ANSYS非線性基礎培訓手冊_Basic5

1、Training Manual幾何非線性基礎幾何非線性基礎Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual什么是幾何非線性行為什么是幾何非線性行為? 一個結(jié)構(gòu)的總體剛度依賴于它的單個零部件一個結(jié)構(gòu)的總體剛度依賴于它的單個零部件(單元單元)的取向和剛度的取向和剛度. 當單元的節(jié)點移動時當單元的節(jié)點移動時, 單元對總體剛度的貢獻可單元對總體剛度的貢獻可以分為幾種情況以分為幾種情況. 由于幾何變形而引起的

2、剛度改變歸類為由于幾何變形而引起的剛度改變歸類為幾何非線性幾何非線性 . ANSYS 按特征將幾何非線性分為三種按特征將幾何非線性分為三種: 大應變大應變. 大撓度大撓度 (大轉(zhuǎn)動大轉(zhuǎn)動). 應力剛化應力剛化.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 本章將通過以下主題介紹幾何非線性基礎本章將通過以下主題介紹幾何非線性基礎:A. 綜述綜述B. 三類幾何非線性三類幾何非線性C. 一致切向矩陣一

3、致切向矩陣D. 建模建模E. 求解求解F. 后處理后處理 目的是理解如何解釋分析中的幾何非線性效應目的是理解如何解釋分析中的幾何非線性效應.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 考慮與幾何非線性有關(guān)的三種現(xiàn)象考慮與幾何非線性有關(guān)的三種現(xiàn)象:1 如果單元的如果單元的 形狀形狀 改變改變 (面積面積, 厚度等厚度等), 其單獨的其單獨的單元剛度將改變單元剛度將改變.2 如果單元的如果單元的

4、取向取向 改變改變 (轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動), 其局部剛度轉(zhuǎn)化其局部剛度轉(zhuǎn)化為全局分量時將發(fā)生變化為全局分量時將發(fā)生變化.XYBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual3 如果單元的應變產(chǎn)生較大的平面內(nèi)應力狀態(tài)如果單元的應變產(chǎn)生較大的平面內(nèi)應力狀態(tài) (膜膜應力應力), 平面法向剛度將受到顯著的影響平面法向剛度將受到顯著的影響.XYFF隨著垂直撓度的增加隨著垂直撓度的增加 (UY), 較大的膜應力較大的膜應

5、力 (SX) 導致剛導致剛化效應化效應.uyBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual大應變大應變 行為包含所有這三種現(xiàn)象行為包含所有這三種現(xiàn)象.大撓度大撓度 行為僅包含最后兩種現(xiàn)象行為僅包含最后兩種現(xiàn)象.應力剛化應力剛化 行為僅包含第三種現(xiàn)象行為僅包含第三種現(xiàn)象. 因而因而, 應力剛化理論是大撓度理論的子集應力剛化理論是大撓度理論的子集, 大撓度大撓度理論是大應變理論的子集理論是大應變理論的

6、子集.大應變大應變大轉(zhuǎn)動大轉(zhuǎn)動應力剛化應力剛化Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 分析中將包含幾何非線性分析中將包含幾何非線性, 如果如果: 指定指定大位移大位移 分析分析, 并且并且 模型中的單元類型支持幾何非線性效應模型中的單元類型支持幾何非線性效應. 可以在單元描述的可以在單元描述的特殊特征特殊特征 列表中找到這條信息列表中找到這條信息.例如例如, 注意注意 SHELL63 支持

7、應力剛支持應力剛化和大撓度化和大撓度, 但不支持大應變但不支持大應變 .Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 相比而言相比而言, SHELL181 支持所有的三類幾何非線支持所有的三類幾何非線性性: 應力剛化應力剛化, 大撓度和大應變大撓度和大應變. 確保選擇的單元類型支持必要的非線性幾何行確保選擇的單元類型支持必要的非線性幾何行為為! Basic Structural Nonlinea

8、rities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 改進的應變數(shù)學定義有利于大應變分析改進的應變數(shù)學定義有利于大應變分析. 根據(jù)物理意義根據(jù)物理意義, 應變總是定義為對變形體的規(guī)范化度量應變總是定義為對變形體的規(guī)范化度量. 然而然而, 應變有許多種可能的數(shù)學定義應變有許多種可能的數(shù)學定義. 盡管應變的數(shù)學定義有點任意性盡管應變的數(shù)學定義有點任意性, 但它必須符合但它必須符合一定的要求一定的要求: 沒有變形時沒有變形時, 應變應該為零應變應該為零 (如

