非线性静力学分析
《夹层矩形板的非线性动静力学分析》范文
《夹层矩形板的非线性动静力学分析》篇一一、引言在现代工程结构中，夹层矩形板因其独特的力学性能和轻质高强的特点，广泛应用于建筑、桥梁、船舶等工程领域。
然而，随着工程结构日益复杂化，夹层矩形板在承受动态和静态载荷时表现出显著的非线性特性。
因此，对其非线性动静力学行为的研究显得尤为重要。
本文旨在通过理论分析和数值模拟的方法，对夹层矩形板的非线性动静力学行为进行深入研究。
二、非线性动力学理论基础夹层矩形板的非线性动力学分析涉及材料非线性、几何非线性和边界非线性等多个方面。
首先，材料非线性主要表现在夹层板的复合材料层间的应力-应变关系；其次，几何非线性则源于板的大变形和弯曲；最后，边界非线性则涉及支座条件和边界约束的非线性影响。
针对这些非线性因素，本文将采用有限元法进行动力学建模和分析。
三、动静载荷下的响应分析（一）静态载荷下的响应分析在静态载荷作用下，夹层矩形板主要承受压力和弯曲力。
通过有限元分析软件对夹层板进行建模，考虑材料非线性和几何非线性的影响，对夹层板在静态载荷下的位移、应力和变形进行计算和分析。
（二）动态载荷下的响应分析在动态载荷作用下，夹层矩形板将产生振动和冲击响应。
采用模态分析和瞬态动力学分析方法，研究夹层板在动态载荷下的振动特性和冲击响应。
通过分析不同频率和幅值的动态载荷对夹层板的影响，评估其动态性能和抗冲击能力。
四、数值模拟与结果分析（一）数值模拟方法采用有限元法对夹层矩形板进行数值模拟。
通过建立合理的有限元模型，考虑材料非线性和几何非线性的影响，对夹层板在动静载荷下的响应进行计算和分析。
同时，采用模态分析和瞬态动力学分析方法，对夹层板的振动特性和冲击响应进行深入研究。
（二）结果分析通过对数值模拟结果的分析，可以得出以下结论：1. 夹层矩形板在静态载荷作用下，位移和应力分布受材料非线性和几何非线性的影响显著；2. 在动态载荷作用下，夹层板的振动特性和冲击响应与动态载荷的频率和幅值密切相关；3. 通过优化夹层板的结构和材料性能，可以有效提高其动态性能和抗冲击能力。
《2024年夹层矩形板的非线性动静力学分析》范文
《夹层矩形板的非线性动静力学分析》篇一一、引言夹层矩形板作为现代工程中常用的结构之一，其在各类建筑物、机械和航空航天等领域得到了广泛的应用。
这种结构的特殊性使得其在受力过程中可能展现出非线性的行为。
因此，对其进行非线性的动静力学分析，对于确保其安全性和稳定性具有重要意义。
本文将详细介绍夹层矩形板的非线性动静力学分析方法，并通过实例进行验证。
二、夹层矩形板的结构特点夹层矩形板是一种由上下两层薄板和中间的夹心层组成的结构。
其结构特点使得它在承受载荷时具有较高的承载能力和较好的稳定性。
然而，由于材料非线性、几何非线性和接触非线性等因素的影响，夹层矩形板在受力过程中可能产生复杂的应力分布和变形行为。
三、非线性动静力学分析方法1. 材料非线性：夹层矩形板的材料非线性主要表现在其应力-应变关系上。
为了准确描述这种关系，我们采用了非线性弹性模型，如弹塑性模型、超弹性模型等。
通过实验数据，我们可以得到材料的应力-应变关系曲线，进而进行非线性分析。
2. 几何非线性：几何非线性主要表现在大变形和稳定性问题上。
我们采用了有限元法对夹层矩形板进行几何非线性分析。
通过建立有限元模型，我们可以得到夹层矩形板在不同载荷作用下的变形和应力分布情况。
3. 接触非线性：在夹层矩形板的实际使用过程中，可能存在与其他物体接触的情况。
为了考虑这种接触非线性的影响，我们采用了接触算法来描述不同物体之间的相互作用力。
通过计算接触力和位移的关系，我们可以得到夹层矩形板在接触过程中的非线性行为。
