isotropic:Chaboche模型与双线性等向强化混合模型Chaboche and Multilinear Isotropic：Chaboche模型与多线性等向强化混合模型Chaboche and Nonlinear Isotropic:Chaboche模型与非线性等向强化混合模型Hill Plasticity：各向等向强化的Hill 率不相关塑性模型Chaboche and Bilinear Isotropic：Chaboche模型与双线性等向强化混合模型Chaboche and Multilinear Isotropic:Chaboche模型与多线性等向强化混合模型Chaboche and Nonlinear Isotropic:Chaboche模型与非线性等向强化混合模型Rate dependent：率相关材料模型Visco—plasticity:粘塑模型Isotropic Hardening Plasticity：等向强化率相关塑性模型Mises Plasticity：等向强化的Mises 率相关塑性模型Bilinear:双线性模型Multilinear：多线性模型Nonlinear：非线性模型Hill Plasticity：等向强化的Hill 率相关塑性模型Bilinear:双线性模型Multilinear:多线性模型Nonlinear：非线性模型Anand’Model：Anand 模型Creep蠕变/徐变模型Creep only：蠕变模型Mises Potential：Mises 势蠕变模型Explicit：Mises 势显式蠕变模型Implicit：Mises 势隐式蠕变模型1：Strain Harding(Primary）2：Time Harding（Primary)3：Generalized Exponential(Primary）4: Generalized Graham(Primary)5：Generalized Blackburn(Primary)6：Modified Time Harding（Primary)7：Modified Strain Harding（Primary）8：Generalized Garofalo(Secondary）9: Exponential Foam(Secondary）10: Norton（Secondary）11：Time Harding(Primary+Secondary）12: Rational polynomial(Primary+Secondary)Hill Plasticity：Hill 塑性蠕变模型Implicit：Hill 塑性隐式蠕变模型（略，包含Creep only〉Mises Potential〉Implicit 相同模型）With Isotropic Hardening Plasticity：等向强化塑性蠕变模型With Mises Plasticity:Mises 等向强化塑性蠕变模型Bilinear：双线性蠕变模型Explicit：Mises 等向强化塑性的双线性显式蠕变模型Implicit:Mises 等向强化塑性的双线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only〉Mises Potential> Implicit相同模型)Multilinear：多线性蠕变模型Explicit Mises：等向强化塑性的多线性显式蠕变模型Implicit Mises:等向强化塑性的多线性隐式蠕变模型(略，包含Creep only〉Mises Potential> Implicit相同模型）Nonlinear:非线性蠕变模型Explicit Mises:等向强化塑性的非线性显式蠕变模型Implicit Mises:等向强化塑性的非线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only〉Mises Potential〉Implicit相同模型)With Hill Plasticity：Hill 等向强化塑性蠕变模型Bilinear:双线性蠕变模型Explicit：双线性显式蠕变模型Implicit:双线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only>Mises Potential> Implicit 相同模型）Multilinear：多线性蠕变模型Explicit:多线性显式蠕变模型Implicit:多线性隐式蠕变模型(略，包含Creep only〉Mises Potential〉Implicit 相同模型)Nonlinear:非线性蠕变模型Explicit：非线性显式蠕变模型Implicit:非线性隐式蠕变模型（略,包含Creep only〉Mises Potential> Implicit 相同模型）With Kinematic Hardening Plasticity:随动强化塑性蠕变模型With Mises Plasticity：Mises 随动强化塑性蠕变模型Bilinear：双线性蠕变模型Implicit Mises：随动强化塑性的双线性隐式蠕变模型(略,包含Creep only>Mises Potential〉Implicit相同模型)With Hill Plasticity：Hill 随动强化塑性蠕变模型Bilinear：双线性蠕变模型Implicit 双线性隐式蠕变模型（略，包含Creep only〉Mises Potential〉Implicit 相同模型）With Swelling：融涨模型Explicit:显式融涨模型Non—metal