靜力分析ansys

1、1 2 3 1 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析是有限元分析方法最常用的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。是有限元分析方法最常用的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)這個(gè)術(shù)語(yǔ)是一個(gè)廣義的概念，它包括這個(gè)術(shù)語(yǔ)是一個(gè)廣義的概念，它包括土木工程土木工程 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，如橋梁和建筑物；，如橋梁和建筑物；汽車結(jié)構(gòu)汽車結(jié)構(gòu)，如車身骨架；，如車身骨架； 海洋結(jié)構(gòu)海洋結(jié)構(gòu)，如船舶結(jié)構(gòu)；，如船舶結(jié)構(gòu)；航空結(jié)構(gòu)航空結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)機(jī)身等；，如飛機(jī)機(jī)身等； 同時(shí)還包括同時(shí)還包括機(jī)械零部件機(jī)械零部件，如活塞，傳動(dòng)軸等等。，如活塞，傳動(dòng)軸等等。 在在ANSYS產(chǎn)品家族中有七種結(jié)構(gòu)分析的類型。結(jié)構(gòu)產(chǎn)品家族中有七種結(jié)構(gòu)分析的類型。結(jié)構(gòu) 分析中計(jì)算得出的基本未知量（節(jié)點(diǎn)自由度）是

2、分析中計(jì)算得出的基本未知量（節(jié)點(diǎn)自由度）是位位 移移，其他的一些未知量，如，其他的一些未知量，如應(yīng)變應(yīng)變，應(yīng)力應(yīng)力，和，和反力反力可可 通過(guò)節(jié)點(diǎn)位移導(dǎo)出。通過(guò)節(jié)點(diǎn)位移導(dǎo)出。 Definition 4 靜力分析靜力分析-用于求解靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力等。靜力分析用于求解靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力等。靜力分析 包括線性和非線性分析。而非線性分析涉及塑性，應(yīng)力剛化，大包括線性和非線性分析。而非線性分析涉及塑性，應(yīng)力剛化，大 變形，大應(yīng)變，超彈性，接觸面和蠕變。變形，大應(yīng)變，超彈性，接觸面和蠕變。 模態(tài)分析模態(tài)分析-用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)。用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)。 諧波分析諧波

3、分析-用于確定結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間正弦變化的載荷作用下的響應(yīng)。用于確定結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間正弦變化的載荷作用下的響應(yīng)。 瞬態(tài)動(dòng)力分析瞬態(tài)動(dòng)力分析-用于計(jì)算結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間任意變化的載荷作用下的響應(yīng)，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間任意變化的載荷作用下的響應(yīng)， 并且可計(jì)及上述提到的靜力分析中所有的非線性性質(zhì)。并且可計(jì)及上述提到的靜力分析中所有的非線性性質(zhì)。 譜分析譜分析-是模態(tài)分析的應(yīng)用拓廣，用于計(jì)算由于響應(yīng)譜或是模態(tài)分析的應(yīng)用拓廣，用于計(jì)算由于響應(yīng)譜或PSD輸入輸入 （隨機(jī)振動(dòng)）引起的應(yīng)力和應(yīng)變。（隨機(jī)振動(dòng)）引起的應(yīng)力和應(yīng)變。 曲屈分析曲屈分析-用于計(jì)算曲屈載荷和確定曲屈模態(tài)。用于計(jì)算曲屈載荷和確定曲屈模態(tài)。ANSYS可進(jìn)行

4、線性可進(jìn)行線性 （特征值）和非線性曲屈分析。（特征值）和非線性曲屈分析。 顯式動(dòng)力分析顯式動(dòng)力分析-ANSYS/LS-DYNA可用于計(jì)算高度非線性動(dòng)力學(xué)和復(fù)可用于計(jì)算高度非線性動(dòng)力學(xué)和復(fù) 雜的接觸問(wèn)題。雜的接觸問(wèn)題。 Guidelines 5 此外，前面提到的七種分析類型還有如下特殊的應(yīng)用：此外，前面提到的七種分析類型還有如下特殊的應(yīng)用： 斷裂力學(xué) 復(fù)合材料 疲勞分析 p-Method 結(jié)構(gòu)分析所用的單元：絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)分析所用的單元：絕大多數(shù)的ANSYS單元類型可用于結(jié)構(gòu)分單元類型可用于結(jié)構(gòu)分 析，單元類型從簡(jiǎn)單的桿單元和梁?jiǎn)卧恢钡捷^為復(fù)雜的層合殼析，單元類型從簡(jiǎn)單的桿單元和梁?jiǎn)卧恢钡捷^

5、為復(fù)雜的層合殼 單元和大應(yīng)變實(shí)體單元。單元和大應(yīng)變實(shí)體單元。 Guidelines 6 7 靜力分析靜力分析計(jì)算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，計(jì)算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的效應(yīng)， 它不考慮慣性和阻尼的影響，如結(jié)構(gòu)受隨時(shí)間變化載它不考慮慣性和阻尼的影響，如結(jié)構(gòu)受隨時(shí)間變化載 荷的情況。可是，靜力分析可以計(jì)算那些固定不變的荷的情況?？墒?，靜力分析可以計(jì)算那些固定不變的 慣性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響（如重力和離心力），以及那慣性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響（如重力和離心力），以及那 些可以近似為等價(jià)靜力作用的隨時(shí)間變化載荷（如通些可以近似為等價(jià)靜力作用的隨時(shí)間變化載荷（如通 常在許多建筑規(guī)范中所定義的等價(jià)靜力風(fēng)載

6、和地震載常在許多建筑規(guī)范中所定義的等價(jià)靜力風(fēng)載和地震載 荷）。荷）。 Definition 8 靜力分析用于計(jì)算由那些不包括慣性和阻尼效應(yīng)的靜力分析用于計(jì)算由那些不包括慣性和阻尼效應(yīng)的 載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移，應(yīng)力，應(yīng)變載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移，應(yīng)力，應(yīng)變 和力。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定；即假定和力。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定；即假定 載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。靜力分載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。靜力分 析所施加的載荷包括：析所施加的載荷包括： 外部施加的作用力和壓力外部施加的作用力和壓力 穩(wěn)態(tài)的慣性力（如重力和離心力）穩(wěn)態(tài)的慣性力（如重力和離心

7、力） 位移載荷位移載荷 溫度載荷溫度載荷 Definition 9 靜力分析既可以是線性的也可以是非線性的。靜力分析既可以是線性的也可以是非線性的。非非 線性靜力分析線性靜力分析包括所有的非線性類型：大變形，塑包括所有的非線性類型：大變形，塑 性，蠕變，應(yīng)力剛化，接觸（間隙）單元，超彈性性，蠕變，應(yīng)力剛化，接觸（間隙）單元，超彈性 單元等。本節(jié)主要討論線性靜力分析，非線性靜力單元等。本節(jié)主要討論線性靜力分析，非線性靜力 分析在下一節(jié)中介紹分析在下一節(jié)中介紹. Definition 10 1建模建模 2施加載荷和邊界條件，求解施加載荷和邊界條件，求解 3. 結(jié)果評(píng)價(jià)和分析結(jié)果評(píng)價(jià)和分析 11 1

8、2 在日常生活中在日常生活中,會(huì)經(jīng)常遇到會(huì)經(jīng)常遇到結(jié)構(gòu)非線性。結(jié)構(gòu)非線性。 例如，無(wú)論何時(shí)用釘書針釘書，金屬釘書釘例如，無(wú)論何時(shí)用釘書針釘書，金屬釘書釘將將永久永久 地彎曲成一個(gè)不同的形狀地彎曲成一個(gè)不同的形狀 (圖圖11(a) 。 如果你如果你在在一個(gè)木架一個(gè)木架上放置上放置重物，隨著時(shí)間的遷移它重物，隨著時(shí)間的遷移它 將越來(lái)越下垂。將越來(lái)越下垂。(圖圖11(b)。 當(dāng)當(dāng)在在汽車或卡車上汽車或卡車上裝貨時(shí)裝貨時(shí)，它的，它的輪胎輪胎和下面路面間和下面路面間 接觸接觸將將隨隨貨物重量而變化貨物重量而變化 (看圖看圖11) 。 如果如果將上面例子所載荷變形曲線畫出來(lái)將上面例子所載荷變形曲線畫出來(lái),