9、純粹剛體運動如純粹剛體運動, 包括轉(zhuǎn)包括轉(zhuǎn)動動). 有變形時有變形時, 應變應該不為零應變應該不為零. 應變應該通過材料的應力應變應該通過材料的應力-應變關(guān)系與應力相聯(lián)系應變關(guān)系與應力相聯(lián)系.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 在非線性大應變分析中在非線性大應變分析中, 采用的應力的度量必須采用的應力的度量必須與應變的度量與應變的度量共軛共軛 .共軛共軛 意味著應變能意味著應變能 (一

10、個標量一個標量, 是應力與應變乘積是應力與應變乘積的函數(shù)的函數(shù)) 與所選的應力和應變的度量無關(guān)與所選的應力和應變的度量無關(guān).應力應力應變應變對任何應力和應變的共軛對任何應力和應變的共軛度量度量, 應變能值必須相同應變能值必須相同Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual ANSYS 程序采用三種應變和應力的度量程序采用三種應變和應力的度量: 工程應變和工程應力工程應變和工程應力. 對數(shù)應變和真

11、實應力對數(shù)應變和真實應力. Green-Lagrange 應變和第二應變和第二 Piola-Kirchoff 應力應力. 程序根據(jù)分析類型和采用的單元自動選擇用哪一程序根據(jù)分析類型和采用的單元自動選擇用哪一種度量種度量. 將通過一個簡單的一維例子研究這些不同的應力將通過一個簡單的一維例子研究這些不同的應力和應變定義和應變定義.Fll0lBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual工程應變工程應變

12、 是小應變度量，用初始幾何構(gòu)形計算是小應變度量，用初始幾何構(gòu)形計算: 由于工程應變依賴于已知的初始幾何構(gòu)形由于工程應變依賴于已知的初始幾何構(gòu)形 (如長如長度度), 因此工程應變度量是個線性度量因此工程應變度量是個線性度量. 材料限制為小轉(zhuǎn)動材料限制為小轉(zhuǎn)動, 因為中等程度的剛體轉(zhuǎn)動將因為中等程度的剛體轉(zhuǎn)動將導致非零應變導致非零應變. ANSYS 將其用于小位移分析將其用于小位移分析.0llBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities

13、11.0Training Manual工程應力工程應力 (s s), 是工程應變是工程應變 () ) 的共軛應力度量的共軛應力度量. 在它的計算中在它的計算中, 用當前力用當前力 F 和初始面積和初始面積 A0 .0AFsBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 在支持大撓度但不支持大應變的單元的大位移分在支持大撓度但不支持大應變的單元的大位移分析中析中, 程序用一種程序用一種 共轉(zhuǎn)共轉(zhuǎn)方法

14、方法, 該方法從總位移中該方法從總位移中分離出剛體轉(zhuǎn)動分離出剛體轉(zhuǎn)動. 這樣就排除了由于大轉(zhuǎn)動而引起的非零應變這樣就排除了由于大轉(zhuǎn)動而引起的非零應變, 只剩下小只剩下小應變變形分量應變變形分量. 因此因此, 大撓度大撓度、小應變分析也采用工程應變小應變分析也采用工程應變 ( ) 和工程和工程應力應力 (s s) .Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual對數(shù)應變對數(shù)應變 是一種大應變度量是一

15、種大應變度量, 按下式計算按下式計算: 該度量是一種非線性應變度量該度量是一種非線性應變度量, 因為它是未知的因為它是未知的最終長度最終長度l 的非線性函數(shù)的非線性函數(shù). 也被稱為也被稱為 log 應變應變. Log 應變的三維等效是應變的三維等效是 Hencky 應變應變. ANSYS 將其用于大位移分析中支持大應變的大將其用于大位移分析中支持大應變的大多數(shù)單元多數(shù)單元.0llLnldlllloBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearit

16、ies 11.0Training Manual真實應力真實應力 (t t) 是對數(shù)應變是對數(shù)應變 ( l ) 的共軛一維應力度的共軛一維應力度量量, 用力用力 F 除以當前除以當前 (或變形的或變形的) 面積面積 A 來計算來計算: 該度量一般也被稱為該度量一般也被稱為 Cauchy 應力應力.AFtBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual Green-Lagrange應變應變 是另外一種大