Plasticity:非金属塑性模型Concrete：混凝土模型Drucker—Prager：D-P 模型Failure Criteria：复合材料失效模型Gasket：垫片材料模型General Parameters:广义参数模型Compression:压缩模型Linear Unloading：线性卸载模型Nonlinear Unloading：非线性卸载模型Cast—Iron：铸铁材料模型Plasticity Poisson’s Ratio:广义参数模型Uniaxial Compression：单轴压缩模型Uniaxial Tension：单轴拉伸模型Shape Memory Alloy形状记忆合金Viscoelastic：非线性的粘弹模型Curve FittingMaxwell:Maxwell 模型Prony:Prony 模型Shear Response：剪切响应模型Volumetric Response：体积响应模型Shift Function:转换函数模型Density：材料的密度Thermal Expansion Coef:材料的热膨胀系数Isotropic:各向同性材料的热膨胀系数Orthtropic：正交各向异性材料的热膨胀系数Damping:材料的阻尼Friction Coefficient:材料的摩擦系数User Material Options:用户自定义材料模型。
ansys_非线性材料的定义
在使用经典的双线性随动强化时，可以分下面三步来定义材料特性。 • 1、 定义弹性模量 • 2、 激活双线性随动强化选项 • 3、 使用数据表来定义非线性特性
• 双线性等向强化（BIS0），也是使用双线性 来表示应力－应变曲线，在此选项中，等 向强化的Von Mises 屈服准则被使用，这个 选项一般用于初始各向同性材料的大应变 问题。需要输入的常数与BKIN选项相同。
• 其材料特性的定义步骤如下： • 1、 定义弹性模量 • 2、 定义MISO数据表 • 3、 为输入的应力－应变数据指定温度值 • 4、 输入应力－应变数据 • 5、 画材料的应力－应变曲线 • 与MKIN 数据表不同的是，MISO的数据表对不同的温度可以有不同
的应变值，因此，每条温度曲线有它自己的输入表。
•
TBTEMP，20
•
TBDATA，，300E6，370E6，380E6
•
TBTEMP，100
•
TBDATA，，250E6，310E6，330E6
• 多线性等向强化（MISO）使用多线性来表示使用Von Mises屈服 准则 的等向强化的应力－应变曲线，它适用于比例加载的情况和大应变分 析。
• 需要输入最多100个应力－应变曲线，最多可以定义20条不同温度下 的曲线。
屈服准则规定材料开始塑性变形的应力状态， 它是应力状态的单值度量(标量)，以便与单轴状态 比较，ANSYS主要使用Von.Mises屈服准则和Hill屈 服准则。
• Mises屈服准则(也称八面体剪应力或变形能准则)
可写为:
c y 0
式中， c为等效应力; y为屈服应力。
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非线性基本概念pak
外载荷 载荷步 (LS) 2 LS 1
子步
最新版ANSYS软件+视频教程+资料 /ansys
ANSYS TRAINING
用线性求解器进行非线性求解
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，并 不意味着实际的时间。 – 缺省情况下，在第一载荷步末时间 为1.0，在第二载荷步末时间为2.0， 以此类推。 – 对于率不相关分析，为方便起见， 可以设置时间为任何期望的值。
• 由于多重增量求解, 非线性分析出现历史响应.
历史响应动画
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历史曲线响应
ANSYS TRAINING
求解
... 基本概念
• ANSYS在载荷步内对所有子步线性插分载荷. • 对简单的“变值”载荷必须用多个载荷步定义载荷 历史.
• 我们将讨论非线性求解控制.
最新版ANSYS软件+视频教程+资料 /ansys
ANSYS TRAINING
非线性分析概述 … 一般非线性分析步骤
观察非线性结果有什么不同?
• 非线性结果可以包含在线性分析中遇不到的附加 结果项. 例如:
– 塑性应力和应变以及接触状态等.
初始点在收敛半径外部
初始点在收敛半径内部
最新版ANSYS软件+视频教程+资料 /ansys
ANSYS TRAINING
非线性概述
... 用线性求解器求解非线性
• 如果初始构形在收敛半径外部, 有两种技术可帮 助获得收敛解:
F F1 ustart u
F
ustart
ansys 非线性分析原理
ansys 非线性分析原理ANSYS中的非线性分析是指通过考虑材料的非线性行为、几何非线性和边界条件的非线性等因素，对结构进行分析和计算。
非线性分析的原理主要包括以下几个方面。
1. 材料的非线性行为：考虑到材料在受载作用下的非线性行为，一般采用弹塑性分析方法。
弹塑性材料在受力时会出现应力-应变曲线的非线性特征，这需要使用合适的本构模型来描述。
ANSYS中常用的本构模型有弹塑性模型、弹性模型等，根据问题的实际情况选择适当的本构模型进行分析。
2. 几何的非线性效应：当结构在受载作用下出现较大的变形时，就需要考虑几何非线性效应。
一般情况下，当结构的变形较小时可以忽略几何非线性，反之则需要进行几何非线性分析。