四、实例分析以一个具体的夹层矩形板为例，我们对其进行了非线性的动静力学分析。
首先，我们建立了有限元模型，并考虑了材料、几何和接触非线性的影响。
然后，我们通过实验数据得到了材料的应力-应变关系曲线，并进行了弹塑性分析。
接着，我们计算了夹层矩形板在不同载荷作用下的变形和应力分布情况，并分析了其稳定性和接触问题。
最后，我们将分析结果与实验数据进行对比，验证了我们的分析方法的准确性和可靠性。
大位移理论与小位移理论
线性小位移与非线性大位移胡文忠一、背景本例通过线性静力学分析与非线性静力学分析，比较小位移理论与大位移理论结果的差异，加深对这两个理论的理解，便于以后在实际工程问题中灵活应用。
有限元分析是在理论的基础上虚拟仿真现实工程，往往都存在相应的假设。
线性静力学假设：1.弹性假设—即材料在承载过程中应力和应变是线性关系，材料没有发生塑形变形，卸载后承载物体恢复到初始状态，没有残余应力应变。
2.小位移假设—要求结果的变形挠度远小于结构的截面尺寸，被认为结构的初始刚度K，与结构承受到最大载荷过程中任何时刻的▲K保持一致3.缓慢加载/卸载过程假设—即载荷在施加与去除过程视为一个很缓慢的过程，没有冲击作用力，整个过程满足静力平衡方程。
非线性静力学假设：1.缓慢加载/卸载过程假设—即载荷在施加与去除过程视为一个很缓慢的过程，没有冲击作用力，整个过程满足静力平衡方程。
区别于线性静力学，非线性静力学不同点在于非线性，而有限元的非线性主要表现为三方面：a)材料非线性：结构在承载过程中材料的应力应变曲线不是直线，而是多段线或者密集度比较高的离散点连接而成。
多用于工程中的冲击破坏、蠕变等问题b)几何非线性：结构的刚度在每个积分步都会进行更新，也就是计算过程中结构的刚度▲K，会因为载荷的作用而实时更新，一旦超出了结构的线性范围，▲K就不等于初始刚度K。
对于大位移、大应变、屈曲失稳等问题应用较多。
c)边界条件非线性：在工程实际中主要是接触问题，表现为不同零部件的相互作用，如齿轮的啮合、零件的装配等等。
本次分析主要是比较小位移分析与大位移分析的结果差异，故在非线性静力学分析中不考虑材料的非线性，线性静力学及非线性静力学中都设有接触关系。
二、比较分析本次分析采用同一个四面体网格模型，边界条件及材料设定都相同，只是采用的分析类别不同，一个是线性静力学，一个是非线性静力学。
1、模型1.应力云图：线性静力学应力结果与非线性静力学应力结果最大应力区域都集中在左边抗弯区域，线性静力学求解的结果稍大。
《夹层矩形板的非线性动静力学分析》范文
《夹层矩形板的非线性动静力学分析》篇一一、引言随着现代工程技术的不断发展，夹层矩形板作为一种典型的复合材料结构，在航空航天、船舶制造、建筑等领域得到了广泛应用。
由于其在承受动态和静态载荷时表现出复杂的非线性行为，因此对其非线性动静力学分析显得尤为重要。
本文旨在通过理论分析和数值模拟的方法，对夹层矩形板的非线性动静力学特性进行深入研究。
二、非线性动力学分析理论基础（一）非线性材料模型非线性材料模型是指材料的物理性质与所受的应力状态密切相关的模型。
对于夹层矩形板而言，其复合材料的特性决定了其非线性的表现。
通过采用非线性材料模型，我们可以更好地模拟实际材料的行为。
（二）控制方程及边界条件针对夹层矩形板的非线性动力问题，我们可以建立相应的偏微分方程，并考虑几何非线性和材料非线性的影响。
同时，结合实际工程中的边界条件，如固定端、自由端等，建立完整的数学模型。
三、动静力学分析方法（一）有限元法有限元法是一种常用的数值分析方法，通过对连续体进行离散化处理，将无限自由度的连续问题转化为有限自由度的离散问题。
在夹层矩形板的非线性动静力学分析中，我们可以采用有限元法对模型进行离散化处理，并利用相应的软件进行求解。