17、應變度量是另外一種大應變度量, 在在一維中按下式計算一維中按下式計算: 因為該度量依賴于未知的更新的長度因為該度量依賴于未知的更新的長度 l 的平方的平方, 所以是非線性的所以是非線性的. 相對于相對于 Log 或或 Hencky 應變應變, 該應變度量的計算該應變度量的計算優(yōu)勢是優(yōu)勢是, 在大應變問題中在大應變問題中, 它自動容納任何大轉(zhuǎn)它自動容納任何大轉(zhuǎn)動動. ANSYS 將它用于大位移分析中支持大應變的一將它用于大位移分析中支持大應變的一些單元些單元.2020221lllGBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonli

18、nearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual Green-Lagrange 應變應變 ( G ) 的共軛應力度量是的共軛應力度量是第第二二 Piola-Kirchoff (S). 在一維中可按下式計算在一維中可按下式計算: 應該注意該應力幾乎沒有物理意義應該注意該應力幾乎沒有物理意義. 為了輸出為了輸出, ANSYS 總是將其轉(zhuǎn)化為總是將其轉(zhuǎn)化為 Hencky 或真實應力或真實應力 (t t) 輸出輸出.00AFllS Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Str

19、uctural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training ManualANSYS 使用哪一種應變和應力度量使用哪一種應變和應力度量? 為了能夠正確地輸入數(shù)據(jù)和解釋結(jié)果為了能夠正確地輸入數(shù)據(jù)和解釋結(jié)果, 必須知道必須知道 ANSYS 程序用哪一種度量輸入和輸出程序用哪一種度量輸入和輸出. 對給定的單元類型和分析選項對給定的單元類型和分析選項 (大或小位移大或小位移), 程序選擇程序選擇應變度量的種類應變度量的種類. 除了可以選擇單元類型和分析選項除了可以選擇單元類型和分析選項, 不能控制程序采用不能控制程序采用

20、哪一種應變度量哪一種應變度量.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 一般地一般地: ANSYS 將工程應力和工程應變用于小位移分析或僅支持大撓度單將工程應力和工程應變用于小位移分析或僅支持大撓度單元的大位移分析元的大位移分析. ANSYS 將對數(shù)應變和真實應力用于支持大應變的大多數(shù)單元的大將對數(shù)應變和真實應力用于支持大應變的大多數(shù)單元的大撓度撓度. Mooney-Rivlin 超彈性例外

21、超彈性例外, 見下表所示見下表所示.Analysis TypeSmall Displacement Large Displacement Large Displacement Large Displacement Large DisplacementElementsAllLarge DeflectionLarge StrainMooney-Rivlin hyper Blatz-Ko hyperInputStrainEngineering ()Engineering ()Log (l)*MOONEY uses EX & NUXY (based on )StressEngineering

22、(s)Engineering (s)True (t)*MOONEY uses sEX & NUXY (based on s)SolutionStrainEngineering ()Engineering ()Log (l)Log (l)Green-Lagrange (G)StressEngineering (s)Engineering (s)True (t)True (t)2nd Piola-Kirchoff (S)OutputStrainEngineering ()Engineering ()Log (l)Log (l)Log (l)StressEngineering (s)Engi

23、neering (s)True (t)True (t)True (t)Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 可能必須將數(shù)據(jù)從一種度量可能必須將數(shù)據(jù)從一種度量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為另一種為另一種. 輸入數(shù)據(jù)要用正確的度量輸入數(shù)據(jù)要用正確的度量. 用一致的度量將用一致的度量將 ANSYS 結(jié)果與已知的響應數(shù)據(jù)比較結(jié)果與已知的響應數(shù)據(jù)比較. 對于對于單軸單軸應力應力-應變數(shù)據(jù)應變數(shù)據(jù), 工程應力工程應力-

24、工程應變可以工程應變可以通過以下公式轉(zhuǎn)換為真實應力通過以下公式轉(zhuǎn)換為真實應力-對數(shù)應變對數(shù)應變: l = ln (1 + )t t = s s (1 + ) 注意這種應力轉(zhuǎn)換假設材料經(jīng)歷的大應變是不可壓縮注意這種應力轉(zhuǎn)換假設材料經(jīng)歷的大應變是不可壓縮或幾乎不可壓縮的或幾乎不可壓縮的. 該假設對大塑性應變或超彈材料有該假設對大塑性應變或超彈材料有效效.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual

