結(jié)構(gòu)靜力分析

1、第一章結(jié)構(gòu)靜力分析1.1結(jié)構(gòu)分析概述結(jié)構(gòu)分析的定義：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.結(jié)構(gòu)這個(gè)術(shù)語是一個(gè)廣義的概念,它包括土木工程結(jié)構(gòu),如橋梁和建筑物；汽車結(jié)構(gòu),如車身骨架；海洋結(jié)構(gòu),如船舶結(jié)構(gòu)；航空結(jié)構(gòu),如飛機(jī)機(jī)身等；同時(shí)還包括機(jī)械零部件,如活塞,傳動(dòng)軸等等.在ANSYS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)算得出的根本未知量節(jié)點(diǎn)自由度是位移,其他的一些未知量,如應(yīng)變,應(yīng)力,和反力可通過節(jié)點(diǎn)位移導(dǎo)出.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,大變形,大應(yīng)變,超彈性,接觸面和蠕變.模態(tài)分析-用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的

2、固有頻率和模態(tài).諧波分析-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).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),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-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輸入隨機(jī)振動(dòng)引起的應(yīng)力和應(yīng)變.曲屈分析-用于計(jì)算曲屈載荷和確定曲屈模態(tài).ANSYS可進(jìn)行線性特征值和非線性曲屈分析.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)雜的接觸問題.此外,前面提到的七種分析類型還有如下特殊的分析應(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ANSYS單元類型可用于結(jié)構(gòu)分析,單元

3、型從簡單的桿單元和梁單元一直到較為復(fù)雜的層合殼單元和大應(yīng)變實(shí)體單元.1.2結(jié)構(gòu)線性靜力分析靜力分析的定義靜力分析計(jì)算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的效應(yīng),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)間變化載荷如通常在許多建筑標(biāo)準(zhǔn)中所定義的等價(jià)靜力風(fēng)載和地震載荷.靜力分析中的載荷靜力分析用于計(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.靜力分析所施加的載荷包括：外部施加的

4、作用力和壓力穩(wěn)態(tài)的慣性力如中力和離心力位移載荷溫度載荷線性靜力分析和非線性靜力分析靜力分析既可以是線性的也可以是非線性的.非線性靜力分析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.線性靜力分析的求解步驟1 .建模2 .施加載荷和邊界條件,求解3 .結(jié)果評(píng)價(jià)和分析1.3結(jié)構(gòu)非線性靜力分析非線性結(jié)構(gòu)的定義在日常生活中,會(huì)經(jīng)常遇到結(jié)構(gòu)非線性.例如,無論何時(shí)用釘書針釘書,金屬釘書釘將永久地彎曲成一個(gè)不同的形狀.看圖11a如果你在一個(gè)木架上放置重物,隨著時(shí)間的遷移它將越來越下垂.看圖11b.當(dāng)在汽車或卡車上裝貨時(shí)

5、,它的輪胎和下面路面間接觸將隨貨物重量的嗇而變化.看圖11c如果將上面例子所載荷變形曲線畫出來,你將發(fā)現(xiàn)它們都顯示了非線性結(jié)構(gòu)的根本特征-變化的結(jié)構(gòu)剛性.C木架U輪胎圖11非線性結(jié)構(gòu)行為的普通例子非線性行為的原因引起結(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)變化包括接觸許多普通結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)出一種與狀態(tài)相關(guān)的非線性行為,例如,一根只能拉伸的電纜可能是松散的,也可能是繃緊的.軸承套可能是接觸的,也可能是不接觸的,凍土可能是凍結(jié)的,也可能是融化的.這些系統(tǒng)的剛度由于系統(tǒng)狀態(tài)的改變?cè)诓煌闹抵g忽然變化.狀態(tài)改變也許和載荷直接有關(guān)如在電纜情況中,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

