靜力分析ansys

1、1 2 3 1 結構分析結構分析是有限元分析方法最常用的一個應用領域。是有限元分析方法最常用的一個應用領域。 結構結構這個術語是一個廣義的概念，它包括這個術語是一個廣義的概念，它包括土木工程土木工程 結構結構，如橋梁和建筑物；，如橋梁和建筑物；汽車結構汽車結構，如車身骨架；，如車身骨架； 海洋結構海洋結構，如船舶結構；，如船舶結構；航空結構航空結構，如飛機機身等；，如飛機機身等； 同時還包括同時還包括機械零部件機械零部件，如活塞，傳動軸等等。，如活塞，傳動軸等等。 在在ANSYS產(chǎn)品家族中有七種結構分析的類型。結構產(chǎn)品家族中有七種結構分析的類型。結構 分析中計算得出的基本未知量（節(jié)點自由度）是

2、分析中計算得出的基本未知量（節(jié)點自由度）是位位 移移，其他的一些未知量，如，其他的一些未知量，如應變應變，應力應力，和，和反力反力可可 通過節(jié)點位移導出。通過節(jié)點位移導出。 Definition 4 靜力分析靜力分析-用于求解靜力載荷作用下結構的位移和應力等。靜力分析用于求解靜力載荷作用下結構的位移和應力等。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，應力剛化，大 變形，大應變，超彈性，接觸面和蠕變。變形，大應變，超彈性，接觸面和蠕變。 模態(tài)分析模態(tài)分析-用于計算結構的固有頻率和模態(tài)。用于計算結構的固有頻率和模態(tài)。 諧波分析諧波

3、分析-用于確定結構在隨時間正弦變化的載荷作用下的響應。用于確定結構在隨時間正弦變化的載荷作用下的響應。 瞬態(tài)動力分析瞬態(tài)動力分析-用于計算結構在隨時間任意變化的載荷作用下的響應，用于計算結構在隨時間任意變化的載荷作用下的響應， 并且可計及上述提到的靜力分析中所有的非線性性質。并且可計及上述提到的靜力分析中所有的非線性性質。 譜分析譜分析-是模態(tài)分析的應用拓廣，用于計算由于響應譜或是模態(tài)分析的應用拓廣，用于計算由于響應譜或PSD輸入輸入 （隨機振動）引起的應力和應變。（隨機振動）引起的應力和應變。 曲屈分析曲屈分析-用于計算曲屈載荷和確定曲屈模態(tài)。用于計算曲屈載荷和確定曲屈模態(tài)。ANSYS可進行

4、線性可進行線性 （特征值）和非線性曲屈分析。（特征值）和非線性曲屈分析。 顯式動力分析顯式動力分析-ANSYS/LS-DYNA可用于計算高度非線性動力學和復可用于計算高度非線性動力學和復 雜的接觸問題。雜的接觸問題。 Guidelines 5 此外，前面提到的七種分析類型還有如下特殊的應用：此外，前面提到的七種分析類型還有如下特殊的應用： 斷裂力學 復合材料 疲勞分析 p-Method 結構分析所用的單元：絕大多數(shù)的結構分析所用的單元：絕大多數(shù)的ANSYS單元類型可用于結構分單元類型可用于結構分 析，單元類型從簡單的桿單元和梁單元一直到較為復雜的層合殼析，單元類型從簡單的桿單元和梁單元一直到較

5、為復雜的層合殼 單元和大應變實體單元。單元和大應變實體單元。 Guidelines 6 7 靜力分析靜力分析計算在固定不變的載荷作用下結構的效應，計算在固定不變的載荷作用下結構的效應， 它不考慮慣性和阻尼的影響，如結構受隨時間變化載它不考慮慣性和阻尼的影響，如結構受隨時間變化載 荷的情況?？墒牵o力分析可以計算那些固定不變的荷的情況?？墒?，靜力分析可以計算那些固定不變的 慣性載荷對結構的影響（如重力和離心力），以及那慣性載荷對結構的影響（如重力和離心力），以及那 些可以近似為等價靜力作用的隨時間變化載荷（如通些可以近似為等價靜力作用的隨時間變化載荷（如通 常在許多建筑規(guī)范中所定義的等價靜力風載