25、用相反關(guān)系從真實轉(zhuǎn)換為工程用相反關(guān)系從真實轉(zhuǎn)換為工程: 從工程應變轉(zhuǎn)換為從工程應變轉(zhuǎn)換為 Green-Lagrange: 相反關(guān)系是相反關(guān)系是:25 . 0GG211ts11leBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual請參考請參考附加練習附加練習 : W9. 幾何非線性基礎幾何非線性基礎 - 應變度量學習應變度量學習Basic Structural Nonlinearities 11.0Ba

26、sic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual大應變大應變 : 當材料中的應變變當材料中的應變變“大大”時時(比如多于百分之幾比如多于百分之幾), 由于變形引起的幾何形狀改變不能再忽略了由于變形引起的幾何形狀改變不能再忽略了. “大大” 是與問題相關(guān)的是與問題相關(guān)的. 大應變分析不再假設應變是無窮小大應變分析不再假設應變是無窮小, 而是有限的而是有限的或大的或大的. 大應變理論考慮了形狀改變大應變理論考慮了形狀改變 (如厚度如厚度, 面積等面積等) 和和任意大轉(zhuǎn)動任意大轉(zhuǎn)

27、動. 也固有地考慮了應力剛化效應也固有地考慮了應力剛化效應.大應變行為包括所有與幾何非線性有大應變行為包括所有與幾何非線性有關(guān)的三種現(xiàn)象關(guān)的三種現(xiàn)象. 大應變大應變大轉(zhuǎn)動大轉(zhuǎn)動應力剛化應力剛化Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual大撓度大撓度: 當一個單元的轉(zhuǎn)動變當一個單元的轉(zhuǎn)動變“大大”時時 (比如大于比如大于1 到到2 度度), 單元的局部剛度轉(zhuǎn)換為全局分量時將發(fā)生顯單元的局部剛度轉(zhuǎn)換

28、為全局分量時將發(fā)生顯著的改變著的改變. “大大” 是與問題相關(guān)的是與問題相關(guān)的. 在在ANSYS中中, 術(shù)語術(shù)語大撓度大撓度 和和大轉(zhuǎn)動大轉(zhuǎn)動 可以相互交換使可以相互交換使用用. 大撓度理論考慮了大轉(zhuǎn)動大撓度理論考慮了大轉(zhuǎn)動, 但是它假設應變是小但是它假設應變是小應變應變. 還固有地考慮了應力剛化效應還固有地考慮了應力剛化效應.大撓度理論是大應變理論的子集大撓度理論是大應變理論的子集. 大應變大應變大轉(zhuǎn)動大轉(zhuǎn)動應力剛化應力剛化Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structu

29、ral Nonlinearities 11.0Training Manual應力剛化應力剛化: 一個零件中的應力狀態(tài)會影響到該零件的剛度一個零件中的應力狀態(tài)會影響到該零件的剛度. 隨著張力的增大隨著張力的增大, 電纜的橫向剛度增加電纜的橫向剛度增加. 隨著壓縮量的增大隨著壓縮量的增大, 柱體橫向剛度下降柱體橫向剛度下降 (最終導致完全最終導致完全喪失剛度喪失剛度 如如, 屈曲屈曲). 當應力剛化被激活時當應力剛化被激活時, 程序計算程序計算應力剛度矩陣應力剛度矩陣, 并將它添加到原始剛度矩陣去包含此效應并將它添加到原始剛度矩陣去包含此效應. 應力剛度矩陣僅僅是應力和幾何的函數(shù)應力剛度矩陣僅僅是

30、應力和幾何的函數(shù). 應力剛度矩陣使切向剛度矩陣更加一致應力剛度矩陣使切向剛度矩陣更加一致 (一般會改善收一般會改善收斂斂).大應變大應變大轉(zhuǎn)動大轉(zhuǎn)動應力剛化應力剛化Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 因此因此, 在大位移分析中在大位移分析中, 一個單元可用的一個單元可用的特殊特征特殊特征決定其行為決定其行為: 大應變大應變單元考慮形狀改變和大轉(zhuǎn)動單元考慮形狀改變和大轉(zhuǎn)動, 并固有地包含