（二）实验验证为了验证理论分析的准确性，我们可以通过实验方法对夹层矩形板进行动态和静态载荷测试。
通过对比实验结果与理论分析结果，可以验证理论模型的正确性，并为后续的优化设计提供依据。
四、数值模拟与结果分析（一）模型建立与参数设置利用有限元软件建立夹层矩形板的模型，并设置相应的材料参数、边界条件等。
根据实际需求，设定动态和静态载荷条件，以模拟不同工况下的结构响应。
（二）结果分析通过数值模拟，我们可以得到夹层矩形板在动态和静态载荷作用下的位移、应力等响应数据。
对这些数据进行处理和分析，可以得出结构的非线性动静力学特性及影响因素。
同时，结合实验结果进行对比分析，验证理论模型的正确性。
五、结论与展望通过对夹层矩形板的非线性动静力学分析，我们得到了其复杂的非线性行为特性及影响因素。
第9章 非线性静力平衡方程组的解法
移近似值
{δ i+1}= {δi }+ {∆δ }i+1
（9-19）
式（9-17）即表示切线刚度迭代的策略，直至满足收敛为止。
2．迭代流程
切线刚度迭代法和割线刚度法都为变刚度的迭代法。切线刚度迭代法要求
混凝土的非线性应力应变关系具备下列形式
{dσ } = [Dt (ε )]{dε }
式中[Dt(ε)]为切线弹性矩阵，为应变的函数。 实施切线刚度迭代的具体步骤如下：
3．中点刚度增量法（又称为中点龙格－库塔法） 这种方法首先以上一增量步分析结束时的切线刚度和一半的当前荷载增
量 0.5{∆Ri}计算中点节点位移增量{∆δi－1/2}以及中点位移{δi－1/2}
[ ]{ K i−1 ∆δ i−1/
2}
=
1 2
{∆Ri
}
（9-11）
{δ i−1/ 2} = {δ i} + {∆δi−1/2}
（9-1）
[K(δ )] = ∑ ∫ [B]T [D(δ )][B]dV
（9-2）
从式中可以看出结构整体刚度矩阵[K(δ)]与节点位移{δ}相关，也就是说在
分析过程中，随着单元节点位移的变化，其弹性矩阵[D(δ)]也将发生变化，进
而结构整体刚度矩阵中的元素也在不断发生着变化，以体现材料非线性所带
来结构性能的变化。针对钢筋混凝土结构而言，其具体体现为混凝土的开裂
二、切线刚度迭代法
1．方法描述
假设式的真实解为{δ*}，则非平衡力为零（由虚位移原理推导出来），式
（9-13）即变为
{Ψ(δ * )}= 0
（9-15）
若有一组近似解{δi}，将上式在{δi}处进行泰勒展开并舍去高阶项，则得
浅谈结构非线性静力分析法之Pushover分析法
浅谈结构非线性静力分析法之Pushover分析法摘要：结构抗震设计方法较多，静力非线性分析法是比较成熟的一种，我国已普遍采用，本人对Pushover分析法进行了详细的剖析。
关键字：抗震设计、静力非线性分析法、Pushover分析法Abstract: the seismic design method of structure is more, static nonlinear analysis method is a more mature, has been commonly used in our country, I for the Pushover method were analyzed in detail.Keywords: seismic design, non-linear static analysis method, Pushover analysis methodPushover 分析法在国外应用较早，上世纪80年代初期在一些重要的刊物上就有论文采用过这种方法。
进入90年代以后，国际抗震工程界提出了基于性能的抗震设计（PBSD）的新概念，这个概念的提出成为了工程抗震发展史上的一个重要的里程碑。