6、和地震載常在許多建筑規(guī)范中所定義的等價靜力風載和地震載 荷）。荷）。 Definition 8 靜力分析用于計算由那些不包括慣性和阻尼效應的靜力分析用于計算由那些不包括慣性和阻尼效應的 載荷作用于結構或部件上引起的位移，應力，應變載荷作用于結構或部件上引起的位移，應力，應變 和力。固定不變的載荷和響應是一種假定；即假定和力。固定不變的載荷和響應是一種假定；即假定 載荷和結構的響應隨時間的變化非常緩慢。靜力分載荷和結構的響應隨時間的變化非常緩慢。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，應力剛化，接觸（間隙）單元，超彈性性，蠕變，應力剛化，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. 結果評價和分析結果評價和分析 11 1

8、2 在日常生活中在日常生活中,會經(jīng)常遇到會經(jīng)常遇到結構非線性。結構非線性。 例如，無論何時用釘書針釘書，金屬釘書釘例如，無論何時用釘書針釘書，金屬釘書釘將將永久永久 地彎曲成一個不同的形狀地彎曲成一個不同的形狀 (圖圖11(a) 。 如果你如果你在在一個木架一個木架上放置上放置重物，隨著時間的遷移它重物，隨著時間的遷移它 將越來越下垂。將越來越下垂。(圖圖11(b)。 當當在在汽車或卡車上汽車或卡車上裝貨時裝貨時，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將上面例子所載荷變形曲線畫出來,

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構的基本特征示了非線性結構的基本特征-變化的結變化的結 構剛性構剛性. Definition 13 圖11 非線性結構行為的普通例子 14 引起結構非線性的原因很多引起結構非線性的原因很多，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 許多普通結構許多普通結構表現(xiàn)出一種表現(xiàn)出一種與狀態(tài)相關的非線性行為與狀態(tài)相關的非線性行為,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。凍土可能是凍結凍土可能是凍結 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 變在不同的值之間突然變化。變在不同的值之間突然變化。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（如在電纜情有關（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條件）。（如在凍土中的紊亂熱力學條件）。ANSYS程序中單元程序中單元 的激活與殺死選項用來給這種狀態(tài)的變化建模。的激活與殺死選項用來

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特殊而重要的子集。中一個特殊而重要的子集。 Lesson Objectives 17 如果結構經(jīng)受大變形，它如果結構經(jīng)受大變形，它變化變化的幾何形狀可的幾何形狀可 能會引起能會引起結構結構的的非線性地響應非線性地響應。例如一根釣魚竿，例如一根釣魚竿， 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力臂動力臂 明顯地減明顯地減少，導致桿少，導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 增長的剛性。增長的剛性。 Les

12、son Objectives 18 非線性非線性的的應力應變關系是應力應變關系是結構結構非線性非線性 的常見原因的常見原因。許多因素可以影響材料的應力。許多因素可以影響材料的應力 應變性質，包括加載歷史（如在彈塑性響應應變性質，包括加載歷史（如在彈塑性響應 狀況下），環(huán)境狀況（如溫度），加載的時間狀況下），環(huán)境狀況（如溫度），加載的時間 總量（如在蠕變響應狀況下）。總量（如在蠕變響應狀況下）。 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?？?以在幾個載荷步內以在幾個載荷步內或者在一個載步的幾個子步內施加載荷增或者在一

13、個載步的幾個子步內施加載荷增 量。在每一個增量的求解完成后，繼續(xù)進行下一個載荷量。在每一個增量的求解完成后，繼續(xù)進行下一個載荷。在。在 增量之前增量之前，程序調整剛度矩陣程序調整剛度矩陣來來反反映結構剛度的非線性變化。映結構剛度的非線性變化。 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)生每一個載荷增每一個載荷增 量積累誤差，量積累誤差，導種結果最終失去平衡，如圖導種結果最終失去平衡，如圖13（a）所示）所示 所示。所示。 ANSYS程序通過使用牛頓程序通過使用牛頓-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，它迫使解在每個荷載增量的末端

14、達到法）克服了上述困難，它迫使解在每個荷載增量的末端達到 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個個載荷增量）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系近似的關系 21 對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?，導致嚴重的收斂方法，正切剛度矩陣可能變?yōu)榻抵榷剃?，導致嚴重的收?問題。這樣的情況包括獨立實體從固定表面分離的靜態(tài)接觸分析，問題。這樣的情況包括獨立實體從固定表面分離的靜態(tài)接觸分析， 結構結構或或者完全崩潰或者完全崩潰或 者者“突然變成突然變成”另一個穩(wěn)定形狀的非線性彎另一個穩(wěn)定形狀的非線性彎 曲問題。對這樣的情況，你可以激曲問題。對這樣的情況，你可以激活另外一種迭代方法活另外一種迭代方法，弧長方，弧長方 法，來幫助穩(wěn)定求解?；￠L方法導致法，來幫助穩(wěn)定求解。弧長方法導致NR平衡迭代沿一段弧收斂，平衡迭代沿一段弧收斂， 從而即使當正切剛度矩陣的傾斜為零或負值時，