9、你將發(fā)現(xiàn)你將發(fā)現(xiàn) 它們都顯它們都顯示了非線性結(jié)構(gòu)的基本特征示了非線性結(jié)構(gòu)的基本特征-變化的結(jié)變化的結(jié) 構(gòu)剛性構(gòu)剛性. Definition 13 圖11 非線性結(jié)構(gòu)行為的普通例子 14 引起結(jié)構(gòu)非線性的原因很多引起結(jié)構(gòu)非線性的原因很多，它可以被分成三種主要，它可以被分成三種主要 類型：類型： 狀態(tài)變化狀態(tài)變化（包括接觸）（包括接觸） 幾何非線性幾何非線性 材料非線性材料非線性 Procedure 1. . 2. . 3. . 15 16 許多普通結(jié)構(gòu)許多普通結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一種表現(xiàn)出一種與狀態(tài)相關(guān)的非線性行為與狀態(tài)相關(guān)的非線性行為,例例如，如， 一根只能拉伸的一根只能拉伸的電纜可能是松散的電纜可能是

10、松散的,也可能是繃緊的。軸也可能是繃緊的。軸 承套可能是接觸的承套可能是接觸的,也可能是不接觸的也可能是不接觸的。凍土可能是凍結(jié)凍土可能是凍結(jié) 的的,也可能是融化的。這些系統(tǒng)的剛度由于系統(tǒng)狀態(tài)的改也可能是融化的。這些系統(tǒng)的剛度由于系統(tǒng)狀態(tài)的改 變?cè)诓煌闹抵g突然變化。變?cè)诓煌闹抵g突然變化。狀態(tài)改變也許和載荷直接狀態(tài)改變也許和載荷直接 有關(guān)（如在電纜情有關(guān)（如在電纜情況中），況中）， 也可能由某種外部原因引起也可能由某種外部原因引起 （如在凍土中的紊亂熱力學(xué)條件）。（如在凍土中的紊亂熱力學(xué)條件）。ANSYS程序中單元程序中單元 的激活與殺死選項(xiàng)用來(lái)給這種狀態(tài)的變化建模。的激活與殺死選項(xiàng)用來(lái)

11、給這種狀態(tài)的變化建模。 接觸接觸是一種很普遍的非線性行為，是一種很普遍的非線性行為，接觸接觸是是狀態(tài)狀態(tài)變化變化非線性非線性 類型形類型形中一個(gè)特殊而重要的子集。中一個(gè)特殊而重要的子集。 Lesson Objectives 17 如果結(jié)構(gòu)經(jīng)受大變形，它如果結(jié)構(gòu)經(jīng)受大變形，它變化變化的幾何形狀可的幾何形狀可 能會(huì)引起能會(huì)引起結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的的非線性地響應(yīng)非線性地響應(yīng)。例如一根釣魚(yú)竿，例如一根釣魚(yú)竿， 隨著隨著垂垂向載荷向載荷的的增加，桿增加，桿不斷不斷彎曲以致彎曲以致于于動(dòng)力臂動(dòng)力臂 明顯地減明顯地減少，導(dǎo)致桿少，導(dǎo)致桿端顯示出端顯示出在在較高載荷下較高載荷下不斷不斷 增長(zhǎng)的剛性。增長(zhǎng)的剛性。 Les

12、son Objectives 18 非線性非線性的的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)非線性非線性 的常見(jiàn)原因的常見(jiàn)原因。許多因素可以影響材料的應(yīng)力。許多因素可以影響材料的應(yīng)力 應(yīng)變性質(zhì)，包括加載歷史（如在彈塑性響應(yīng)應(yīng)變性質(zhì)，包括加載歷史（如在彈塑性響應(yīng) 狀況下），環(huán)境狀況（如溫度），加載的時(shí)間狀況下），環(huán)境狀況（如溫度），加載的時(shí)間 總量（如在蠕變響應(yīng)狀況下）?？偭浚ㄈ缭谌渥冺憫?yīng)狀況下）。 Definition 19 近似的近似的非線性非線性求解是求解是將載荷分成一系列的載荷增量?？蓪⑤d荷分成一系列的載荷增量?？?以在幾個(gè)載荷步內(nèi)以在幾個(gè)載荷步內(nèi)或者在一個(gè)載步的幾個(gè)子步內(nèi)施加載荷增或者在一

13、個(gè)載步的幾個(gè)子步內(nèi)施加載荷增 量。在每一個(gè)增量的求解完成后，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)載荷量。在每一個(gè)增量的求解完成后，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)載荷。在。在 增量之前增量之前，程序調(diào)整剛度矩陣程序調(diào)整剛度矩陣來(lái)來(lái)反反映結(jié)構(gòu)剛度的非線性變化。映結(jié)構(gòu)剛度的非線性變化。 但遺憾的是，純粹的增量近似不但遺憾的是，純粹的增量近似不可避免地可避免地產(chǎn)生產(chǎn)生每一個(gè)載荷增每一個(gè)載荷增 量積累誤差，量積累誤差，導(dǎo)種結(jié)果最終失去平衡，如圖導(dǎo)種結(jié)果最終失去平衡，如圖13（a）所示）所示 所示。所示。 ANSYS程序通過(guò)使用牛頓程序通過(guò)使用牛頓-拉普森平衡迭代方法（拉普森平衡迭代方法（NR 法）克服了上述困難，它迫使解在每個(gè)荷載增量的末端

14、達(dá)到法）克服了上述困難，它迫使解在每個(gè)荷載增量的末端達(dá)到 平衡收斂。圖平衡收斂。圖 13（b）描述了描述了在單自由度非線性分）描述了描述了在單自由度非線性分 析中牛頓析中牛頓-拉普森平衡迭代的使用。拉普森平衡迭代的使用。 Definition 20 逐步遞增載荷和平衡迭代(續(xù)) (a)純粹增量式解純粹增量式解 （b)全全牛頓拉普森牛頓拉普森迭代求解（迭代求解（2個(gè)個(gè)載荷增量）載荷增量） 圖圖13 純粹增量近似與純粹增量近似與牛頓拉普森牛頓拉普森近似的關(guān)系近似的關(guān)系 21 對(duì)某些物理意義上不穩(wěn)定系統(tǒng)的非線性靜態(tài)分析，如果你僅僅對(duì)某些物理意義上不穩(wěn)定系統(tǒng)的非線性靜態(tài)分析，如果你僅僅 使用使用NR方

15、法，正切剛度矩陣可能變?yōu)榻抵榷剃?，?dǎo)致嚴(yán)重的收斂方法，正切剛度矩陣可能變?yōu)榻抵榷剃嚕瑢?dǎo)致嚴(yán)重的收斂 問(wèn)題。這樣的情況包括獨(dú)立實(shí)體從固定表面分離的靜態(tài)接觸分析，問(wèn)題。這樣的情況包括獨(dú)立實(shí)體從固定表面分離的靜態(tài)接觸分析， 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)或或者完全崩潰或者完全崩潰或 者者“突然變成突然變成”另一個(gè)穩(wěn)定形狀的非線性彎另一個(gè)穩(wěn)定形狀的非線性彎 曲問(wèn)題。對(duì)這樣的情況，你可以激曲問(wèn)題。對(duì)這樣的情況，你可以激活另外一種迭代方法活另外一種迭代方法，弧長(zhǎng)方，弧長(zhǎng)方 法，來(lái)幫助穩(wěn)定求解。弧長(zhǎng)方法導(dǎo)致法，來(lái)幫助穩(wěn)定求解?；￠L(zhǎng)方法導(dǎo)致NR平衡迭代沿一段弧收斂，平衡迭代沿一段弧收斂， 從而即使當(dāng)正切剛度矩陣的傾斜為零或負(fù)值時(shí)，