Pushover 分析法作为实现基于性能的抗震设计的重要方法，其研究逐渐深入，应用也逐渐得到推广。
该方法引入我国后，很快得到了大家的普遍重视与应用。
在我国《建筑抗震设计规范》的修订过程中，有些专家就提出了将Pushover 分析法引入规范的想法，只是最后在提法上明确没有采用这个词。
Pushover分析法的早期形式是“能力谱方法”(Capacity Spectrum Method CSM)，基于能量原理的一些研究成果，试图将实际结构的多自由度体系的弹塑性反应用单自由度体系的反应来表达，初衷是建立一种大震下结构抗震性能的快速评估方法。
从形式上看，这是一种将静力弹塑性分析与反应谱相结合、进行图解的快捷计算方法，它的结果具有直观、信息丰富的特点。
ansys学习非线性静态分析实例
a n s y s学习非线性静态分析实例Revised by Chen Zhen in 2021ansys学习－非线性静态分析实例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Von Mises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= (杨氏模量）DENS= （密度）NUXY=（泊松比）Yield Strength=（屈服强度）Tangent Modulus （剪切模量）下列尺寸应用于这个问题：长=-3m直径=-3m对于这个问题的初始速度是。
图1铜圆柱体图解求解步骤：步骤一：设置分析标题1、选择菜单路径：Utility Menn>File>ChangeTitle。
2、键入文字“Coppery Cylinder Impacting a Rigid Wall”3、单击OK。
步骤二：定义单元类型1、选择菜单路径Mail Menu>Preprocessor>Element Type>All/Edit/Delete。
2、单击Add。
Library of Element Types(单元类型库）对话框出现。
3、在靠近左边的列表中，单击“Visio Solid”仅一次。
4、选靠近右边的列表中，单击“4node Plas 106”仅一次。
5、单击OK。
Library of Element Types 对话框关闭。
6、单击Options (选项）。
VISCO106 element type Options(visco106单元类型选项）对话框出现。
高速精密机床用陶瓷球轴承非线性静力学分析
个 物体 的运 动 以及接 触 发生后 这 些物 体之 间 的相 互作 用 ． 同 时 包 括 正 确 模 拟 接 触 面 之 间 的 摩 擦 行 为 和 可 能
存在 的接触 间 隙传热 关 于接 触 问题 的分 析 主要 有拉
本 文 以 Ｂ７ ０ Ｃ 混 合 陶 瓷 球 轴 承 为 研 究 对 象 ． ０５ 分 析 了 轴 承 的 静 载 荷 及 轴 承 中 内 外 圈 与 滚 动 体 的 接 触 问 题 ． 然 后 运 用 ＡＮＳ ／ Ｓ ＤＹＮＡ 计 算 了 在 不 同 轴 向 载 ＹＳＬ —
关键词 ： 瓷球轴承 陶 赫 兹 接触 理 论 静 力学 有 限元
中 图 分 类 号 ： Ｈ１３３ Ｈ１ ５１１ Ｔ ３ ＿Ｔ ４ ．＋ ：
文献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：００ ４ ９ （０ 】０ — ０ ３ ０ １０ — ９ ８２ １） ７ ０ ６ — ３