16、也往往阻止發(fā)散。從而即使當正切剛度矩陣的傾斜為零或負值時，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方法與弧長方法的比較方法與弧長方法的比較 23 非非線性求解被分成三個操作級別：線性求解被分成三個操作級別：載荷步載荷步、子步子步、平衡迭代平衡迭代。 “頂層頂層”級別由在一定級別由在一定“時間時間”范圍內你明確定義的載荷步組范圍內你明確定義的載荷步組 成。假定載荷在載荷步內是線性地變化的。成。假定載荷在載荷步內是線性地變化的。 在每一個載荷步內在每一個載荷步內，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執(zhí)來執(zhí)行行

17、多多次求次求 解（子步或時間步解（子步或時間步）。）。 在每一個子步內，程序將進行一系列的平衡迭代以獲得收斂的在每一個子步內，程序將進行一系列的平衡迭代以獲得收斂的 解。解。 圖圖15說明了一段用于非線性分析的典型的載荷歷史。說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“時間” 25 當你對平衡迭代確定收斂容限時，要注意這些問題當你對平衡迭代確定收斂容限時，要注意這些問題： 你你想想基于載荷，基于載荷，變形，還是變形，還是聯(lián)立二者來聯(lián)立二者來確定收斂容限？確定收斂容限？ 既然徑向偏移（以弧度度量）比對應的平移小，你是

18、不是想對既然徑向偏移（以弧度度量）比對應的平移小，你是不是想對 這些不同的條目建立不同的收斂準則？這些不同的條目建立不同的收斂準則？ 當你當你確定確定收斂準則時收斂準則時，ANSYS程序程序會會給你一系列的選擇：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、轉動或力矩、位移、轉動或這些項目的這些項目的 任意組合上。任意組合上。 另外，每一個項目另外，每一個項目 可可 以有不同的收斂容限值。以有不同的收斂容限值。 對多自由度問題，你同樣也有收斂準則的選擇問題。對多自由度問題，你同樣也有收斂準則的選擇問題。 當你確定你的收斂準則時，記住以力為基礎的收斂提供了收

19、斂當你確定你的收斂準則時，記住以力為基礎的收斂提供了收斂 的絕對量度，而以位移為基礎的收斂僅提供了表觀收斂的相的絕對量度，而以位移為基礎的收斂僅提供了表觀收斂的相 對量度。因此，你應當對量度。因此，你應當如果需要如果需要總是使用以力為基礎（總是使用以力為基礎（或或以以 力矩力矩為基礎的）收斂為基礎的）收斂容限容限。如果需要如果需要可以增加以位移為基礎可以增加以位移為基礎 （或或以以轉動轉動為基礎的）收斂檢查，但是通常不單獨使用它們。為基礎的）收斂檢查，但是通常不單獨使用它們。 Procedure 1. . 2. . 3. . 26 圖圖16說明了一種單獨說明了一種單獨 使用位移收斂檢使用位移收

20、斂檢查導致查導致 出錯出錯情況。在第二次迭情況。在第二次迭 代后計算代后計算 出出的位移很小的位移很小 可能被認為是收斂的解，可能被認為是收斂的解， 盡管問題仍舊遠離真正盡管問題仍舊遠離真正 的解。要防止這的解。要防止這 樣的錯樣的錯 誤，應當誤，應當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 有時可能產(chǎn)生錯誤的結果有時可能產(chǎn)生錯誤的結果 27 當使用多個子步時，你需要當使用多個子步時，你需要考慮考慮精度和精度和代價代價 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 的時間步）通常導致較好的精度，但以增的時間步）通常導致較好

21、的精度，但以增 多的運行時間為代價。多的運行時間為代價。ANSYS提供兩種方提供兩種方 法來控制子步數(shù)：法來控制子步數(shù)： 子步數(shù)子步數(shù)或時間步長或時間步長 我們即可以我們即可以通過指定實際通過指定實際的的子步數(shù)子步數(shù)也可以也可以通通 過指定時間步長控制子步數(shù)。過指定時間步長控制子步數(shù)。 自動時間自動時間步長步長 ANSYS程序，基于結構的特性和系統(tǒng)的響應程序，基于結構的特性和系統(tǒng)的響應， 來調查時間步長來調查時間步長 28 如果你的結構在它的整個加載歷史期間顯如果你的結構在它的整個加載歷史期間顯 示出高度的非線性特點，示出高度的非線性特點，而且你對而且你對結結 構的構的 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 時時間步長間步長 是必需的，且對所有的載荷步使用這同一是必需的，且對所有的載荷步使用這同一 時間步。（務必允許足夠大的時間步。（務必允許足夠大的 平衡迭代平衡迭代 數(shù)）。數(shù)）。 29 如果你預料你的結構的行為將從線性到非線性變如果你預料你的結構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)響應的非線性部分期間變化時間步長。在這樣許想要在系統(tǒng)響應的非線性部分期間變化時間步長。在這樣 一種情況，你可以激活自動時間分步一種情況，你可以激活自動時間分步以以 便便隨需要調整時間隨需要調整