16、也往往阻止發(fā)散。從而即使當(dāng)正切剛度矩陣的傾斜為零或負(fù)值時(shí)，也往往阻止發(fā)散。 這種迭代方法以這種迭代方法以圖形表示在圖圖形表示在圖14中。中。 22 圖圖14傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的NR方法與弧長(zhǎng)方法的比較方法與弧長(zhǎng)方法的比較 23 非非線性求解被分成三個(gè)操作級(jí)別：線性求解被分成三個(gè)操作級(jí)別：載荷步載荷步、子步子步、平衡迭代平衡迭代。 “頂層頂層”級(jí)別由在一定級(jí)別由在一定“時(shí)間時(shí)間”范圍內(nèi)你明確定義的載荷步組范圍內(nèi)你明確定義的載荷步組 成。假定載荷在載荷步內(nèi)是線性地變化的。成。假定載荷在載荷步內(nèi)是線性地變化的。 在每一個(gè)載荷步內(nèi)在每一個(gè)載荷步內(nèi)，為了逐步加載，為了逐步加載可以控制程序可以控制程序來(lái)執(zhí)來(lái)執(zhí)行行

17、多多次求次求 解（子步或時(shí)間步解（子步或時(shí)間步）。）。 在每一個(gè)子步內(nèi)，程序?qū)⑦M(jìn)行一系列的平衡迭代以獲得收斂的在每一個(gè)子步內(nèi)，程序?qū)⑦M(jìn)行一系列的平衡迭代以獲得收斂的 解。解。 圖圖15說(shuō)明了一段用于非線性分析的典型的載荷歷史。說(shuō)明了一段用于非線性分析的典型的載荷歷史。 Procedure 1. . 2. . 3. . 24 圖15載荷步、子步、及“時(shí)間” 25 當(dāng)你對(duì)平衡迭代確定收斂容限時(shí)，要注意這些問(wèn)題當(dāng)你對(duì)平衡迭代確定收斂容限時(shí)，要注意這些問(wèn)題： 你你想想基于載荷，基于載荷，變形，還是變形，還是聯(lián)立二者來(lái)聯(lián)立二者來(lái)確定收斂容限？確定收斂容限？ 既然徑向偏移（以弧度度量）比對(duì)應(yīng)的平移小，你是

18、不是想對(duì)既然徑向偏移（以弧度度量）比對(duì)應(yīng)的平移小，你是不是想對(duì) 這些不同的條目建立不同的收斂準(zhǔn)則？這些不同的條目建立不同的收斂準(zhǔn)則？ 當(dāng)你當(dāng)你確定確定收斂準(zhǔn)則時(shí)收斂準(zhǔn)則時(shí)，ANSYS程序程序會(huì)會(huì)給你一系列的選擇：你給你一系列的選擇：你 可以將收斂檢查建立在力，可以將收斂檢查建立在力，力矩、位移、轉(zhuǎn)動(dòng)或力矩、位移、轉(zhuǎn)動(dòng)或這些項(xiàng)目的這些項(xiàng)目的 任意組合上。任意組合上。 另外，每一個(gè)項(xiàng)目另外，每一個(gè)項(xiàng)目 可可 以有不同的收斂容限值。以有不同的收斂容限值。 對(duì)多自由度問(wèn)題，你同樣也有收斂準(zhǔn)則的選擇問(wèn)題。對(duì)多自由度問(wèn)題，你同樣也有收斂準(zhǔn)則的選擇問(wèn)題。 當(dāng)你確定你的收斂準(zhǔn)則時(shí)，記住以力為基礎(chǔ)的收斂提供了收

19、斂當(dāng)你確定你的收斂準(zhǔn)則時(shí)，記住以力為基礎(chǔ)的收斂提供了收斂 的絕對(duì)量度，而以位移為基礎(chǔ)的收斂?jī)H提供了表觀收斂的相的絕對(duì)量度，而以位移為基礎(chǔ)的收斂?jī)H提供了表觀收斂的相 對(duì)量度。因此，你應(yīng)當(dāng)對(duì)量度。因此，你應(yīng)當(dāng)如果需要如果需要總是使用以力為基礎(chǔ)（總是使用以力為基礎(chǔ)（或或以以 力矩力矩為基礎(chǔ)的）收斂為基礎(chǔ)的）收斂容限容限。如果需要如果需要可以增加以位移為基礎(chǔ)可以增加以位移為基礎(chǔ) （或或以以轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)為基礎(chǔ)的）收斂檢查，但是通常不單獨(dú)使用它們。為基礎(chǔ)的）收斂檢查，但是通常不單獨(dú)使用它們。 Procedure 1. . 2. . 3. . 26 圖圖16說(shuō)明了一種單獨(dú)說(shuō)明了一種單獨(dú) 使用位移收斂檢使用位移收

20、斂檢查導(dǎo)致查導(dǎo)致 出錯(cuò)出錯(cuò)情況。在第二次迭情況。在第二次迭 代后計(jì)算代后計(jì)算 出出的位移很小的位移很小 可能被認(rèn)為是收斂的解，可能被認(rèn)為是收斂的解， 盡管問(wèn)題仍舊遠(yuǎn)離真正盡管問(wèn)題仍舊遠(yuǎn)離真正 的解。要防止這的解。要防止這 樣的錯(cuò)樣的錯(cuò) 誤，應(yīng)當(dāng)誤，應(yīng)當(dāng)使使用力收斂檢用力收斂檢 查。查。 圖圖16完全依賴位移收斂檢查完全依賴位移收斂檢查 有時(shí)可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果有時(shí)可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果 27 當(dāng)使用多個(gè)子步時(shí)，你需要當(dāng)使用多個(gè)子步時(shí)，你需要考慮考慮精度和精度和代價(jià)代價(jià) 之間的平衡；更多之間的平衡；更多的的子步子步驟驟（也就（也就是，是，小小 的時(shí)間步）通常導(dǎo)致較好的精度，但以增的時(shí)間步）通常導(dǎo)致較好

21、的精度，但以增 多的運(yùn)行時(shí)間為代價(jià)。多的運(yùn)行時(shí)間為代價(jià)。ANSYS提供兩種方提供兩種方 法來(lái)控制子步數(shù)：法來(lái)控制子步數(shù)： 子步數(shù)子步數(shù)或時(shí)間步長(zhǎng)或時(shí)間步長(zhǎng) 我們即可以我們即可以通過(guò)指定實(shí)際通過(guò)指定實(shí)際的的子步數(shù)子步數(shù)也可以也可以通通 過(guò)指定時(shí)間步長(zhǎng)控制子步數(shù)。過(guò)指定時(shí)間步長(zhǎng)控制子步數(shù)。 自動(dòng)時(shí)間自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)步長(zhǎng) ANSYS程序，基于結(jié)構(gòu)的特性和系統(tǒng)的響應(yīng)程序，基于結(jié)構(gòu)的特性和系統(tǒng)的響應(yīng)， 來(lái)調(diào)查時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)調(diào)查時(shí)間步長(zhǎng) 28 如果你的結(jié)構(gòu)在它的整個(gè)加載歷史期間顯如果你的結(jié)構(gòu)在它的整個(gè)加載歷史期間顯 示出高度的非線性特點(diǎn)，示出高度的非線性特點(diǎn)，而且你對(duì)而且你對(duì)結(jié)結(jié) 構(gòu)的構(gòu)的 行為行為子解足夠好可以

22、子解足夠好可以確保確保深到深到收斂的解，收斂的解， 那么你也許那么你也許能夠能夠自己確定多小的自己確定多小的 時(shí)時(shí)間步長(zhǎng)間步長(zhǎng) 是必需的，且對(duì)所有的載荷步使用這同一是必需的，且對(duì)所有的載荷步使用這同一 時(shí)間步。（務(wù)必允許足夠大的時(shí)間步。（務(wù)必允許足夠大的 平衡迭代平衡迭代 數(shù)）。數(shù)）。 29 如果你預(yù)料你的結(jié)構(gòu)的行為將從線性到非線性變?nèi)绻泐A(yù)料你的結(jié)構(gòu)的行為將從線性到非線性變化，化，你也你也 許想要在系統(tǒng)響應(yīng)的非線性部分期間變化時(shí)間步長(zhǎng)。在這樣許想要在系統(tǒng)響應(yīng)的非線性部分期間變化時(shí)間步長(zhǎng)。在這樣 一種情況，你可以激活自動(dòng)時(shí)間分步一種情況，你可以激活自動(dòng)時(shí)間分步以以 便便隨需要調(diào)整時(shí)間隨需要調(diào)整