Ａｂ ｔ ａ ｔ ａ ｅ ｎ ｍｏ ｅ ｉ ｌ ｃ ｔ ｎ ｎ ｏ ｎ ａ ｙ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓａ ｓ ｍｐ ｉ ｎ ， ｈ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉｎ ｌｇ ｏ ｔｉ ｍｏ ｅ ｆ ｓｒ ｃ ：Ｂ ｓ ｄ ｏ ｄ ｌｓｍｐ ｉ ａ ｉ ｓａ ｄ ｂ ｕ ｄ ｒ ｏ ｄ ｔ ｎ ｓｕ ｔ ｓ ｔ ｅ ｔ ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｅ ｍｅ ｒ ｄ ｌｏ ｉ ｆ ｏ ｉ ｏ ｃ
陶 瓷 球 轴 承 是 高 速 精 密 机 床 中 的 关 键 部 件 ，直 接 影 响机 床主 轴 的受力 和 变形 ， 定 了机床 的加 工 精度 。 决 现 代 加 工 中 心 的 主 轴 最 高 转 速 已 由过 去 的 ５０ ０ｒ ｎ ０ ／ ｍｉ
ｒ ２９ ．７ ｍｍ 。 为 了 求 解 方 便 ， 模 时 采 用 对 称 模 型 ， ： 建 忽 略 保 持 架 的 存 在 ． 果 如 图 １所 示 。 结
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。
大跨度斜拉桥非线性静力分析12
(11)
由 5 П/ 5 ai = 0 ( i = 1 , 2 , …, n) 得 :
n
Mm
M
∑ ∑∑ ∑ ( Kbij + KNij b + K1ij1) aj -
K1r2ijbrj +
λir R r = Q i + Tcvi
j =1
r=1 j =1
r =1
由 5 П/ 5 brj = 0 ( j = 1 , 2 , …, m ; r = 1 , 2 , …, M ) 得 :
kco lk
sθkψrj
(
yk)
,
∑∑ ∑∫ ∑ M ncr
Tcvi =
r=1 k =1
EcA
kΔl k0
lk
si
nθkφi
(
xk)
,
Qi
=
nu j =1
L j2 qφj i ( x ) d x + ncl Pφj i ( x pj)
L j1
j =1
1. 4 利用变分原理求几何非线性方程
斜拉桥体系的变形处于平衡状态 , 应满足势能驻值原理δΠ = 0.
u r ( y) , 以向右位移为正. 斜拉桥总势能为[2 , 3 ] :
П = Пb + Пp + Пc + Пl
(1)
①主梁势能 :
∫ ∑ Пb =
l 0
1 2
Eb I b
d2 w d x2
2
+
1 2
Nb
dw dx
2
M
d x + R rw ( lbr)
r =1
(2)
式中 , 最后一项为使梁函数在桥墩处满足挠度 w ( lbr) = 0 而引进的拉氏乘子项. R r 是乘子 , 对应于桥塔
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:。
ABAQUS培训5分析步接触和载荷
ABAQUS培训5分析步接触和载荷一、分析步分析步是指有限元分析过程中的时间或负荷变化。
ABAQUS中的分析可以分为静力学和动力学两种类型。
静力学分析步只涉及到几何非线性，而动力学分析步还需要考虑时间非线性。
1.静力学分析步静力学分析步通常用于研究结构在静止状态下的响应。
在ABAQUS中，静力学分析步可以分为线性和非线性两种类型。
-线性静力学分析步：结构在该步骤中的响应是线性的，不考虑材料和几何的非线性影响。
这种类型适用于小变形和线弹性材料。
-非线性静力学分析步：结构在该步骤中的响应可能涉及材料的非线性（如塑性变形）和几何的非线性（如大变形）等。
这种类型适用于大变形和非线弹性材料。
2.动力学分析步动力学分析步用于研究结构在时间上的响应。
ABAQUS中的动力学分析可以分为随机载荷和非随机载荷两种类型。
-随机载荷分析步：通过对结构施加随机载荷，研究结构的动态响应。