6、件.ANSYS程序中單元的激活與殺死選項(xiàng)用來給這種狀態(tài)的變化建模.接觸是一種很普遍的非線性行為,接觸是狀態(tài)變化非線性類型形中一個(gè)特殊而重要的子幾何非線性如果結(jié)構(gòu)經(jīng)受大變形,它變化的幾何形狀可能會(huì)引起結(jié)構(gòu)的非線性地響應(yīng).一個(gè)例的垂向少,導(dǎo)致桿端顯示出在較剛性.隨著垂向載荷的增加,桿不斷彎曲以致于動(dòng)力臂明顯地減高載荷下不斷增長的剛性.圖12釣魚桿示范幾何非線性材料非線性非線性的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是結(jié)構(gòu)非線性名的常見原因.許多因素可以影響材料的應(yīng)力一一應(yīng)變性質(zhì),包括加載歷史如在彈一塑性響應(yīng)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.牛頓拉森方法ANSYS程序的方程求解器計(jì)算一系列的聯(lián)立線性方

7、程來預(yù)測工程系統(tǒng)的響應(yīng).然而,非線性結(jié)構(gòu)的行為不能直接用這樣一系列的線性方程表示.需要一系列的帶校正的線性近似來求解非線性問題.逐步遞增載荷和平衡迭代一種近似的非線性救求解是將載荷分成一系列的載荷增量.可以在幾個(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)載荷增量之前程序調(diào)整剛度矩陣以反映結(jié)構(gòu)剛度的非線性變化.遺憾的是,純粹的增量近似不可預(yù)防地隨著每一個(gè)載荷增量積累誤差,導(dǎo)種結(jié)果最終失去平衡,如圖13a所示所示.a純粹增量式解b全牛頓-拉普森迭代求解2個(gè)載荷增量圖83純粹增量近似與牛頓-拉普森近似的關(guān)系.ANSYS程序通過使用牛頓-拉普森平衡迭代克服

8、了這種困難,它迫使在每一個(gè)載荷增量的末端解到達(dá)平衡收斂在某個(gè)容限范圍內(nèi).圖13b描述了在單自由度非線性分析中牛頓-拉普森平衡迭代的使用.在每次求解前,NR方法估算出殘差矢量,這個(gè)矢量是回復(fù)力對(duì)應(yīng)于單元應(yīng)力的載荷和所加載荷的差值.程序然后使用非平衡載荷進(jìn)行線性求解,且核查收斂性.如果不滿足收斂準(zhǔn)那么,重新估算非平衡載荷,修改剛度矩陣,獲得新解.持續(xù)這種迭代過程直到問題收斂.ANSYS程序提供了一系列命令來增強(qiáng)問題的收斂性,如自適應(yīng)下降,線性搜索,自動(dòng)載荷步,及二分等,可被激活來增強(qiáng)問題的收斂性,如果不能得到收斂,那么程序或者繼續(xù)計(jì)算下一個(gè)載荷前或者終止依據(jù)你的指示.對(duì)某些物理意義上不穩(wěn)定系統(tǒng)的非

9、線性靜態(tài)分析,如果你僅僅使用NR方法,正切剛度矩陣可能變?yōu)榻抵榷剃?導(dǎo)致嚴(yán)重的收斂問題.這樣的情況包括獨(dú)立實(shí)體從固定外表別離的靜態(tài)接觸分析,結(jié)構(gòu)或者完全崩潰或者“忽然變成另一個(gè)穩(wěn)定形狀的非線性彎曲問題.對(duì)這樣的情況,你可以激活另外一種迭代方法,弧長方法,來幫助穩(wěn)定求解.弧長方法導(dǎo)致NR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),也往往阻止發(fā)散.這種迭代方法以圖形表示在圖14中.NR方法與弧長方法的比擬Convergedsolutionsn-Thereference詁工一lengthradiusna,rs-Subsecjuentarc-lengthradii非線性求解的組織級(jí)