23、時(shí)間 步長(zhǎng)，獲得精步長(zhǎng)，獲得精度和代價(jià)度和代價(jià)之間的良好平衡。同樣地，如果你不之間的良好平衡。同樣地，如果你不 確信你的問(wèn)題將成功地收斂，你也許想要使用確信你的問(wèn)題將成功地收斂，你也許想要使用自自動(dòng)時(shí)間分步動(dòng)時(shí)間分步 來(lái)激活來(lái)激活A(yù)NSYS程序的二分特點(diǎn)。程序的二分特點(diǎn)。 二分二分法法提供了一種提供了一種對(duì)對(duì)收斂失敗自動(dòng)矯正的方法。無(wú)論何時(shí)收斂失敗自動(dòng)矯正的方法。無(wú)論何時(shí)只要只要 平衡迭代收斂失敗，二分平衡迭代收斂失敗，二分法法將把時(shí)間步長(zhǎng)分成兩半，然后從將把時(shí)間步長(zhǎng)分成兩半，然后從 最后收斂的子步自動(dòng)重啟動(dòng)，如果已二分的時(shí)間步再次收斂最后收斂的子步自動(dòng)重啟動(dòng)，如果已二分的時(shí)間步再次收斂 失敗

24、，二分法將再次分割時(shí)間步長(zhǎng)然后重啟動(dòng)，持續(xù)這一過(guò)失敗，二分法將再次分割時(shí)間步長(zhǎng)然后重啟動(dòng)，持續(xù)這一過(guò) 程直到獲得收斂或到達(dá)最小時(shí)間步長(zhǎng)（由你指定）。程直到獲得收斂或到達(dá)最小時(shí)間步長(zhǎng)（由你指定）。 30 當(dāng)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷大變形時(shí)當(dāng)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷大變形時(shí)應(yīng)該考慮到載荷將應(yīng)該考慮到載荷將發(fā)生了什么變化。在許發(fā)生了什么變化。在許 多情況中，無(wú)論多情況中，無(wú)論結(jié)結(jié)構(gòu)如何變形施加在系統(tǒng)中的載荷保持恒定構(gòu)如何變形施加在系統(tǒng)中的載荷保持恒定 的的方方向。向。而而在另一些情況中，力在另一些情況中，力將將 改變改變方向方向，隨著單元方，隨著單元方 向的改變而變化。向的改變而變化。 ANSYS程序?qū)@兩種情況都可以建模，依賴于

25、所施加的載荷程序?qū)@兩種情況都可以建模，依賴于所施加的載荷 類型。加速度和集中力類型。加速度和集中力將不管單元方向的改變而將不管單元方向的改變而保持它們最保持它們最 初的方向，表面載荷作用在變形單元初的方向，表面載荷作用在變形單元表表面的法向，且可被用面的法向，且可被用 來(lái)模擬來(lái)模擬“跟隨跟隨”力。圖力。圖18說(shuō)明了恒力和跟隨力。說(shuō)明了恒力和跟隨力。 注意注意在大變形分析中不修正結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系方向。因此計(jì)算在大變形分析中不修正結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系方向。因此計(jì)算 出的位移在最初的方向上輸出。出的位移在最初的方向上輸出。 31 圖圖18 變形前后載荷方向變形前后載荷方向 32 用于分析非線性瞬態(tài)行為的用于分析非

26、線性瞬態(tài)行為的過(guò)過(guò)程程，與，與對(duì)線性靜態(tài)行為的處對(duì)線性靜態(tài)行為的處 理理相似相似,以步進(jìn)增量加載，程序在每一步中進(jìn)行平衡迭代。以步進(jìn)增量加載，程序在每一步中進(jìn)行平衡迭代。 靜態(tài)和瞬態(tài)處理的主要不同是在瞬態(tài)過(guò)程分析中靜態(tài)和瞬態(tài)處理的主要不同是在瞬態(tài)過(guò)程分析中要要激活時(shí)激活時(shí) 間積分效應(yīng)。（因此，在瞬態(tài)過(guò)程分析中間積分效應(yīng)。（因此，在瞬態(tài)過(guò)程分析中“時(shí)間時(shí)間”總是表總是表 示實(shí)際的時(shí)序。）自動(dòng)時(shí)間分步和二等分特點(diǎn)同樣也適用示實(shí)際的時(shí)序。）自動(dòng)時(shí)間分步和二等分特點(diǎn)同樣也適用 于瞬態(tài)過(guò)程于瞬態(tài)過(guò)程分分析。析。 Procedure 1. . 2. . 3. . 33 使用使用與與任何其它類型分析的同一系

27、列的命令來(lái)建模和進(jìn)行非線任何其它類型分析的同一系列的命令來(lái)建模和進(jìn)行非線 性分析。同樣，性分析。同樣，無(wú)無(wú)論你正在進(jìn)行何種類型的分析，你可從用論你正在進(jìn)行何種類型的分析，你可從用 戶圖形界面戶圖形界面GUI選擇相似的選項(xiàng)來(lái)建模和求解問(wèn)題。選擇相似的選項(xiàng)來(lái)建模和求解問(wèn)題。 本章后面的部分本章后面的部分”非線性實(shí)例分析（命令），非線性實(shí)例分析（命令）， 顯示了使用批處顯示了使用批處 理方法用理方法用 ANSYS分析分析一個(gè)非線性分析時(shí)的一系列命令。另一個(gè)非線性分析時(shí)的一系列命令。另 一部分一部分“非線性實(shí)例分析（非線性實(shí)例分析（GUI方法）方法）”，顯示了如何從，顯示了如何從 ANSYS的的GUI

28、中中執(zhí)行同樣的例子分析執(zhí)行同樣的例子分析。 Lesson Objectives 34 盡管非線性分析比線性分析變得更加復(fù)雜，但處理盡管非線性分析比線性分析變得更加復(fù)雜，但處理 基本相同。只是在非線形分析的適當(dāng)過(guò)程中，添加基本相同。只是在非線形分析的適當(dāng)過(guò)程中，添加 了需要的非線性特性。了需要的非線性特性。Lesson Objectives 35 非線性靜態(tài)分析是靜態(tài)分非線性靜態(tài)分析是靜態(tài)分析析的一種特殊形式。如同的一種特殊形式。如同 任何靜態(tài)分析，處理流程主要由三個(gè)主要步驟組成：任何靜態(tài)分析，處理流程主要由三個(gè)主要步驟組成： 1、建模。、建模。 2、加載且得到解。、加載且得到解。 3、考察結(jié)果

29、。、考察結(jié)果。 36 步驟步驟1：建模：建模 這一步對(duì)線性和非線性分析都是必需的，盡管非線性這一步對(duì)線性和非線性分析都是必需的，盡管非線性 分析在這一步中可能包括特殊的單元分析在這一步中可能包括特殊的單元或或非線性材料性非線性材料性 質(zhì)，如果質(zhì)，如果模型中模型中包含大應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)力包含大應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)必應(yīng)變數(shù)據(jù)必 須依據(jù)真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)（或?qū)?shù)）應(yīng)變表示。須依據(jù)真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)（或?qū)?shù)）應(yīng)變表示。 Guidelines 37 步驟步驟2：加載且得到解：加載且得到解 在這一步中，你定義分析類型和選項(xiàng)，指定載荷步選項(xiàng)，開(kāi)在這一步中，你定義分析類型和選項(xiàng)，指定載荷步選項(xiàng)，開(kāi) 始有限無(wú)求解。既然非

30、線性求解經(jīng)常要求多個(gè)載荷增量，且始有限無(wú)求解。既然非線性求解經(jīng)常要求多個(gè)載荷增量，且 總是需要平衡迭代，它不同于線性求解。處理過(guò)程如下：總是需要平衡迭代，它不同于線性求解。處理過(guò)程如下： 1、進(jìn)入、進(jìn)入ANSYS求解器求解器 命令：命令：/Solution GUI：Main MenuSolution 2、定義分析類型及分析選項(xiàng)。分析類型和分析選項(xiàng)在第一個(gè)、定義分析類型及分析選項(xiàng)。分析類型和分析選項(xiàng)在第一個(gè) 載荷步后（也就是，在你發(fā)出你的第一個(gè)載荷步后（也就是，在你發(fā)出你的第一個(gè)SOLVL命令之后）命令之后） 不能被改變。不能被改變。ANSYS提供這些選項(xiàng)用于靜態(tài)分析。提供這些選項(xiàng)用于靜態(tài)分析。