23、時間 步長，獲得精步長，獲得精度和代價度和代價之間的良好平衡。同樣地，如果你不之間的良好平衡。同樣地，如果你不 確信你的問題將成功地收斂，你也許想要使用確信你的問題將成功地收斂，你也許想要使用自自動時間分步動時間分步 來激活來激活ANSYS程序的二分特點。程序的二分特點。 二分二分法法提供了一種提供了一種對對收斂失敗自動矯正的方法。無論何時收斂失敗自動矯正的方法。無論何時只要只要 平衡迭代收斂失敗，二分平衡迭代收斂失敗，二分法法將把時間步長分成兩半，然后從將把時間步長分成兩半，然后從 最后收斂的子步自動重啟動，如果已二分的時間步再次收斂最后收斂的子步自動重啟動，如果已二分的時間步再次收斂 失敗

24、，二分法將再次分割時間步長然后重啟動，持續(xù)這一過失敗，二分法將再次分割時間步長然后重啟動，持續(xù)這一過 程直到獲得收斂或到達最小時間步長（由你指定）。程直到獲得收斂或到達最小時間步長（由你指定）。 30 當結構經(jīng)歷大變形時當結構經(jīng)歷大變形時應該考慮到載荷將應該考慮到載荷將發(fā)生了什么變化。在許發(fā)生了什么變化。在許 多情況中，無論多情況中，無論結結構如何變形施加在系統(tǒng)中的載荷保持恒定構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程序對這兩種情況都可以建模，依賴于

25、所施加的載荷程序對這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 來模擬來模擬“跟隨跟隨”力。圖力。圖18說明了恒力和跟隨力。說明了恒力和跟隨力。 注意注意在大變形分析中不修正結點坐標系方向。因此計算在大變形分析中不修正結點坐標系方向。因此計算 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)行為的過過程程，與，與對線性靜態(tài)行為的處對線性靜態(tài)行為的處 理理相似相似,以步進增量加載，程序在每一步中進行平衡迭代。以步進增量加載，程序在每一步中進行平衡迭代。 靜態(tài)和瞬態(tài)處理的主要不同是在瞬態(tài)過程分析中靜態(tài)和瞬態(tài)處理的主要不同是在瞬態(tài)過程分析中要要激活時激活時 間積分效應。（因此，在瞬態(tài)過程分析中間積分效應。（因此，在瞬態(tài)過程分析中“時間時間”總是表總是表 示實際的時序。）自動時間分步和二等分特點同樣也適用示實際的時序。）自動時間分步和二等分特點同樣也適用 于瞬態(tài)過程于瞬態(tài)過程分分析。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、列的命令來建模和進行非線任何其它類型分析的同一系列的命令來建模和進行非線 性分析。同樣，性分析。同樣，無無論你正在進行何種類型的分析，你可從用論你正在進行何種類型的分析，你可從用 戶圖形界面戶圖形界面GUI選擇相似的選項來建模和求解問題。選擇相似的選項來建模和求解問題。 本章后面的部分本章后面的部分”非線性實例分析（命令），非線性實例分析（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分析分析一個非線性分析時的一系列命令。另一個非線性分析時的一系列命令。另 一部分一部分“非線性實例分析（非線性實例分析（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雜，但處理盡管非線性分析比線性分析變得更加復雜，但處理 基本相同。只是在非線形分析的適當過程中，添加基本相同。只是在非線形分析的適當過程中，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主要步驟組成：任何靜態(tài)分析，處理流程主要由三個主要步驟組成： 1、建模。、建模。 2、加載且得到解。、加載且得到解。 3、考察結果

29、。、考察結果。 36 步驟步驟1：建模：建模 這一步對線性和非線性分析都是必需的，盡管非線性這一步對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，如果質，如果模型中模型中包含大應變效應，應力包含大應變效應，應力應變數(shù)據(jù)必應變數(shù)據(jù)必 須依據(jù)真實應力和真實（或對數(shù)）應變表示。須依據(jù)真實應力和真實（或對數(shù)）應變表示。 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，指定載荷步選項，開在這一步中，你定義分析類型和選項，指定載荷步選項，開 始有限無求解。既然非