在ABAQUS中，可以定义不同的随机载荷，并对这些载荷施加到结构上。
-非随机载荷分析步：通过对结构施加已知的非随机载荷，研究结构的动态响应。
非随机载荷可以是恒定的或者变化的。
二、接触接触分析是指模拟两个或多个物体之间的接触行为。
接触问题在实际工程问题中十分常见，如零件之间的摩擦、密封件的接触等。
ABAQUS中的接触问题可以通过定义接触属性和接触条件来解决。
1.接触属性接触属性包括摩擦系数、间隙、刚度等参数。
通过定义接触属性，可以模拟接触界面的物理行为，如有无摩擦、有无间隙等。
2.接触条件接触条件是指在接触问题中需要满足的条件。
ABAQUS中可以定义各种接触条件，如接触对（包括主-从接触对和支撑接触对）、接触方式（面对面、点对面、面对线等）等。
三、载荷载荷是指施加到结构上的力、热、压力等作用。
在ABAQUS中，可以通过定义载荷的方式来施加不同类型的载荷。
1.力载荷力载荷是指施加到结构上的力。
ABAQUS中可以定义不同类型的力载荷，如点力、面力、体力等。
《夹层矩形板的非线性动静力学分析》
《夹层矩形板的非线性动静力学分析》篇一一、引言随着现代工程技术的不断进步，夹层矩形板作为一种典型的复合材料结构，在航空航天、船舶制造、建筑等领域得到了广泛应用。
其结构特性决定了其在实际应用中必须承受复杂的动静态载荷。
因此，对夹层矩形板的非线性动静力学分析显得尤为重要。
本文旨在通过理论分析和数值模拟，对夹层矩形板的非线性动静力学行为进行深入研究。
二、理论背景夹层矩形板是一种由两层薄板夹一层芯材组成的复合结构，其力学性能受到材料特性、几何尺寸、边界条件等多种因素的影响。
非线性动静力学分析主要涉及材料非线性、几何非线性和边界非线性等方面。
其中，材料非线性主要考虑的是材料的应力-应变关系；几何非线性则主要考虑大位移、大转动等引起的结构几何形状的变化；边界非线性则与边界条件的变化有关。
三、模型建立在建立夹层矩形板的非线性动静力学分析模型时，需要考虑以下因素：1. 材料模型：根据实际需要，选择合适的材料模型，如弹性模型、塑性模型等。
2. 几何模型：根据实际结构尺寸，建立夹层矩形板的几何模型。
3. 边界条件：根据实际边界条件，设置模型的约束和载荷。
4. 网格划分：对模型进行合理的网格划分，以提高计算精度。
四、动静力学分析1. 静态分析：通过有限元方法，对夹层矩形板在静态载荷作用下的应力、位移等参数进行计算，分析结构的承载能力和稳定性。
2. 动态分析：采用模态分析、谐响应分析等方法，对夹层矩形板在动态载荷作用下的振动特性、响应等进行研究。
3. 非线性分析：考虑材料非线性、几何非线性等因素，对夹层矩形板在复杂载荷作用下的非线性行为进行分析。
五、结果与讨论通过理论分析和数值模拟，得到以下结果：1. 在静态载荷作用下，夹层矩形板的应力分布和位移变化规律清晰可见，结构的承载能力和稳定性得到验证。
2. 在动态载荷作用下，夹层矩形板的振动特性和响应情况得到充分体现，为结构的动态设计和优化提供依据。
3. 在非线性载荷作用下，夹层矩形板表现出明显的非线性行为，需要综合考虑材料非线性、几何非线性等因素的影响。
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非线性静力分析
ANSYS 理论与工程应用
5-1
Material Nonlinear Static Analysis I Steel Cylinder Under Compression Parameters: E=210e9, μ=0.28, σs=200e6 (bilinear material) h=30e-3, d=20e-3 displacement load=4.5e-5