10、別分線性求解被分成三個(gè)操作級(jí)別：載荷步、子步、平衡迭代.“頂層級(jí)別由在一定“時(shí)間范圍內(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.在每一個(gè)載荷是步內(nèi),為了逐步加載可以限制程序來執(zhí)行屢次求解子步或時(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解.圖15說明了一段用于非線性分析的典型的載荷歷史.圖15載荷步、子步、及“時(shí)間收斂容限當(dāng)你對(duì)平衡迭代確定收斂容限時(shí),你必須答這些問題： 你想基于載荷,變形,還是聯(lián)立二者來確定收斂容限 既然徑向偏移以弧度度量比對(duì)應(yīng)的平移小,你是不是想對(duì)這些不同的條目建立不同的收斂準(zhǔn)那么當(dāng)你確定收斂準(zhǔn)那么時(shí),ANSYS程序會(huì)給你一系列的選擇：你可

11、以將收斂檢查建立在力,力矩、位移、轉(zhuǎn)動(dòng)或這些工程的任意組合上.另外,每一個(gè)工程可以有不同的收斂容限值.對(duì)多自由度問題,你同樣也有收斂準(zhǔn)那么的選擇問題.當(dāng)你確定你的收斂準(zhǔn)那么時(shí),記住以力為根底的收斂提供了收斂的絕對(duì)量度,而以位移為根底的收斂僅提供了表觀收斂的相對(duì)量度.因此,你應(yīng)當(dāng)如果需要總是使用以力為根底或以力矩為根底的收斂容限.如果需要可以增加以位移為根底或以轉(zhuǎn)動(dòng)為根底的收斂檢查,但是通常不單獨(dú)使用它們.圖16說明了一種單獨(dú)使用位移收斂檢查導(dǎo)致出錯(cuò)情況.在第二次迭代后計(jì)算出的位移很小可能被認(rèn)為是收斂的解,盡管問題仍舊遠(yuǎn)離真正的解.要預(yù)防這樣的錯(cuò)誤,應(yīng)當(dāng)使用力收斂檢查.圖16完全依賴位移收斂檢查

12、有時(shí)可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果.保守行為與非保守行為：過程依賴性如果通過外載輸入系統(tǒng)的總能量當(dāng)載荷移去時(shí)復(fù)原,我們說這個(gè)系統(tǒng)是保守的.如果能量被系統(tǒng)消耗如由于塑性應(yīng)變或滑動(dòng)摩擦,我們說系統(tǒng)是非保守的,一個(gè)非守恒系統(tǒng)的例子顯不在圖17o一個(gè)保守系統(tǒng)的分析是與過程無關(guān)的：通?？梢匀魏雾樞蚝鸵匀魏螖?shù)目的增量加載而不影響最終結(jié)果.相反地,一個(gè)非保守系統(tǒng)的分析是過程相關(guān)的；必須緊緊跟隨系統(tǒng)的實(shí)際加載歷史,以獲得精確的結(jié)果.如果對(duì)于給定的載荷范圍,可以有多于一個(gè)的解是有效的如在忽然轉(zhuǎn)變分析中這樣的分析也可能是過程相關(guān)的.過程相關(guān)問題通常要求緩慢加載也就是,使用許多子步到最終的載荷值.子步當(dāng)使用多個(gè)子步時(shí),你需要考

13、慮精度和代價(jià)之間的平衡；更多的子步驟也就是,小的時(shí)間步通常導(dǎo)致較好的精度,但以增多的運(yùn)行時(shí)間為代價(jià).ANSYS提供兩種方法來限制子步數(shù)：子步數(shù)或時(shí)間步長我們即可以通過指定實(shí)際的子步數(shù)也可以通過指定時(shí)間步長限制子步數(shù).自動(dòng)時(shí)間步長ANSYS程序,基于結(jié)構(gòu)的特性和系統(tǒng)的響應(yīng),來調(diào)查時(shí)間步長子步數(shù)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),而且你對(duì)結(jié)構(gòu)的行為子解足夠好可以保證深到收斂的解,那么你也許能夠自己確定多小的時(shí)間步長是必需的,且對(duì)所有的載荷步使用這同一時(shí)間步.務(wù)必允許足夠大的平衡迭代數(shù).自動(dòng)時(shí)間分步如果你預(yù)料你的結(jié)構(gòu)的行為將從線性到非線性變化,你也許想要在系統(tǒng)響應(yīng)的非線性局部期