31、 Procedure 1. . 2. . 3. . 38 表表11 分析類型和分析選項(xiàng)分析類型和分析選項(xiàng) 選項(xiàng)：新的分析選項(xiàng)：新的分析ANTYPE 一般情況下會(huì)使用New Analysis(新的分析）。 選項(xiàng)：分析類型：靜態(tài)選項(xiàng)：分析類型：靜態(tài)ANTYPE 選擇Static（靜態(tài)）。 選項(xiàng)：大變形選項(xiàng)：大變形或或大應(yīng)變選大應(yīng)變選項(xiàng)（項(xiàng)（GEOM） 并不是所有的非線性分析都將產(chǎn)生大變形。參看：“使用幾何非線性”對(duì) 大變型的進(jìn)一步討論。 39 選項(xiàng)：應(yīng)力選項(xiàng)：應(yīng)力剛剛化效應(yīng)化效應(yīng)SSTIF 如果存在應(yīng)如果存在應(yīng)力剛化效應(yīng)選擇力剛化效應(yīng)選擇ON。 選項(xiàng)：選項(xiàng)：牛頓拉普森牛頓拉普森選項(xiàng)選項(xiàng)NROPT

32、僅在非線性分析中使用這個(gè)選項(xiàng)。這個(gè)選項(xiàng)指定在求解僅在非線性分析中使用這個(gè)選項(xiàng)。這個(gè)選項(xiàng)指定在求解 期間每隔多久修改一期間每隔多久修改一 次正切矩陣。你可以指定這些值次正切矩陣。你可以指定這些值 中的一個(gè)。中的一個(gè)。 程序選擇（程序選擇（NROPT，ANTO）：程序基于你模型中存）：程序基于你模型中存 在的非線性種類選擇用這些選項(xiàng)中的一個(gè)。在的非線性種類選擇用這些選項(xiàng)中的一個(gè)。在需要時(shí)牛在需要時(shí)牛 頓拉普森方法頓拉普森方法將自動(dòng)激活自適應(yīng)下降。將自動(dòng)激活自適應(yīng)下降。 40 修正的（修正的（NROPT，MODI）：程序使用修正的）：程序使用修正的牛頓拉牛頓拉 普森普森方法，在這種方法中正切剛度矩陣

33、在每一子步中都方法，在這種方法中正切剛度矩陣在每一子步中都 被修正。在一個(gè)子步的平衡迭被修正。在一個(gè)子步的平衡迭 代期代期間矩陣不被改變。這間矩陣不被改變。這 個(gè)選項(xiàng)不適用于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的個(gè)選項(xiàng)不適用于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的 初始剛度（初始剛度（NROPT，INIT）：程序在每一次平衡迭代中）：程序在每一次平衡迭代中 都使用初始剛度矩陣這一選項(xiàng)比完全選項(xiàng)似乎較不易發(fā)都使用初始剛度矩陣這一選項(xiàng)比完全選項(xiàng)似乎較不易發(fā) 散，但它經(jīng)常要求更多次的迭代來(lái)得到收斂。它不適用散，但它經(jīng)常要求更多次的迭代來(lái)得到收斂。它不適用 于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的。于大變形分析。自適應(yīng)

34、下降是不可用的。 選項(xiàng)：方程求解器選項(xiàng)：方程求解器 對(duì)于非線性分析，使用前面的求解器（缺省選項(xiàng)）。對(duì)于非線性分析，使用前面的求解器（缺省選項(xiàng)）。 41 3、在模型上加載，、在模型上加載，記住在記住在大變型分析中慣性力和點(diǎn)載荷將保持恒大變型分析中慣性力和點(diǎn)載荷將保持恒 定的方向，定的方向，但但表面力將表面力將“跟隨跟隨”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)而變化。而變化。 4、指定載荷步選項(xiàng)。這些選項(xiàng)可以在任何載荷步中改變。下列選、指定載荷步選項(xiàng)。這些選項(xiàng)可以在任何載荷步中改變。下列選 項(xiàng)對(duì)非線性靜態(tài)分析是可用的：項(xiàng)對(duì)非線性靜態(tài)分析是可用的： 普通選項(xiàng)：普通選項(xiàng)： Time(TIME) ANSYS程序借助在每一個(gè)載荷步末端

35、給定的程序借助在每一個(gè)載荷步末端給定的TIME參數(shù)識(shí)別出載荷參數(shù)識(shí)別出載荷 步和子步。使用步和子步。使用TIME命令來(lái)定義受某些實(shí)際物理量（如先后時(shí)命令來(lái)定義受某些實(shí)際物理量（如先后時(shí) 間，所施加的壓力，等等。）限制的間，所施加的壓力，等等。）限制的TIME值。值。程序通過(guò)程序通過(guò)這個(gè)選這個(gè)選 項(xiàng)項(xiàng)來(lái)指定來(lái)指定載荷步的末端時(shí)間。載荷步的末端時(shí)間。 注意注意在沒(méi)有指定在沒(méi)有指定TIME值時(shí)，程序?qū)⒁罁?jù)缺省自動(dòng)地對(duì)每一個(gè)載值時(shí)，程序?qū)⒁罁?jù)缺省自動(dòng)地對(duì)每一個(gè)載 荷步按荷步按1.0 增增加加TIME（在第一個(gè)載荷步的末端以（在第一個(gè)載荷步的末端以TIME=1.0開(kāi)開(kāi) 始）始）。 時(shí)間步的數(shù)目時(shí)間步的數(shù)

36、目NSUBST 時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)DELTIM 42 非線性分析要求在每一個(gè)載荷步內(nèi)有多個(gè)子步（或時(shí)間步；這非線性分析要求在每一個(gè)載荷步內(nèi)有多個(gè)子步（或時(shí)間步；這 兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是等效的）從而兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是等效的）從而ANSYS可以逐漸施加所給定的載可以逐漸施加所給定的載 荷荷，得到精確的解。得到精確的解。NSUBST和和DELTIM命令都獲得同樣的命令都獲得同樣的 效果（給定載荷步的起始，最小，及最大步長(zhǎng)）。效果（給定載荷步的起始，最小，及最大步長(zhǎng)）。NSNBST 定定義在一個(gè)載荷步內(nèi)將被義在一個(gè)載荷步內(nèi)將被使使用的子步的數(shù)目，而用的子步的數(shù)目，而DELTIM明明 確地定義時(shí)間步長(zhǎng)。確地定義時(shí)間步長(zhǎng)。如

37、果自動(dòng)如果自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)是關(guān)閉的，那么起始是關(guān)閉的，那么起始 子步長(zhǎng)用于整個(gè)載荷步。缺省時(shí)是每個(gè)載荷步有一個(gè)子步子步長(zhǎng)用于整個(gè)載荷步。缺省時(shí)是每個(gè)載荷步有一個(gè)子步。 漸進(jìn)式或階躍式的加載漸進(jìn)式或階躍式的加載 在在與應(yīng)變率無(wú)關(guān)的與應(yīng)變率無(wú)關(guān)的材料行為的非線性靜態(tài)分析中通常材料行為的非線性靜態(tài)分析中通常不需要不需要 指定指定這個(gè)選項(xiàng)，因?yàn)橐罁?jù)缺省這個(gè)選項(xiàng)，因?yàn)橐罁?jù)缺省，載荷將為載荷將為漸進(jìn)式的漸進(jìn)式的,階躍式的階躍式的 載荷載荷KBC，1除了在率除了在率相關(guān)材料行為情狀下（蠕變或相關(guān)材料行為情狀下（蠕變或 粘塑性）粘塑性），在靜態(tài)分析中通常沒(méi)有意義。在靜態(tài)分析中通常沒(méi)有意義。 43 自動(dòng)時(shí)間

38、分步自動(dòng)時(shí)間分步AUTOTS 這一選項(xiàng)允許程序確定這一選項(xiàng)允許程序確定子子步間載荷增量的大小和決定在步間載荷增量的大小和決定在求求 解期間是增加還是減解期間是增加還是減 小小時(shí)間步（子步）長(zhǎng)。缺省時(shí)是時(shí)間步（子步）長(zhǎng)。缺省時(shí)是OFF （關(guān)閉）。（關(guān)閉）。 你可以用你可以用AUTOTS命令打開(kāi)自動(dòng)時(shí)間命令打開(kāi)自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)步長(zhǎng)和二分和二分法法。通過(guò)激。通過(guò)激 活自動(dòng)時(shí)間步活自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)長(zhǎng)，可以讓程序決定在每一個(gè)載荷步內(nèi)使用，可以讓程序決定在每一個(gè)載荷步內(nèi)使用 多少個(gè)時(shí)間步。多少個(gè)時(shí)間步。 在一個(gè)時(shí)間步的在一個(gè)時(shí)間步的求解完成后求解完成后，下一個(gè)時(shí)間步，下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)長(zhǎng)的大小基于四的大小基于四 種因

