第15章 結(jié)構(gòu)非線性分析實(shí)例與分析

1、第第15章章結(jié)構(gòu)非線性分析實(shí)例與分析結(jié)構(gòu)非線性分析實(shí)例與分析215.1結(jié)構(gòu)非線性概述結(jié)構(gòu)非線性概述 什么是結(jié)構(gòu)非線性什么是結(jié)構(gòu)非線性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。例如，無(wú)論何時(shí)用釘書(shū)針釘結(jié)構(gòu)非線性。例如，無(wú)論何時(shí)用釘書(shū)針釘書(shū)，金屬釘書(shū)釘書(shū)，金屬釘書(shū)釘將將永久地彎曲成一個(gè)不同的形狀。（如圖永久地彎曲成一個(gè)不同的形狀。（如圖151151（a 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)間的遷移它將越來(lái)越下重物，隨著時(shí)間的遷移它將越來(lái)越下垂。（如圖垂。（如圖151151（b 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

2、和下面路面間接觸下面路面間接觸將將隨隨貨物重量的貨物重量的變化變化而變化而變化。（如圖。（如圖151151（c c）如果如果將上面例子所載荷變形曲線畫(huà)出來(lái)將上面例子所載荷變形曲線畫(huà)出來(lái), ,你將發(fā)現(xiàn)它們都顯你將發(fā)現(xiàn)它們都顯示了非線示了非線性結(jié)構(gòu)的基本特征性結(jié)構(gòu)的基本特征-變化的結(jié)構(gòu)剛性變化的結(jié)構(gòu)剛性. .3圖151 非線性結(jié)構(gòu)行為的普通例子4引起結(jié)構(gòu)非線性的原因很多，它可以被分成三種主要類型：狀態(tài)改引起結(jié)構(gòu)非線性的原因很多，它可以被分成三種主要類型：狀態(tài)改變、幾何非線性、材料非線性。變、幾何非線性、材料非線性。 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

3、515.2 非線性分析的基本知識(shí)非線性分析的基本知識(shí)方程求解方程求解 非非線性求解被分成三個(gè)操作級(jí)別：載荷步、子步、平衡迭代。線性求解被分成三個(gè)操作級(jí)別：載荷步、子步、平衡迭代?！绊攲禹攲印奔?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成。假定范圍內(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。載荷在載荷步內(nèi)是線性地變化的。在每一個(gè)載荷在每一個(gè)載荷是是步內(nèi)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)行行多多次求解（子次求解（子步或時(shí)間步步或時(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解。在每一個(gè)子步內(nèi)，程序?qū)⑦M(jìn)行一系列的平

4、衡迭代以獲得收斂的解。6 子步子步 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；更多的的子子步（也就步（也就是，是，小的時(shí)間步）通常導(dǎo)致較好的精度，但以增多的運(yùn)行小的時(shí)間步）通常導(dǎo)致較好的精度，但以增多的運(yùn)行時(shí)間為代價(jià)。時(shí)間為代價(jià)。ANSYS提供兩種方法來(lái)控制子步數(shù)：提供兩種方法來(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)也可以也可以通過(guò)指定時(shí)間步長(zhǎng)控制子步數(shù)通過(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

5、系統(tǒng)的響應(yīng)，來(lái)，來(lái)調(diào)整調(diào)整時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)7 如何進(jìn)行非線性靜態(tài)分析如何進(jìn)行非線性靜態(tài)分析 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。如同任何靜態(tài)分析，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：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。、考察結(jié)果。8建模建模 這一步對(duì)線性和非線性分析都是必需的，盡管非線性分析在這一步這一步對(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中可能包括特殊的單元或或非線性材料性質(zhì)，如果非線性材料性質(zhì)，如果模型中模型中包含大應(yīng)變包含大應(yīng)變效應(yīng)，

6、應(yīng)力效應(yīng)，應(yīng)力應(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。示。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)始有限在這一步中，你定義分析類型和選項(xiàng)，指定載荷步選項(xiàng)，開(kāi)始有限元求解。既然非線性求解經(jīng)常要求多個(gè)載荷增量，且總是需要平衡元求解。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：迭代，它不同于線性求解。處理過(guò)程如下：91、進(jìn)入、進(jìn)入ANSYS求解器求解器2、定義分析類型及分析選項(xiàng)。、定義分析類型及分析選項(xiàng)。 選項(xiàng)：新的分析選項(xiàng)：新的分析ANTYPE 一般一般情況下會(huì)

7、情況下會(huì)使用使用New Analysis(新的分析）。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 選擇選擇Static（靜態(tài)）。（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)生大變并不是所有的非線性分析都將產(chǎn)生大變形。參看：形。參看：“使用幾何非線性使用幾何非線性”對(duì)大變型的進(jìn)一步討對(duì)大變型的進(jìn)一步討論。論。 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 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

8、間每隔多久修改一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 次正次正 切矩陣。你可以指定這些值中的一個(gè)。切矩陣。你可以指定這些值中的一個(gè)。10在模型上加載，在模型上加載，記住在記住在大變形分析中慣性力和點(diǎn)載荷將保持恒定的大變形分析中慣性力和點(diǎn)載荷將保持恒定的方向，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。 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)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：非線性靜態(tài)分析是可用的： Time(TIME) 時(shí)間步的數(shù)目時(shí)間步的數(shù)目NSUBST 時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)DEL

9、TIM 漸進(jìn)式或階躍式的加載漸進(jìn)式或階躍式的加載 (KBC) 自動(dòng)時(shí)間分步自動(dòng)時(shí)間分步AUTOTS 11非線性選項(xiàng)非線性選項(xiàng) 收斂準(zhǔn)則收斂準(zhǔn)則CNVTOL 平衡迭代的最大次數(shù)平衡迭代的最大次數(shù)NEQIT 求解終止選項(xiàng)求解終止選項(xiàng)NCNV 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 線搜索選項(xiàng)線搜索選項(xiàng)LNSRCH 蠕變準(zhǔn)則蠕變準(zhǔn)則CRPLIM，CRCR 激活和殺死選項(xiàng)激活和殺死選項(xiàng)12輸出控制選項(xiàng)輸出控制選項(xiàng)打印輸出（打印輸出（OUTPR） 結(jié)果文件輸出結(jié)果文件輸出OUTRES 結(jié)果外推結(jié)果外推ERESX 13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，以及反作用來(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，時(shí)間歷程后處理器，來(lái)考察這些結(jié)果。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