ANSYS 理论与工程应用
5-4
注意： 1.使用beam188单元进行模拟，会出 现节点载荷过大的情况，计算不能完 成。
2.使用solid单元进行模拟，将集中 力加在node上，可以完成计算。
ANSYS 理论与工程应用
5-5
节点位移
ANSYS 理论与工程应用
5-6
练习2 矩形截面简支梁跨中承受铅垂向下的集 中力F作用。E=7e4Pa, μ=0.325, h=0.5m, b=0.3m, L=5m
4 Uniaxial crushing stress (positive). (C35:16.7Mpa)
5 Biaxial crushing stress (positive).
6 Ambient hydrostatic stress state for use with constants 7 and 8.
9 Stiffness multiplier for cracked tensile condition, used if KEYOPT(7) = 1 (defaults to 0.6).
ANSYS 理论与工程应用
5-12
Strain Stress(Pa)
7.857e-4
55
5.75e-3
理论力学中的非线性静力分析方法是什么？
理论力学中的非线性静力分析方法是什么？在理论力学的广袤领域中，非线性静力分析方法是一个至关重要却又颇具挑战性的研究方向。
当我们面对复杂的力学系统和结构时，线性分析往往无法准确捕捉其真实的力学行为，这时非线性静力分析方法就成为了我们揭示真相的有力工具。
那么，到底什么是非线性静力分析方法呢？简单来说，它是一种用于研究物体或结构在静力作用下，其力学响应呈现非线性特征时的分析手段。
要理解非线性静力分析方法，首先得明白什么是“非线性”。
在力学中，如果一个系统的响应与施加的荷载不成正比关系，那么我们就称其为非线性系统。
比如说，一根弹簧，在其弹性限度内，拉伸的长度与施加的力成正比，这就是线性关系。
但当拉伸超过弹性限度，弹簧的变形就不再与力成正比，这就是非线性了。
非线性静力分析方法与线性静力分析方法最大的不同在于，它需要考虑更多复杂的因素。
在线性分析中，我们可以使用简单的数学公式和方程来描述系统的行为，但在非线性分析中，这些简单的公式就不再适用了。
非线性静力分析方法的应用场景非常广泛。
在建筑结构设计中，比如大型桥梁、高层建筑等，材料的非线性特性（如混凝土的开裂、钢筋的屈服等）会对结构的承载能力和稳定性产生重要影响。
通过非线性静力分析，工程师可以更准确地评估结构在极端荷载下的性能，确保其安全性。
在机械工程领域，例如汽车零部件的设计，发动机部件在高温、高压等恶劣条件下的变形和应力分布往往是非线性的。
运用非线性静力分析方法，可以优化零部件的设计，提高其可靠性和使用寿命。
在航空航天领域，飞机机翼在气流作用下的变形、火箭发动机喷管在高温燃气作用下的热膨胀等，都需要通过非线性静力分析来精确预测和设计。
实现非线性静力分析的方法有多种。
其中一种常见的是材料非线性分析。
这意味着要考虑材料本身的非线性特性，比如材料的塑性变形、蠕变、损伤等。
通过建立合适的材料本构模型，来描述材料在不同应力和应变状态下的力学行为。
几何非线性分析也是重要的一类。
静力非线性分析概论
2.6 非线性静力分析的主要目的通过静力非线性分析主要可以得到：(1) 得到结构在水平荷载作用时内力和变形的全过程，得到结构的最大承载能力和极限变形能力，即基底最大剪力-顶点最大位移，包括楼层位移、层间位移角和顶点位移等重要指标，可以估计相对与设计荷载而言的结构承载力的安全储备大小。
(2) 得到结构首次出现塑性铰位置和各个阶段的塑性铰出现先后顺序和对应的分布状态，可以判断结构是否符合强柱弱梁、强剪弱弯等设计要求，根据塑性铰可以判断结构的薄弱层。
(3) 得到结构在不同的受力阶段下楼层侧移和层间位移角沿高度的分布，校核最大层间位移角是否满足相关规范中规定的结构在多遇地震和罕遇地震作用下的最大层间位移角限值，并结合塑性铰的分布情况可以检查是否存在薄弱层。
(4) 得到结构在不同受力阶段时各部分塑性内力重分布的情况，结合塑性铰先后出现的顺序及分布，进而检查设计的多道设防意图是否能够实现。
(5) 得到结构在每一层的层剪力-层间位移角曲线，可以作为弹塑性层模型时程分析需要的各层等效层刚度。
(6) 得到结构总承载力-顶点位移曲线，它综合表示结构在各个受力阶段的能力和性能。
经过转换，把弹塑性分析得到的结构性能曲线称为“能力曲线”。
可与“需求曲线”进行比较，地震反应谱曲线可以作为“需求曲线“。