14、間變化時(shí)間步長.在這樣一種情況,你可以激活自動(dòng)時(shí)間分步以便隨需要調(diào)整時(shí)間步長,獲得精度和代價(jià)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,你也許想要使用自動(dòng)時(shí)間分步來激活A(yù)NSYS程序的二分特點(diǎn).二分法提供了一種對(duì)收斂失敗自動(dòng)矯正的方法.無論何時(shí)只要平衡迭代收斂失敗,二分法將把時(shí)間步長分成兩半,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)間步再次收斂失敗,二分法將再次分割時(shí)間步長然后重啟動(dòng),持續(xù)這一過程直到獲得收斂或到達(dá)最小時(shí)間步長由你指定.載荷和位移方向當(dāng)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷大變形時(shí)應(yīng)該考慮到載荷將發(fā)生了什么變化.在許多情況中,無論結(jié)構(gòu)如何變形施加在系統(tǒng)中的載荷保持恒定的方向.而在另一些情

15、況中,力將改變方向,隨著單元方向的改變而變化.ANSYS程序?qū)@兩種情況都可以建模,依賴于所施加的載荷類型.加速度和集中力將不管單元方向的改變而保持它們最初的方向,外表載荷作用在變形單元外表的法向,且可被用來模擬“跟隨力.圖18說明了恒力和跟隨力.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)算出的位移在最初的方向上輸出.載荷由速度結(jié)點(diǎn)力變和前的方向單元面裁圖18變形前后載荷方向非線性瞬態(tài)過程的分析用于分析非線性瞬態(tài)行為的過程,與對(duì)線性靜態(tài)行為的處理：相似以步進(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)過程分析中要激活時(shí)間積分效應(yīng).因此,在瞬態(tài)過程分析中“時(shí)間總是表

16、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)過程分析.非線性分析中用到的命令使用與任何其它類型分析的同一系列的命令來建模和進(jìn)行非線性分析.同樣,無論你正在進(jìn)行何種類型的分析,你可從用戶圖形界面GUI選擇相似的選項(xiàng)來建模和求解問題.本章后面的局部非線性實(shí)例分析命令,給你顯示了使用批處理方法用ANSYS分析一個(gè)非線性分析時(shí)的一系列命令.另一局部“非線性實(shí)例分析GUI方法,給你顯示了如何從ANSYS的GUI中執(zhí)行同樣的例子分析.非線性分析步驟綜述盡管非線性分析比線性分析變得更加復(fù)雜,但處理根本相同.只是在非線形分析的適當(dāng)過程中,添加了需要的非線形特性.如何進(jìn)行非線性靜態(tài)分析非線性靜態(tài)分析是

17、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：1、建模.2、加載且得到解.3、考察結(jié)果.步驟1: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中可能包括特殊的單元或非線性材料性質(zhì),如果模型中包含大應(yīng)變效應(yīng),應(yīng)力一應(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.步驟2: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),開始有限無求解.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.處理過程如下：1、進(jìn)入ANSYS求解器命令：/SolutionGUI:MainMenuSolution2、定義分析類型及分析選項(xiàng).分析類型

18、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)SOLVL命令之后不能被改變.ANSYS提供這些選項(xiàng)用于靜態(tài)分析.表11分析類型和分析選項(xiàng)OptionCommandGUIPathNewAnalysisANTYPEMainMenaSolutior-AnalysisType-NewAnalysis/RestartAnalysisType:StaticANTYPEMainMenii8olutioAnalysisType-MewAnalysi5StaticLargeDefoimationEffectsNLGEOMMainMenuSolutiorAnaiysisOptionsStressStiffe