39、素預(yù)計(jì)：種因素預(yù)計(jì)： 在最近過(guò)去的時(shí)間步中使用的平衡迭代的數(shù)目（更多次的迭在最近過(guò)去的時(shí)間步中使用的平衡迭代的數(shù)目（更多次的迭 代成為時(shí)間步長(zhǎng)減小的原因）代成為時(shí)間步長(zhǎng)減小的原因） 對(duì)非線性單元狀態(tài)改變預(yù)測(cè)（當(dāng)狀態(tài)改變臨近時(shí)減小時(shí)間步對(duì)非線性單元狀態(tài)改變預(yù)測(cè)（當(dāng)狀態(tài)改變臨近時(shí)減小時(shí)間步 長(zhǎng)）長(zhǎng)） 塑性應(yīng)變?cè)黾拥拇笮∷苄詰?yīng)變?cè)黾拥拇笮?蠕變?cè)黾拥拇笮∪渥冊(cè)黾拥拇笮?44 非線性選項(xiàng)非線性選項(xiàng) 程序?qū)⑦B續(xù)進(jìn)行平衡迭代直到滿足收斂準(zhǔn)則。程序?qū)⑦B續(xù)進(jìn)行平衡迭代直到滿足收斂準(zhǔn)則。我們我們可以用缺省的可以用缺省的 收斂準(zhǔn)則收斂準(zhǔn)則，也可以自己定義收斂準(zhǔn)則。也可以自己定義收斂準(zhǔn)則。 收斂準(zhǔn)則收斂準(zhǔn)則CNVT

40、OL 缺省的收斂準(zhǔn)則缺省的收斂準(zhǔn)則 依據(jù)缺省，程序?qū)⒁罁?jù)缺省，程序?qū)⒁砸訴ALUETOLER的值對(duì)力（或者力矩）的值對(duì)力（或者力矩）進(jìn)行進(jìn)行收收 斂斂檢查。檢查。VALUE的缺省值是的缺省值是在在所加載荷（所加載荷（或或所加位移，所加位移， Netwton-Raphson回復(fù)力）的回復(fù)力）的SRSS，和和MINREF（其缺省為（其缺省為 1.0）中，取值較大者）中，取值較大者。TOLER的缺省值是的缺省值是0.001 你應(yīng)當(dāng)幾乎總是使用力收斂檢查?？梢蕴砑游灰疲ɑ蛘咿D(zhuǎn)動(dòng)）收你應(yīng)當(dāng)幾乎總是使用力收斂檢查?？梢蕴砑游灰疲ɑ蛘咿D(zhuǎn)動(dòng)）收 斂檢查。對(duì)于位移，程序?qū)⑹諗繖z查建立在當(dāng)前（斂檢查。對(duì)于位移，程

41、序?qū)⑹諗繖z查建立在當(dāng)前（i）和前面）和前面 （i1）次迭代之間的位移改變上。）次迭代之間的位移改變上。 注意注意如果你如果你明確明確地定義了任何收斂準(zhǔn)則（地定義了任何收斂準(zhǔn)則（CNVTOL），缺省準(zhǔn)則），缺省準(zhǔn)則 將將“失效失效”。因此，如果你定義了位移收斂檢查因此，如果你定義了位移收斂檢查，你將不得不再你將不得不再 定義力收斂檢查定義力收斂檢查。 45 用戶收斂準(zhǔn)則用戶收斂準(zhǔn)則（ 你可以定義用戶收斂準(zhǔn)則，替代缺省的值）你可以定義用戶收斂準(zhǔn)則，替代缺省的值） 使用嚴(yán)格的收斂準(zhǔn)則將提高你的結(jié)果的精度，但以多更次的平衡迭代為代使用嚴(yán)格的收斂準(zhǔn)則將提高你的結(jié)果的精度，但以多更次的平衡迭代為代 價(jià)。如

42、果你想嚴(yán)格（加放松）你的準(zhǔn)則，你應(yīng)當(dāng)改變價(jià)。如果你想嚴(yán)格（加放松）你的準(zhǔn)則，你應(yīng)當(dāng)改變TOLER兩個(gè)數(shù)量級(jí)。兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 一般地，你應(yīng)當(dāng)繼續(xù)使用一般地，你應(yīng)當(dāng)繼續(xù)使用VALUE的缺省值；的缺省值；也就是，通過(guò)調(diào)整也就是，通過(guò)調(diào)整TOLER， 而不是而不是VALUL 改變收改變收斂準(zhǔn)則。斂準(zhǔn)則。 在單一和多在單一和多DOF系統(tǒng)中檢查收斂系統(tǒng)中檢查收斂 要在單自由度（要在單自由度（DOF）系統(tǒng)中檢查收斂，你對(duì)這一個(gè)）系統(tǒng)中檢查收斂，你對(duì)這一個(gè)DOF計(jì)算出不平衡力，計(jì)算出不平衡力， 然后對(duì)照給定的收斂準(zhǔn)則（然后對(duì)照給定的收斂準(zhǔn)則（VALUE*TOLER）參看這個(gè)值（同樣也可以）參看這個(gè)值（同樣也可以

43、 對(duì)的單一對(duì)的單一DOF的位移的位移(和旋度和旋度)收斂進(jìn)行類似的檢查。）然而，在多收斂進(jìn)行類似的檢查。）然而，在多DOF 系統(tǒng)中，你也許想使用不同的比較方法。系統(tǒng)中，你也許想使用不同的比較方法。 ANSYS程序提供三種不同的矢量規(guī)范用于收斂核查。程序提供三種不同的矢量規(guī)范用于收斂核查。 無(wú)限規(guī)范在你模型中的每一個(gè)無(wú)限規(guī)范在你模型中的每一個(gè)DOF處重復(fù)單處重復(fù)單DOF核查。核查。 LI規(guī)范將收斂準(zhǔn)則同所有規(guī)范將收斂準(zhǔn)則同所有DOFS的的不不平衡力（平衡力（力矩力矩）的絕對(duì)值的總和相對(duì)照。）的絕對(duì)值的總和相對(duì)照。 L2規(guī)范使用所有規(guī)范使用所有DOFS不不平衡力（平衡力（或力矩或力矩）的平方總和的

44、平方根進(jìn)行收斂檢）的平方總和的平方根進(jìn)行收斂檢 查。查。 46 對(duì)于下面例子，如果對(duì)于下面例子，如果不不平衡力（在每一個(gè)平衡力（在每一個(gè)DOF處單獨(dú)檢查）小處單獨(dú)檢查）小 于或等于于或等于2.5，且如果位移的改變（以平方和的平方根檢查，且如果位移的改變（以平方和的平方根檢查） 小于或等于小于或等于0.01，子步將認(rèn)為是收斂的。，子步將認(rèn)為是收斂的。 CNVTOL，F(xiàn)，5000，0.005，0 CNVTOL，U，10，0.001，2 平衡迭代的最大次數(shù)平衡迭代的最大次數(shù)NEQIT Guidelines 47 使用這個(gè)選項(xiàng)來(lái)對(duì)在每一個(gè)子步中進(jìn)行的最大平衡迭代次數(shù)實(shí)使用這個(gè)選項(xiàng)來(lái)對(duì)在每一個(gè)子步中進(jìn)行