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

31、 Procedure 1. . 2. . 3. . 38 表表11 分析類型和分析選項分析類型和分析選項 選項：新的分析選項：新的分析ANTYPE 一般情況下會使用New Analysis(新的分析）。 選項：分析類型：靜態(tài)選項：分析類型：靜態(tài)ANTYPE 選擇Static（靜態(tài)）。 選項：大變形選項：大變形或或大應變選大應變選項（項（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 大變型的進一步討論。 39 選項：應力選項：應力剛剛化效應化效應SSTIF 如果存在應如果存在應力剛化效應選擇力剛化效應選擇ON。 選項：選項：牛頓拉普森牛頓拉普森選項選項NROPT

32、僅在非線性分析中使用這個選項。這個選項指定在求解僅在非線性分析中使用這個選項。這個選項指定在求解 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。中的一個。 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中的一個。在的非線性種類選擇用這些選項中的一個。在需要時牛在需要時牛 頓拉普森方法頓拉普森方法將自動激活自適應下降。將自動激活自適應下降。 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。在一個子步的平衡迭被修正。在一個子步的平衡迭 代期代期間矩陣不被改變。這間矩陣不被改變。這 個選項不適用于大變形分析。自適應下降是不可用的個選項不適用于大變形分析。自適應下降是不可用的 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比完全選項似乎較不易發(fā)都使用初始剛度矩陣這一選項比完全選項似乎較不易發(fā) 散，但它經(jīng)常要求更多次的迭代來得到收斂。它不適用散，但它經(jīng)常要求更多次的迭代來得到收斂。它不適用 于大變形分析。自適應下降是不可用的。于大變形分析。自適應

34、下降是不可用的。 選項：方程求解器選項：方程求解器 對于非線性分析，使用前面的求解器（缺省選項）。對于非線性分析，使用前面的求解器（缺省選項）。 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載荷將保持恒大變型分析中慣性力和點載荷將保持恒 定的方向，定的方向，但但表面力將表面力將“跟隨跟隨”結構結構而變化。而變化。 4、指定載荷步選項。這些選項可以在任何載荷步中改變。下列選、指定載荷步選項。這些選項可以在任何載荷步中改變。下列選 項對非線性靜態(tài)分析是可用的：項對非線性靜態(tài)分析是可用的： 普通選項：普通選項： Time(TIME) ANSYS程序借助在每一個載荷步末端

35、給定的程序借助在每一個載荷步末端給定的TIME參數(shù)識別出載荷參數(shù)識別出載荷 步和子步。使用步和子步。使用TIME命令來定義受某些實際物理量（如先后時命令來定義受某些實際物理量（如先后時 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。程序通過程序通過這個選這個選 項項來指定來指定載荷步的末端時間。載荷步的末端時間。 注意注意在沒有指定在沒有指定TIME值時，程序將依據(jù)缺省自動地對每一個載值時，程序將依據(jù)缺省自動地對每一個載 荷步按荷步按1.0 增增加加TIME（在第一個載荷步的末端以（在第一個載荷步的末端以TIME=1.0開開 始）始）。 時間步的數(shù)目時間步的數(shù)

36、目NSUBST 時間步長時間步長DELTIM 42 非線性分析要求在每一個載荷步內有多個子步（或時間步；這非線性分析要求在每一個載荷步內有多個子步（或時間步；這 兩個術語是等效的）從而兩個術語是等效的）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）。效果（給定載荷步的起始，最小，及最大步長）。NSNBST 定定義在一個載荷步內將被義在一個載荷步內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 確地定義時間步長。確地定義時間步長。如

37、果自動如果自動時間步長時間步長是關閉的，那么起始是關閉的，那么起始 子步長用于整個載荷步。缺省時是每個載荷步有一個子步子步長用于整個載荷步。缺省時是每個載荷步有一個子步。 漸進式或階躍式的加載漸進式或階躍式的加載 在在與應變率無關的與應變率無關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 指定指定這個選項，因為依據(jù)缺省這個選項，因為依據(jù)缺省，載荷將為載荷將為漸進式的漸進式的,階躍式的階躍式的 載荷載荷KBC，1除了在率除了在率相關材料行為情狀下（蠕變或相關材料行為情狀下（蠕變或 粘塑性）粘塑性），在靜態(tài)分析中通常沒有意義。在靜態(tài)分析中通常沒有意義。 43 自動時間