如果“需求曲线”和“能力曲线”有交点，则表示结构可以抵抗该地震，交点称为“结构性能表现点”，交点对应的位移就是结构在地震作用下的顶点位移，对该位移处结构的各项性能进行分析，可以得到结构在地震作用下的表现。
如果“需求曲线”和“能力曲线”没有交点，则表示该结构抵抗地震的能力不足，结构不合格。
参考文献：西安科技大学（硕士学位论文）==人字形支撑钢框架结构弹塑性受力性能分析。
【ANSYSWorkbench仿真】非线性静力学分析（三）：材料非线性分析
【ANSYSWorkbench仿真】非线性静力学分析（三）：材料非线性分析contents•o材料非线性o▪超弹性本构模型▪▪Engineering Data 设置▪▪points▪材料本构参数▪蠕变▪相关单元技术▪单元中节点▪▪Kept（保留）OR Dropped（取消）材料非线性在应力水平低于比例极限时，应力应变关系为线性关系，超过这一极限后，应力应变关系为非线性关系，表现为非弹性或塑性（应变不可恢复状态）某种材料的应力应变曲线，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、松弛试验等。
超弹性本构模型超弹性(hyperelastic) 是指材料存在一个弹性势能函数，该函数是应变张量的标量函数，其对应变分量的导数是对应的应力分量，在卸载时应变可自动恢复的现象。
应力和应变不再是线性对应的关系，而是以弹性能函数的形式一一对应。
一般应有三种试验数据：单轴拉伸、双轴拉伸及平面拉伸Engineering Data 设置points•建立至少两倍于需要计算材料本构参数数目的数据点，同时需要考虑滞后等效应；•如果仅有单轴拉伸数据，则不能生成承受大剪切的模型；•试验数据应该包括全部关注的应变范围，如果只有0～100%应变的测试数据，则不能生成承受150%应变的模型，外推数据会产生极大的误差。
材料本构参数•Mooney-Rivlin 2 Parameter：拉应变为100%，压应变为30%，对于大应变，越高阶选项，精度越高。
•Neo-Hookean：应变能最简单的形式，可用应变范围为20%～30%。
•Arruda-Boyce：应变范围为300%。
Gent：应变范围为300%。
Blatz-Ko：描述可压缩泡沫橡胶材料的最简单形式。
•Polynomial 1st Order：与Mooney-Rivlin本构类似，等效于Mooney-Rivlin 2 Parameter•Yeoh 1st Order：一种缩减多项式超弹性本构，一阶等效于Neo-Hookean。
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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。
设置其他求解控制选项
1.应力刚化效应
如果确信忽略应力刚化对结果影响不大，可以设置关掉应力刚化（SSTIF,OFF），否则应该打开。
命令方式：SSTIF
GUI方式：Main Menu-Solution-Unabridged Menu-Analysis Type-Analysis Options
2.Newton-Raphson选项
ANSYS通常选择全牛顿-拉普森方法，关掉自适应下降选项。
但是，对于考虑摩擦的点-点接触、点-面接触单元，通常需要打开自适
应下降选项，例如，单元PIPE20、BEAM23、BEAM24和PIPE60。
命令方式：NROPT
GUI：Main Menu-Solution-Unabridged Menu-Analysis Type-Analysis Option。
3.蠕变准则
如果机构有蠕变效应，可以对自动时间步长调整（如果自动时间步长调整“AUTOTS”是关掉的，该蠕变准则无效）指定蠕变准则“CRPLIM，CRCR，Option”。
程序会计算蠕变应变增量跟弹性应变增量的比值。
如果上一步的比值大于指定的蠕变准则CRCR，程序会减小下一步的时间步长；如果小于蠕变准则，就加大时间步长。
时间步长的调整还与方程迭代数、是否接近状态变化点和塑性应变增量有关。
对于显示蠕变（Option=0），如果上述比值大于稳定界限0.25并且时间步长已经调整到最小，程序会终止求解并报错。
这个问题可以通过设置足够小的最小时间步长DELTIM和NSUBST来解决。
对于隐式蠕变（Option=1），默认时没有最大蠕变界限，当然，可以人为指定。
命令方式：CRPLIM
GUI：Main Menu-Solution-Unabridged Menu-Load Step Opts-Nonlinear-Creep Criterrion。