45、的最大平衡迭代次數(shù)實(shí) 行限制（缺省行限制（缺省=25）。如果在這個(gè)平衡迭代次數(shù)之內(nèi)不能滿）。如果在這個(gè)平衡迭代次數(shù)之內(nèi)不能滿 足收斂準(zhǔn)則，且如果自動(dòng)足收斂準(zhǔn)則，且如果自動(dòng)步長(zhǎng)步長(zhǎng)是打開(kāi)的是打開(kāi)的AUTOTS，分，分 析將嘗試析將嘗試使用使用二二分法分法。如果二。如果二分法分法是不可能的，那么，分是不可能的，那么，分析析 將或?qū)⒒蛘呓K止，或者進(jìn)行下一者終止，或者進(jìn)行下一個(gè)個(gè)載荷步，依據(jù)你在載荷步，依據(jù)你在NCNV命令命令 中發(fā)出的指示。中發(fā)出的指示。 求解終止選項(xiàng)求解終止選項(xiàng)NCNV Guidelines 48 這個(gè)選項(xiàng)處理五種不同的終止準(zhǔn)則這個(gè)選項(xiàng)處理五種不同的終止準(zhǔn)則： 如果位移如果位移“太

46、大太大”它建立一個(gè)用于終止分析和程序執(zhí)行的準(zhǔn)則。它建立一個(gè)用于終止分析和程序執(zhí)行的準(zhǔn)則。 它對(duì)累積迭代次數(shù)設(shè)置限制。它對(duì)累積迭代次數(shù)設(shè)置限制。 它對(duì)整個(gè)時(shí)間設(shè)置限制。它對(duì)整個(gè)時(shí)間設(shè)置限制。 它對(duì)整個(gè)它對(duì)整個(gè)CPU時(shí)間設(shè)置限制。時(shí)間設(shè)置限制。 弧長(zhǎng)選項(xiàng)弧長(zhǎng)選項(xiàng)ARCLEN 如果你預(yù)料到結(jié)構(gòu)在它的載荷歷史內(nèi)某些點(diǎn)上將在物理意義上如果你預(yù)料到結(jié)構(gòu)在它的載荷歷史內(nèi)某些點(diǎn)上將在物理意義上 不穩(wěn)定，你可以使不穩(wěn)定，你可以使用用弧長(zhǎng)方法來(lái)幫助獲得穩(wěn)定數(shù)值求解?；￠L(zhǎng)方法來(lái)幫助獲得穩(wěn)定數(shù)值求解。 Procedure 1. . 2. . 3. . 49 激活弧長(zhǎng)方法的典型的系列命令激活弧長(zhǎng)方法的典型的系列命令：

47、注意注意在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，你可以和弧長(zhǎng)方法一起使用許多其它的分析和在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，你可以和弧長(zhǎng)方法一起使用許多其它的分析和 載荷步選項(xiàng)。但是不能和弧長(zhǎng)方法一起使用下列選項(xiàng)：線搜索載荷步選項(xiàng)。但是不能和弧長(zhǎng)方法一起使用下列選項(xiàng)：線搜索 LNSRCH，時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)PRED，自適應(yīng)下降，自適應(yīng)下降 NROPT，ON，自動(dòng)時(shí)間步，自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)長(zhǎng)AUTOTS，TIME， DELTIM，或打開(kāi)時(shí)間積分效應(yīng)（或打開(kāi)時(shí)間積分效應(yīng)（TIMINT）。）。 時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)糾正選項(xiàng)糾正選項(xiàng)PRED 對(duì)于每一個(gè)子步的第一次平衡迭代你可以激活和對(duì)于每一個(gè)子步的第一次平衡迭代你可以激活和DOF求解有關(guān)的求解

48、有關(guān)的 預(yù)測(cè)。這個(gè)特預(yù)測(cè)。這個(gè)特點(diǎn)點(diǎn)加速收斂且如果非線性響應(yīng)是相對(duì)平加速收斂且如果非線性響應(yīng)是相對(duì)平滑的，它特滑的，它特 別的有用。別的有用。 線搜索選項(xiàng)線搜索選項(xiàng)LNSRCH 這個(gè)選項(xiàng)是對(duì)自適應(yīng)下降的替代。這個(gè)選項(xiàng)是對(duì)自適應(yīng)下降的替代。這個(gè)這個(gè)收斂提高工具用程序計(jì)算收斂提高工具用程序計(jì)算 出的比出的比例例因子（具有因子（具有0和和1之間的值）乘以計(jì)算出的位移增量。因之間的值）乘以計(jì)算出的位移增量。因 為線搜索算法是用來(lái)對(duì)自適應(yīng)下降選項(xiàng)為線搜索算法是用來(lái)對(duì)自適應(yīng)下降選項(xiàng)NROPT進(jìn)行的替代，進(jìn)行的替代， 如果線搜索選項(xiàng)是開(kāi)，自適應(yīng)下降不被自動(dòng)激活。不建議同時(shí)激如果線搜索選項(xiàng)是開(kāi)，自適應(yīng)下降不被

49、自動(dòng)激活。不建議同時(shí)激 活線搜索和自適應(yīng)下降?；罹€搜索和自適應(yīng)下降。 50 激活和殺死選項(xiàng)激活和殺死選項(xiàng) 在在ANSYS/Mechanical和和ANSYS/LSDYNA產(chǎn)品中，你可以去產(chǎn)品中，你可以去殺死殺死 和和激活單元來(lái)模擬材料的消去和添加。激活單元來(lái)模擬材料的消去和添加。 程序通過(guò)用一個(gè)非常小的數(shù)（它由程序通過(guò)用一個(gè)非常小的數(shù)（它由ESTIF命令設(shè)置）乘以它的剛度從命令設(shè)置）乘以它的剛度從 總質(zhì)量矩陣消去它的質(zhì)量總質(zhì)量矩陣消去它的質(zhì)量“ 殺死殺死”一一個(gè)單元。對(duì)無(wú)活性單元的單個(gè)單元。對(duì)無(wú)活性單元的單 元載荷（壓力，熱通量，熱應(yīng)變，等等）同樣設(shè)置為零。需要在元載荷（壓力，熱通量，熱應(yīng)變，

50、等等）同樣設(shè)置為零。需要在 前處理中定義所有可能的單元；不可能在前處理中定義所有可能的單元；不可能在 SOLUTION中產(chǎn)生新的中產(chǎn)生新的 單元。單元。 在你的分析的后面階段中在你的分析的后面階段中“出生出生”的那些單元，在第一個(gè)載荷步前應(yīng)的那些單元，在第一個(gè)載荷步前應(yīng) 當(dāng)被當(dāng)被殺死，然后去在適當(dāng)?shù)妮d荷步的開(kāi)始被重激活，當(dāng)單元被重殺死，然后去在適當(dāng)?shù)妮d荷步的開(kāi)始被重激活，當(dāng)單元被重 激活時(shí)，它們具有零應(yīng)變狀態(tài)，且（激活時(shí)，它們具有零應(yīng)變狀態(tài)，且（if NLGEOM,ON） 它們的幾它們的幾 何何選項(xiàng)選項(xiàng)（長(zhǎng)度，面積等等）被修改來(lái)與它們的的現(xiàn)偏移位置相適（長(zhǎng)度，面積等等）被修改來(lái)與它們的的現(xiàn)偏移

51、位置相適 應(yīng)。應(yīng)。 51 殺死（殺死（EKILL） 激活（激活（EALIVE） 改變材料性質(zhì)參考號(hào)改變材料性質(zhì)參考號(hào)MPCHG 另一種在求解期間影響單元行為的辦法是來(lái)改變它的材料性質(zhì)參考另一種在求解期間影響單元行為的辦法是來(lái)改變它的材料性質(zhì)參考 號(hào)。這個(gè)選項(xiàng)允許你在載荷步間改變一個(gè)單元的材料性質(zhì)。號(hào)。這個(gè)選項(xiàng)允許你在載荷步間改變一個(gè)單元的材料性質(zhì)。 EKILL適用于大多數(shù)單元類型。適用于大多數(shù)單元類型。MPCHG適用于所于單元類型。適用于所于單元類型。 52 輸出控制選項(xiàng)輸出控制選項(xiàng) 輸出控制選項(xiàng)包括：輸出控制選項(xiàng)包括： 打印輸出（打印輸出（OUTPR） 使用這個(gè)選項(xiàng)來(lái)在輸出文件（使用這個(gè)選項(xiàng)