38、分步自動時間分步AUTOTS 這一選項允許程序確定這一選項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 小小時間步（子步）長。缺省時是時間步（子步）長。缺省時是OFF （關閉）。（關閉）。 你可以用你可以用AUTOTS命令打開自動時間命令打開自動時間步長步長和二分和二分法法。通過激。通過激 活自動時間步活自動時間步長長，可以讓程序決定在每一個載荷步內使用，可以讓程序決定在每一個載荷步內使用 多少個時間步。多少個時間步。 在一個時間步的在一個時間步的求解完成后求解完成后，下一個時間步，下一個時間步長長的大小基于四的大小基于四 種因

39、素預計：種因素預計： 在最近過去的時間步中使用的平衡迭代的數(shù)目（更多次的迭在最近過去的時間步中使用的平衡迭代的數(shù)目（更多次的迭 代成為時間步長減小的原因）代成為時間步長減小的原因） 對非線性單元狀態(tài)改變預測（當狀態(tài)改變臨近時減小時間步對非線性單元狀態(tài)改變預測（當狀態(tài)改變臨近時減小時間步 長）長） 塑性應變增加的大小塑性應變增加的大小 蠕變增加的大小蠕變增加的大小 44 非線性選項非線性選項 程序將連續(xù)進行平衡迭代直到滿足收斂準則。程序將連續(xù)進行平衡迭代直到滿足收斂準則。我們我們可以用缺省的可以用缺省的 收斂準則收斂準則，也可以自己定義收斂準則。也可以自己定義收斂準則。 收斂準則收斂準則CNVT

40、OL 缺省的收斂準則缺省的收斂準則 依據(jù)缺省，程序將依據(jù)缺省，程序將以以VALUETOLER的值對力（或者力矩）的值對力（或者力矩）進行進行收收 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回復力）的回復力）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 你應當幾乎總是使用力收斂檢查。可以添加位移（或者轉動）收你應當幾乎總是使用力收斂檢查。可以添加位移（或者轉動）收 斂檢查。對于位移，程序將收斂檢查建立在當前（斂檢查。對于位移，程

41、序將收斂檢查建立在當前（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則（地定義了任何收斂準則（CNVTOL），缺省準則），缺省準則 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 用戶收斂準則用戶收斂準則（ 你可以定義用戶收斂準則，替代缺省的值）你可以定義用戶收斂準則，替代缺省的值） 使用嚴格的收斂準則將提高你的結果的精度，但以多更次的平衡迭代為代使用嚴格的收斂準則將提高你的結果的精度，但以多更次的平衡迭代為代 價。如

42、果你想嚴格（加放松）你的準則，你應當改變價。如果你想嚴格（加放松）你的準則，你應當改變TOLER兩個數(shù)量級。兩個數(shù)量級。 一般地，你應當繼續(xù)使用一般地，你應當繼續(xù)使用VALUE的缺省值；的缺省值；也就是，通過調整也就是，通過調整TOLER， 而不是而不是VALUL 改變收改變收斂準則。斂準則。 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，你對這一個）系統(tǒng)中檢查收斂，你對這一個DOF計算出不平衡力，計算出不平衡力， 然后對照給定的收斂準則（然后對照給定的收斂準則（VALUE*TOLER）參看這個值（同樣也可以）參看這個值（同樣也可以

43、 對的單一對的單一DOF的位移的位移(和旋度和旋度)收斂進行類似的檢查。）然而，在多收斂進行類似的檢查。）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。 無限規(guī)范在你模型中的每一個無限規(guī)范在你模型中的每一個DOF處重復單處重復單DOF核查。核查。 LI規(guī)范將收斂準則同所有規(guī)范將收斂準則同所有DOFS的的不不平衡力（平衡力（力矩力矩）的絕對值的總和相對照。）的絕對值的總和相對照。 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、平方根進行收斂檢）的平方總和的平方根進行收斂檢 查。查。 46 對于下面例子，如果對于下面例子，如果不不平衡力（在每一個平衡力（在每一個DOF處單獨檢查）小處單獨檢查）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，子步將認為是收斂的。，子步將認為是收斂的。 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 使用這個選項來對在每一個子步中進行的最大平衡迭代次數(shù)實使用這個選項來對在每一個子步中進行

45、的最大平衡迭代次數(shù)實 行限制（缺省行限制（缺省=25）。如果在這個平衡迭代次數(shù)之內不能滿）。如果在這個平衡迭代次數(shù)之內不能滿 足收斂準則，且如果自動足收斂準則，且如果自動步長步長是打開的是打開的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 將或將或者終止，或者進行下一者終止，或者進行下一個個載荷步，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。 求解終止選項求解終止選項NCNV Guidelines 48 這個選項處理五種不同的終止準則這個選項處理五種不同的終止準則： 如果位移如果位移“太