几何非线性的分析可通过使用大变形理论来描述结构的非线性变形，并进行相应的计算。
3. 边界条件的非线性效应：非线性分析还需要考虑边界条件的非线性效应。
在实际工程中，边界条件往往是随着结构的变形而变化的，如约束条件的变化、边界载荷的变化等。
这些非线性边界条件会对结构的响应产生影响，因此需要将其考虑在内进行非线性分析。
在ANSYS中进行非线性分析时，通常需要进行以下步骤：1. 定义材料的本构模型：选择合适的弹塑性模型或弹性模型，并设置相应的参数。
2. 构建几何模型：根据实际工程要求，构建结构的几何模型，并对其进行离散化，即将结构分割成有限元网格。
3. 施加边界条件和载荷：根据实际工况，为结构施加边界条件和载荷。
4. 求解非线性方程组：通过非线性方程的迭代求解方法，求解得到结构的非线性响应。
5. 分析结果的后处理：对求解得到的结果进行分析和后处理，获取所需的工程参数和信息。
总之，非线性分析在ANSYS中是通过考虑材料的非线性行为、几何的非线性效应和边界条件的非线性效应等因素，对结构进行全面分析和计算的方法。
ANSYS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。
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ANSYS中非线性材料的定义
ANSYS中定义材料非线性包括如下步骤：
1.定义材料的弹性模量（MP或MPDATA命令）；
2.激活非线性材料属性表并定义（TB族命令，包括：TB + TBTEMP + TBDATA或TBPT等）
即：ANSYS中材料非线性定义命令流：
1.定义材料的弹性模量:
①MP, ! (该命令中应含有材料号)
或①MPTEMP,
MPDATA, ! (该命令中应含有材料号, MPTEMP+MPDATA是连续的)
2. 激活非线性材料属性表并定义
②TB, ! (该命令中应含有材料号, 三个命令是连续的)
TBTEMP,
TBDATA,
或②TB, ! (该命令中应含有材料号, 三个命令是连续的)
TBTEMP,
TBPT,
详述如下：
1. 利用MP或MPDATA命令定义材料的弹性模量
MP,Lab,MAT,C0,C1,C2,C3,C4
说明：定义材料的属性（Material Property），材料属性为固定值时，其值为C0，当随温度变化时，由后四个参数控制。
MAT：对应ET所定义的号码（ITYPE），表示该组属性属于ITYPE。
Lab：材料属性类别，任何元素具备何种属性在元素属性表中均有说明。
例如：杨氏系数（Lab=EX,EY,EZ），
密度（Lab=DENS），
泊松比（Lab=NUXY,NUXYZ,NUZX），
剪切模数（Lab=GXY,GYZ,GXZ），
热膨胀系数（Lab=ALPX,ALPY,ALPZ）等。
2. 利用TB命令激活非线性材料属性表，并利用TBTEMP及TBDATA或TBPT命令定义属性表中数据
∙TB, Lab, mat, ntemp,npts,tbopt,eosopt 激活非线性材料特性表的定义
∙TBTEMP,temp,kmod 为材料表定义温度值（每一个温度对应一个材料非线性公式或应力-应变曲线）
∙TBDATA, stloc, c1,c2,c3,c4,c5,c6 给当前数据表定义数据
或TBPT,oper, x,y 在应力-应变曲线上定义一个点
上述两个命令要配合TB及TBTEMP使用。
在TB及TBTEMP后是用TBDATA还是TBPT，取决于TB 和TBTEMP中的相关选项，详见ANSYS帮助文档。
总的来说，TB确定了材料非线性属性表类型、意义和有几张表格（即有几个温度值）；TBTEMP确定温度值；TBDATA或TBPT确定与上述温度值对应的材料非线性公式或应力-应变曲线。
其中，TBPT仅用于TB中Lab项下KINH、MISO、MELAS或BH模型中的应力-应变曲线的定义，其余Lab项均用TBDATA。
参数说明：
Lab：材料特性表之种类（下述为常见的几种，其余的还有很多，详见ANSYS帮助文档）
Bkin: 双线性随动强化
Biso: 双线性等向强化
Mkin: 多线性随动强化(最多5个点)
Miso: 多线性等向强化（最多100个点）
Dp: dp模型
Mat：材料号
Ntemp：数据的温度数。
对于bkin: ntemp缺省为6 ；miso: ntemp缺省为1，最多20；biso: ntemp缺省为6，最多为6；
dp: ntemp, npts, tbopt 全用不上
Npts：对某一给定温度数据的点数
-----------------------------------------------------------------------
temp：温度值
kmod：缺省为定义一个新温度值。
如果是某一整数，则重新定义材料表中的温度值。
注意：此命令一发生，则后面的TBDATA和TBPT均指此温度，应该按升序
若Kmod为crit, 且temp为空，则其后的tbdata数据为solid46,shell99,solid191中所述破坏准则。
如果kmod为strain,且temp为空，则其后tbdata数据为mkin中特性。
-----------------------------------------------------------------------
stloc：所要输入数据在数据表中的初始位置，缺省为上一次的位置加1 。
每重新发生一次tb或tbtemp命令上一次位置重设为1，（发生tb后第一次用空闲此项，则c1赋给第一个常数）
oper：defi 定义一个点；dele 删除一个点
x,y：坐标。