31、應并固有地包含應力剛化效應力剛化效應. 在這樣的單元中在這樣的單元中, 不能將大應變效應和大轉(zhuǎn)動效應分開不能將大應變效應和大轉(zhuǎn)動效應分開. 大撓度大撓度單元考慮大轉(zhuǎn)動單元考慮大轉(zhuǎn)動, 并固有地包含應力剛化效應并固有地包含應力剛化效應. 許多過去的桿、梁和殼單元有大撓度能力許多過去的桿、梁和殼單元有大撓度能力, 但是沒有大應變但是沒有大應變( BEAM4, SHELL63 等等). 將將 應力剛化應力剛化 作為特殊特征列出的單元作為特殊特征列出的單元, 缺省時在剛度缺省時在剛度矩陣中包括應力剛化項矩陣中包括應力剛化項. 這一般有助于改善收斂速度這一般有助于改善收斂速度.Basic Structu

32、ral Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 程序幾乎可以用任何形式的剛度矩陣程序幾乎可以用任何形式的剛度矩陣, 收斂時仍收斂時仍然會獲得精確解然會獲得精確解. 初始剛度初始剛度 割線剛度割線剛度 切向剛度切向剛度FuFuFu精度由收斂容差決定精度由收斂容差決定, 而而不是不是 K 的形式的形式.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlineari

33、ties 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 盡管精度不受剛度矩陣形式的影響盡管精度不受剛度矩陣形式的影響, 但卻嚴重影但卻嚴重影響收斂速度響收斂速度.完全一致切向剛度矩陣完全一致切向剛度矩陣 通常收斂速度最快通常收斂速度最快. 完全一致切向剛度矩陣完全一致切向剛度矩陣 Kenl 由四個分量組成由四個分量組成:Kenl = Keinc + Kes s + Keu + Kea Keinc 為主切向矩陣為主切向矩陣. Kes s 為應力為應力- 剛化矩陣剛化矩陣. Keu 為初始位移為初始位移- 轉(zhuǎn)動矩陣轉(zhuǎn)動矩陣, 它包括

34、在剛度關(guān)系中改變幾何形狀它包括在剛度關(guān)系中改變幾何形狀的效應的效應. Kea 為壓力載荷剛度矩陣為壓力載荷剛度矩陣, 它包括在剛度關(guān)系中改變壓力載荷它包括在剛度關(guān)系中改變壓力載荷取向的效應取向的效應.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual對于大多數(shù)單元的大位移分析對于大多數(shù)單元的大位移分析, 缺省時自動包括前三缺省時自動包括前三個分量個分量.用求解控制去控制怎樣包括第四個分量用求解控制去控

35、制怎樣包括第四個分量 (壓力載荷剛壓力載荷剛度度) : 缺省缺省 (“程序選擇程序選擇”) 包括單元包括單元SURF153, SURF154, SHELL181, PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187, BEAM188和和BEAM189的壓力載的壓力載荷剛度荷剛度. 僅僅當遇到收斂困難問題時采用非缺省設置僅僅當遇到收斂困難問題時采用非缺省設置.對不直接支持壓力載荷剛度的單元對不直接支持壓力載荷剛度的單元, 可以通過在施加可以通過在施加壓力的表面上用壓力的表面上用 SURF154 包括該運算包括該運算.Basic Structural

36、Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 本章的剩余部分將描述在建立、運行和后處理大本章的剩余部分將描述在建立、運行和后處理大位移模型時經(jīng)常有用的各種過程技巧位移模型時經(jīng)常有用的各種過程技巧. 首先研究建模的一些技巧首先研究建模的一些技巧. 單元選擇單元選擇. 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分. 耦合和約束方程耦合和約束方程.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonli

37、nearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual用適當?shù)膯卧愋陀眠m當?shù)膯卧愋? 并非所有的單元都支持幾何非線性并非所有的單元都支持幾何非線性! 一些單元沒有幾何非線性能力一些單元沒有幾何非線性能力. 例如例如 CONTAC52 和和 PRETS179. 其他一些單元只有有限的幾何非線性能力其他一些單元只有有限的幾何非線性能力. 例如例如 VISCO88 不支持大應變或大轉(zhuǎn)動不支持大應變或大轉(zhuǎn)動, SHELL63 不支持大應不支持大應變變. 必須對計劃采用的每一種單元類型檢查單元描述必須對計劃采用的每一種單元類