46、大太大”它建立一個用于終止分析和程序執(zhí)行的準則。它建立一個用于終止分析和程序執(zhí)行的準則。 它對累積迭代次數(shù)設置限制。它對累積迭代次數(shù)設置限制。 它對整個時間設置限制。它對整個時間設置限制。 它對整個它對整個CPU時間設置限制。時間設置限制。 弧長選項弧長選項ARCLEN 如果你預料到結構在它的載荷歷史內某些點上將在物理意義上如果你預料到結構在它的載荷歷史內某些點上將在物理意義上 不穩(wěn)定，你可以使不穩(wěn)定，你可以使用用弧長方法來幫助獲得穩(wěn)定數(shù)值求解?；￠L方法來幫助獲得穩(wěn)定數(shù)值求解。 Procedure 1. . 2. . 3. . 49 激活弧長方法的典型的系列命令激活弧長方法的典型的系列命令：

47、注意注意在適當?shù)臅r候，你可以和弧長方法一起使用許多其它的分析和在適當?shù)臅r候，你可以和弧長方法一起使用許多其它的分析和 載荷步選項。但是不能和弧長方法一起使用下列選項：線搜索載荷步選項。但是不能和弧長方法一起使用下列選項：線搜索 LNSRCH，時間步長時間步長預測預測PRED，自適應下降，自適應下降 NROPT，ON，自動時間步，自動時間步長長AUTOTS，TIME， DELTIM，或打開時間積分效應（或打開時間積分效應（TIMINT）。）。 時間步長時間步長預測預測糾正選項糾正選項PRED 對于每一個子步的第一次平衡迭代你可以激活和對于每一個子步的第一次平衡迭代你可以激活和DOF求解有關的求解

48、有關的 預測。這個特預測。這個特點點加速收斂且如果非線性響應是相對平加速收斂且如果非線性響應是相對平滑的，它特滑的，它特 別的有用。別的有用。 線搜索選項線搜索選項LNSRCH 這個選項是對自適應下降的替代。這個選項是對自適應下降的替代。這個這個收斂提高工具用程序計算收斂提高工具用程序計算 出的比出的比例例因子（具有因子（具有0和和1之間的值）乘以計算出的位移增量。因之間的值）乘以計算出的位移增量。因 為線搜索算法是用來對自適應下降選項為線搜索算法是用來對自適應下降選項NROPT進行的替代，進行的替代， 如果線搜索選項是開，自適應下降不被自動激活。不建議同時激如果線搜索選項是開，自適應下降不被

49、自動激活。不建議同時激 活線搜索和自適應下降?；罹€搜索和自適應下降。 50 激活和殺死選項激活和殺死選項 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 和和激活單元來模擬材料的消去和添加。激活單元來模擬材料的消去和添加。 程序通過用一個非常小的數(shù)（它由程序通過用一個非常小的數(shù)（它由ESTIF命令設置）乘以它的剛度從命令設置）乘以它的剛度從 總質量矩陣消去它的質量總質量矩陣消去它的質量“ 殺死殺死”一一個單元。對無活性單元的單個單元。對無活性單元的單 元載荷（壓力，熱通量，熱應變，等等）同樣設置為零。需要在元載荷（壓力，熱通量，熱應變，

50、等等）同樣設置為零。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，在第一個載荷步前應的那些單元，在第一個載荷步前應 當被當被殺死，然后去在適當?shù)妮d荷步的開始被重激活，當單元被重殺死，然后去在適當?shù)妮d荷步的開始被重激活，當單元被重 激活時，它們具有零應變狀態(tài)，且（激活時，它們具有零應變狀態(tài)，且（if NLGEOM,ON） 它們的幾它們的幾 何何選項選項（長度，面積等等）被修改來與它們的的現(xiàn)偏移位置相適（長度，面積等等）被修改來與它們的的現(xiàn)偏移

51、位置相適 應。應。 51 殺死（殺死（EKILL） 激活（激活（EALIVE） 改變材料性質參考號改變材料性質參考號MPCHG 另一種在求解期間影響單元行為的辦法是來改變它的材料性質參考另一種在求解期間影響單元行為的辦法是來改變它的材料性質參考 號。這個選項允許你在載荷步間改變一個單元的材料性質。號。這個選項允許你在載荷步間改變一個單元的材料性質。 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 輸出控制選項輸出控制選項 輸出控制選項包括：輸出控制選項包括： 打印輸出（打印輸出（OUTPR） 使用這個選項來在輸出文件（使用這個選項