52、來(lái)在輸出文件（Jobname.out)中包括進(jìn)中包括進(jìn)便所想要的便所想要的 結(jié)果數(shù)據(jù)。結(jié)果數(shù)據(jù)。 結(jié)果文件輸出結(jié)果文件輸出OUTRES 這個(gè)選項(xiàng)控制結(jié)果文件中的數(shù)據(jù)（這個(gè)選項(xiàng)控制結(jié)果文件中的數(shù)據(jù)（Jobname.rst)。 OUTPR和和OUTRES用來(lái)用來(lái)控制結(jié)果被寫入這些文件的頻率?？刂平Y(jié)果被寫入這些文件的頻率。 結(jié)果外推結(jié)果外推ERESX 這個(gè)選項(xiàng)，依據(jù)缺省，拷貝一個(gè)單元的積分點(diǎn)應(yīng)力和彈性應(yīng)變結(jié)果這個(gè)選項(xiàng)，依據(jù)缺省，拷貝一個(gè)單元的積分點(diǎn)應(yīng)力和彈性應(yīng)變結(jié)果 到結(jié)點(diǎn)而替代外推它們，如果在單元中存在非線性（塑性，蠕變，到結(jié)點(diǎn)而替代外推它們，如果在單元中存在非線性（塑性，蠕變， 膨脹）的話。積分

53、點(diǎn)非線性變膨脹）的話。積分點(diǎn)非線性變化化總是被拷貝到結(jié)點(diǎn)?？偸潜豢截惖浇Y(jié)點(diǎn)。 53 步驟步驟2：加載且得到解：加載且得到解 5、存儲(chǔ)基本數(shù)據(jù)的備份副本于、存儲(chǔ)基本數(shù)據(jù)的備份副本于另一另一文件。文件。 命令：命令：SAVE GUI：Utility MenuFileSave As 6、開(kāi)始求解計(jì)算。、開(kāi)始求解計(jì)算。 命令：命令：SOLVE GUI：Main MennSolution-Solve-Current LS 7、如果你需要定義多個(gè)載荷步，對(duì)每一個(gè)其余的載荷步重復(fù)、如果你需要定義多個(gè)載荷步，對(duì)每一個(gè)其余的載荷步重復(fù) 步驟步驟3至至6。 8、離開(kāi)、離開(kāi)SOLUTION處理器處理器 命令：命令：

54、FINISH GUI：關(guān)閉關(guān)閉Solution菜單。菜單。 Guidelines 54 步驟步驟3：考察結(jié)果：考察結(jié)果 來(lái)自非線性靜態(tài)分析的結(jié)果主要由位移，應(yīng)力，應(yīng)變，以來(lái)自非線性靜態(tài)分析的結(jié)果主要由位移，應(yīng)力，應(yīng)變，以 及反作用力組成?？梢杂眉胺醋饔昧M成?？梢杂肞OST1，通用后處理器，或者用，通用后處理器，或者用 POST26，時(shí)間歷程后處理器，來(lái)考察這些結(jié)果。，時(shí)間歷程后處理器，來(lái)考察這些結(jié)果。 記住，用記住，用POST1一次僅可以讀取一個(gè)子步，且來(lái)自那個(gè)子一次僅可以讀取一個(gè)子步，且來(lái)自那個(gè)子 步的結(jié)果應(yīng)當(dāng)已被寫入步的結(jié)果應(yīng)當(dāng)已被寫入Jobname.rst。（載荷步選項(xiàng)命。（載荷步選項(xiàng)

55、命令令 OUTRES控制哪一個(gè)子步的結(jié)果被存儲(chǔ)入控制哪一個(gè)子步的結(jié)果被存儲(chǔ)入Jobname.rst。) 典型的典型的POST1后處理順序?qū)⒃谙旅婷枋龊筇幚眄樞驅(qū)⒃谙旅婷枋觥?55 用用POST1考察結(jié)果考察結(jié)果 1、檢查你的輸、檢查你的輸出出文件（文件（Jobname.out)是否在所有的子步分是否在所有的子步分 析都收斂。析都收斂。 如果不收斂，你可能不想后處理結(jié)果，而是想確定為什么收如果不收斂，你可能不想后處理結(jié)果，而是想確定為什么收 斂失敗。斂失敗。 如果你的解收斂，那么繼續(xù)進(jìn)行后處理。如果你的解收斂，那么繼續(xù)進(jìn)行后處理。 2、進(jìn)入、進(jìn)入POST1。如果。如果用于求解的用于求解的模型現(xiàn)在

56、不在數(shù)據(jù)中，發(fā)模型現(xiàn)在不在數(shù)據(jù)中，發(fā) 出出RESUME。 命令：命令：POST1 GUI：Main MenuGeneral Postproc 3、讀取讀取需要的載荷步和子步結(jié)果，這可以依據(jù)載荷步和子步需要的載荷步和子步結(jié)果，這可以依據(jù)載荷步和子步 號(hào)或者時(shí)間號(hào)或者時(shí)間來(lái)來(lái)識(shí)別然而，不能依據(jù)時(shí)間識(shí)別出弧長(zhǎng)結(jié)果。識(shí)別然而，不能依據(jù)時(shí)間識(shí)別出弧長(zhǎng)結(jié)果。 命令：命令：SET GUI：Main MennGeneral PostprocRead Results-Load step 56 注意注意：如果你指定了：如果你指定了 一個(gè)沒(méi)有結(jié)果可用一個(gè)沒(méi)有結(jié)果可用 的的 T i m e 值 ，值 ， ANSYS程

57、序?qū)⑦M(jìn)程序?qū)⑦M(jìn) 行線性內(nèi)行線性內(nèi)插來(lái)插來(lái)計(jì)算計(jì)算 出那出那Time處的結(jié)果。處的結(jié)果。 認(rèn)識(shí)到在非線分析認(rèn)識(shí)到在非線分析 中這種線性內(nèi)中這種線性內(nèi)插插通通 常將導(dǎo)致某些精度常將導(dǎo)致某些精度 損 失 （ 參 看 圖損 失 （ 參 看 圖 19）。因此，對(duì)）。因此，對(duì) 于非線性分析，通于非線性分析，通 常你應(yīng)當(dāng)在一個(gè)精常你應(yīng)當(dāng)在一個(gè)精 確地對(duì)應(yīng)于要求子確地對(duì)應(yīng)于要求子 步的步的TIME處進(jìn)行后處進(jìn)行后 處理。處理。 圖圖19非線性果的線性內(nèi)插可能引起某些誤差非線性果的線性內(nèi)插可能引起某些誤差 57 4、使用下列任意選項(xiàng)顯示結(jié)果、使用下列任意選項(xiàng)顯示結(jié)果 選項(xiàng)；顯示已變形的形狀選項(xiàng)；顯示已變形的形狀

58、 命令：命令：PLDISP G U I ： M a i n M e n u G e n e r a l P o s t p r o c P l o t ResultsDeformed Shapes 在大變形分析中，一般優(yōu)先使用真實(shí)比例顯示在大變形分析中，一般優(yōu)先使用真實(shí)比例顯示IDSCALE， 1。 選項(xiàng)：等值線顯示選項(xiàng)：等值線顯示 命令：命令：PLNSOL 或者或者PLESOL GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal Solu或者或者 Element Solu 使用這些選項(xiàng)來(lái)顯示應(yīng)力，應(yīng)變，或者任何其它可用項(xiàng)目

59、的等使用這些選項(xiàng)來(lái)顯示應(yīng)力，應(yīng)變，或者任何其它可用項(xiàng)目的等 值線。如果值線。如果鄰接的單元具鄰接的單元具有不同材料行為（可能由于塑性或有不同材料行為（可能由于塑性或 多線性彈性的材料性質(zhì)，由于不同的材料類型，或者由于鄰多線性彈性的材料性質(zhì)，由于不同的材料類型，或者由于鄰 近的單元近的單元的死活屬性不同的死活屬性不同而產(chǎn)生），你應(yīng)當(dāng)注意避免你的結(jié)而產(chǎn)生），你應(yīng)當(dāng)注意避免你的結(jié) 果中的結(jié)點(diǎn)應(yīng)力平均錯(cuò)誤。果中的結(jié)點(diǎn)應(yīng)力平均錯(cuò)誤。 58 同樣地你可以繪同樣地你可以繪制制單元表數(shù)據(jù)和線單元數(shù)據(jù)的等值線：?jiǎn)卧頂?shù)據(jù)和線單元數(shù)據(jù)的等值線： 命令：命令：PLETAB，PLLS GUIS：Main MenuGeneral PostprocElement TablePlot