38、型檢查單元描述中的特殊特征列表中的特殊特征列表.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 用適當?shù)膯卧愋陀眠m當?shù)膯卧愋? 另外另外, 對于經(jīng)歷塑性、蠕變或超彈性的模型對于經(jīng)歷塑性、蠕變或超彈性的模型, 大大應變處的材料變?yōu)閹缀醪豢蓧嚎s應變處的材料變?yōu)閹缀醪豢蓧嚎s. 由于剪切鎖定或體積鎖定由于剪切鎖定或體積鎖定, 不可壓縮性會導致不可壓縮性會導致收斂困難收斂困難. 可以通過仔細地選擇單元類

39、型和單元選項克服可以通過仔細地選擇單元類型和單元選項克服這些困難這些困難. 高級結(jié)構(gòu)非線性高級結(jié)構(gòu)非線性培訓教程中包括此問題的細節(jié)培訓教程中包括此問題的細節(jié).Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual預見網(wǎng)格扭曲預見網(wǎng)格扭曲. ANSYS 形狀檢查在形狀檢查在第一次第一次 迭代之前迭代之前, 檢查網(wǎng)格檢查網(wǎng)格的質(zhì)量的質(zhì)量. 在大應變分析中在大應變分析中, 在第一次迭代在第一次迭代之后之后, 網(wǎng)

40、格會變網(wǎng)格會變得嚴重扭曲得嚴重扭曲. 在在每一次每一次 迭代中迭代中, 不希望有不良的單元形狀不希望有不良的單元形狀. 通過修改原始網(wǎng)格通過修改原始網(wǎng)格, 防止出現(xiàn)不良形狀防止出現(xiàn)不良形狀.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 預見網(wǎng)格扭曲預見網(wǎng)格扭曲: 例如例如, 可以預見拉伸試件的頸縮區(qū)以后會扭曲可以預見拉伸試件的頸縮區(qū)以后會扭曲, 將初始網(wǎng)格在頸縮區(qū)細化將初始網(wǎng)格在頸縮區(qū)細化. 變

41、形后的網(wǎng)格要保持合理的高寬比變形后的網(wǎng)格要保持合理的高寬比.Deformed mesh atneck-down regionInitial mesh atneck-down regionBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 預見網(wǎng)格扭曲預見網(wǎng)格扭曲: 用兩個三角形單元代替四邊形單元以防止出現(xiàn)用兩個三角形單元代替四邊形單元以防止出現(xiàn) 180頂角頂角.未變形的網(wǎng)格未變形的網(wǎng)格變形后的網(wǎng)格變形

42、后的網(wǎng)格 出現(xiàn)大內(nèi)角出現(xiàn)大內(nèi)角.作為三角形作為三角形, 角單元保角單元保持較好的形狀持較好的形狀.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual用足夠的網(wǎng)格密度用足夠的網(wǎng)格密度. 當然當然, 要防止網(wǎng)格離散化錯誤要防止網(wǎng)格離散化錯誤, 必須有足夠的網(wǎng)必須有足夠的網(wǎng)格密度格密度. (單元等值線圖不連續(xù)就是明顯的證據(jù)單元等值線圖不連續(xù)就是明顯的證據(jù).) 另外另外, 要捕捉彎曲響應要捕捉彎曲響應, 殼和

43、梁單元網(wǎng)格必須足殼和梁單元網(wǎng)格必須足夠多夠多. 不應有超過不應有超過 30彎曲的單元彎曲的單元.30 最大最大.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 節(jié)點坐標系節(jié)點坐標系不不 因為考慮大轉(zhuǎn)動而修正因為考慮大轉(zhuǎn)動而修正. 耦合和耦合和約束方程總是作用在原始方向約束方程總是作用在原始方向. 例如例如, 在線性分析中在線性分析中, 銷接頭經(jīng)常用耦合建模銷接頭經(jīng)常用耦合建模. 然而然而在大變形分

44、析中在大變形分析中, 轉(zhuǎn)動方向的軸需要修正轉(zhuǎn)動方向的軸需要修正.非線性分析中用非線性非線性分析中用非線性 COMBIN7 單元單元代替耦合模擬三維銷接頭代替耦合模擬三維銷接頭.在大位移分析中一般要避免耦合和約束方程在大位移分析中一般要避免耦合和約束方程Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 一般要避免耦合和約束方程一般要避免耦合和約束方程: 連接轉(zhuǎn)動和位移自由度的約束方程基于連接轉(zhuǎn)動和位移