52、來在輸出文件（Jobname.out)中包括進中包括進便所想要的便所想要的 結果數(shù)據(jù)。結果數(shù)據(jù)。 結果文件輸出結果文件輸出OUTRES 這個選項控制結果文件中的數(shù)據(jù)（這個選項控制結果文件中的數(shù)據(jù)（Jobname.rst)。 OUTPR和和OUTRES用來用來控制結果被寫入這些文件的頻率?？刂平Y果被寫入這些文件的頻率。 結果外推結果外推ERESX 這個選項，依據(jù)缺省，拷貝一個單元的積分點應力和彈性應變結果這個選項，依據(jù)缺省，拷貝一個單元的積分點應力和彈性應變結果 到結點而替代外推它們，如果在單元中存在非線性（塑性，蠕變，到結點而替代外推它們，如果在單元中存在非線性（塑性，蠕變， 膨脹）的話。積分

53、點非線性變膨脹）的話。積分點非線性變化化總是被拷貝到結點。總是被拷貝到結點。 53 步驟步驟2：加載且得到解：加載且得到解 5、存儲基本數(shù)據(jù)的備份副本于、存儲基本數(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、開始求解計算。、開始求解計算。 命令：命令：SOLVE GUI：Main MennSolution-Solve-Current LS 7、如果你需要定義多個載荷步，對每一個其余的載荷步重復、如果你需要定義多個載荷步，對每一個其余的載荷步重復 步驟步驟3至至6。 8、離開、離開SOLUTION處理器處理器 命令：命令：

54、FINISH GUI：關閉關閉Solution菜單。菜單。 Guidelines 54 步驟步驟3：考察結果：考察結果 來自非線性靜態(tài)分析的結果主要由位移，應力，應變，以來自非線性靜態(tài)分析的結果主要由位移，應力，應變，以 及反作用力組成。可以用及反作用力組成。可以用POST1，通用后處理器，或者用，通用后處理器，或者用 POST26，時間歷程后處理器，來考察這些結果。，時間歷程后處理器，來考察這些結果。 記住，用記住，用POST1一次僅可以讀取一個子步，且來自那個子一次僅可以讀取一個子步，且來自那個子 步的結果應當已被寫入步的結果應當已被寫入Jobname.rst。（載荷步選項命。（載荷步選項

55、命令令 OUTRES控制哪一個子步的結果被存儲入控制哪一個子步的結果被存儲入Jobname.rst。) 典型的典型的POST1后處理順序將在下面描述后處理順序將在下面描述。 55 用用POST1考察結果考察結果 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果，而是想確定為什么收如果不收斂，你可能不想后處理結果，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)進行后處理。如果你的解收斂，那么繼續(xù)進行后處理。 2、進入、進入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果，這可以依據(jù)載荷步和子步需要的載荷步和子步結果，這可以依據(jù)載荷步和子步 號或者時間號或者時間來來識別然而，不能依據(jù)時間識別出弧長結果。識別然而，不能依據(jù)時間識別出弧長結果。 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 一個沒有結果可用一個沒有結果可用 的的 T i m e 值 ，值 ， ANSYS程

57、序將進程序將進 行線性內行線性內插來插來計算計算 出那出那Time處的結果。處的結果。 認識到在非線分析認識到在非線分析 中這種線性內中這種線性內插插通通 常將導致某些精度常將導致某些精度 損 失 （ 參 看 圖損 失 （ 參 看 圖 19）。因此，對）。因此，對 于非線性分析，通于非線性分析，通 常你應當在一個精常你應當在一個精 確地對應于要求子確地對應于要求子 步的步的TIME處進行后處進行后 處理。處理。 圖圖19非線性果的線性內插可能引起某些誤差非線性果的線性內插可能引起某些誤差 57 4、使用下列任意選項顯示結果、使用下列任意選項顯示結果 選項；顯示已變形的形狀選項；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)先使用真實比例顯示在大變形分析中，一般優(yōu)先使用真實比例顯示IDSCALE， 1。 選項：等值線顯示選項：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 使用這些選項來顯示應力，應變，或者任何其它可用項目

59、的等使用這些選項來顯示應力，應變，或者任何其它可用項目的等 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，由于不同的材料類型，或者由于鄰多線性彈性的材料性質，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），你應當注意避免你的結而產(chǎn)生），你應當注意避免你的結 果中的結點應力平均錯誤。果中的結點應力平均錯誤。 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：單元表數(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