45、自由度的約束方程基于線性線性、小撓度小撓度 理論理論. 在節(jié)點在節(jié)點2 的的 ROTZ、節(jié)點節(jié)點1的的 UY 和節(jié)點和節(jié)點3的的 UY 之間之間, 傳遞運動的約束方程如下傳遞運動的約束方程如下:0 = UY3 - UY1 - 10*ROTZ2 顯然顯然, 此等式僅對小轉(zhuǎn)動有效此等式僅對小轉(zhuǎn)動有效.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 一般要避免耦合和約束方程一般要避免耦合和約束方程: 然

46、而然而, 要認識到要認識到, 在有些情況下在有些情況下, 耦合或約束方耦合或約束方程在非線性分析中有效程在非線性分析中有效. 例如例如: 可以在剛體邊界將約束的自由度耦合起來可以在剛體邊界將約束的自由度耦合起來. 可以用耦合模擬二維銷接頭可以用耦合模擬二維銷接頭. 約束方程對大應變、小轉(zhuǎn)動響應有效約束方程對大應變、小轉(zhuǎn)動響應有效.但是但是 在用耦合或約束方程在用耦合或約束方程之前請仔細地想一想之前請仔細地想一想!Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Non

47、linearities 11.0Training Manual 下面學習求解的一些技巧下面學習求解的一些技巧. 什么時候用大位移什么時候用大位移. 載荷與邊界條件載荷與邊界條件. 求解步長與收斂求解步長與收斂.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual何時應選擇大位移何時應選擇大位移? 大位移效應可以改善求解精度大位移效應可以改善求解精度, 但需要花費時間去運行一但需要花費時間去運行一個迭代的

48、非線性求解個迭代的非線性求解. 如果可以如果可以 100% 地確定大位移效應不重要地確定大位移效應不重要, 那么選擇小位移分析那么選擇小位移分析以使求解效率最快以使求解效率最快. 然而然而, 由第一個練習已經(jīng)知道由第一個練習已經(jīng)知道, 大位移效應非常重要大位移效應非常重要! 如果對此有任何疑問如果對此有任何疑問, 則始終用大位移則始終用大位移. 如果模型中有其他非線性如果模型中有其他非線性, 無論如何無論如何, 它們都將需要迭代求解它們都將需要迭代求解. 在在這種情況下這種情況下, 大位移所額外增加的費用是最小的大位移所額外增加的費用是最小的.有疑問時有疑問時, 始終用大位移始終用大位移 !B

49、asic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual加載和邊界條件加載和邊界條件. 考慮當結(jié)構(gòu)經(jīng)歷大撓度時考慮當結(jié)構(gòu)經(jīng)歷大撓度時, 載荷會發(fā)生什么變化載荷會發(fā)生什么變化: 在許多情況下在許多情況下, 載荷的方向?qū)⒈３植蛔冚d荷的方向?qū)⒈３植蛔? 在其他情況下在其他情況下, 當單元經(jīng)歷大轉(zhuǎn)動時載荷方向當單元經(jīng)歷大轉(zhuǎn)動時載荷方向“跟隨跟隨”單元而改變單元而改變. ANSYS 可以根據(jù)所施加載荷的類型模擬這兩種可

50、以根據(jù)所施加載荷的類型模擬這兩種情況情況. 另外另外, 在大應變分析中在大應變分析中, 壓力施加于更新的面壓力施加于更新的面. 因因此此, 由壓力產(chǎn)生的總載荷將隨壓力面的伸長或縮由壓力產(chǎn)生的總載荷將隨壓力面的伸長或縮短而變化短而變化.Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 載荷和邊界條件載荷和邊界條件:載荷載荷偏轉(zhuǎn)前的方向偏轉(zhuǎn)前的方向偏轉(zhuǎn)后的方向偏轉(zhuǎn)后的方向加速度加速度 (方向不變方向不變

51、)節(jié)點力節(jié)點力 (方向不變方向不變)單元壓力單元壓力 (隨動力隨動力; 總是垂直于表面總是垂直于表面)Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Training Manual 載荷和邊界條件載荷和邊界條件: 確保指定正確的邊界條件確保指定正確的邊界條件. 避免在邊界過約束變形體避免在邊界過約束變形體: 在大應變分析中在大應變分析中, 一般要避免單點約束和單點力一般要避免單點約束和單點力: FFFFBasic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11.0Basic Structural Nonlinearities 11