19、ningEffectsSSTIFMainMeniSolutiorlAnalysisOptionsNewion-RciphsoriOptionNROPTMainWenoSolutiooAnaiysisOptionsEqualionSoh/erEQSLVMainMenoSolutioroAnalysisOptions這些選項(xiàng)中的每一個(gè)都將在下面詳細(xì)地解釋.選項(xiàng)：新白分析ANTYPE一般情況下會(huì)使用NewAnalysis新的分析.選項(xiàng)：分析類型：靜態(tài)ANTYPE選4SStatic靜態(tài).選項(xiàng)：大變形或大應(yīng)變選項(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.選

20、項(xiàng)：應(yīng)力岡1J化效應(yīng)SSTIF如果存在應(yīng)力剛化效應(yīng)選擇ON.選項(xiàng)：牛頓拉普森選項(xiàng)NROPT僅在非線性分析中使用這個(gè)選項(xiàng).這個(gè)選項(xiàng)指定在求解期間每隔多久修改一次正切矩陣.你可以指定這些值中的一個(gè). 程序選擇NROPT,ANTO: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).在需要時(shí)牛頓-拉普森方法將自動(dòng)激活自適應(yīng)下降. 全NROPT,FNLL；程序使用完全的牛頓拉普森處理方法,在這種處理方法中每進(jìn)行一次平衡迭代修改剛度矩陣一次.如果自適應(yīng)下降是關(guān)閉的,程序每一次平衡迭代都使用正切剛度矩陣.我們一般不建議關(guān)閉自適應(yīng)下降,但是你或許發(fā)現(xiàn)這樣做可能更有效.如果自適應(yīng)下降是翻開的缺省,只要迭代

21、保持穩(wěn)定也就是,只要剩余項(xiàng)減小,且沒有負(fù)主對(duì)角線出現(xiàn)程序?qū)H使用正切剛度陣.如果在一次迭代中探測到發(fā)散傾向,程序拋棄發(fā)散的迭代且重新開始求解,應(yīng)用正切和正割剛度矩陣的加權(quán)組合.當(dāng)?shù)氐绞諗磕Ｊ綍r(shí),程序?qū)⒅匦麻_始使用正切剛度矩陣.對(duì)復(fù)雜的非線性問題自適應(yīng)下降通常將提升程序獲得收斂的水平.修正的NROPT,MODI:程序使用修正的牛頓拉普森方法,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)子步的平衡迭代期間矩陣不被改變.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 初始剛度NROPT,INIT: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)散,但它經(jīng)常要求更屢

22、次的迭代來得到收斂.它不適用于大變形分析.自適應(yīng)下降是不可用的.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).3、在模型上加載,記住在大變型分析中慣性力和點(diǎn)載荷將保持恒定的方向,但外表力將“跟隨結(jié)構(gòu)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.以下選項(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)包括以下：TimeTIMEANSYS程序借助在每一個(gè)載荷步末端給定的TIME參數(shù)識(shí)別出載荷步和子步.使用TIME命令來定義受某些實(shí)際物理量如先后時(shí)間,所施加的壓力,等等.限制的TIME值.程序通過這個(gè)選項(xiàng)來指定載荷步的末端時(shí)間.注意在沒有指定TIME值時(shí),程序?qū)⒁罁?jù)缺省自動(dòng)地對(duì)每

23、一個(gè)載荷步按1.0增加TIME在第一個(gè)載荷步的末端以TIME=1.0開始. 時(shí)間步的數(shù)目NSUBST 時(shí)間步長DELTIM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)語是等效的從而ANSYS可以逐漸施加所給定的載荷,得到精確的解.NSUBST和DELTIM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.NSNBST定義在一個(gè)載荷步內(nèi)將被使用的子步的數(shù)目,而DELTIM明確地定義時(shí)間步長.如果自動(dòng)時(shí)間步長是關(guān)閉的,那么起始子步長用于整個(gè)載荷步.缺省時(shí)是每個(gè)載荷步有一個(gè)子步. 漸進(jìn)式或階躍式的加載在與應(yīng)變率無關(guān)的材料行為的非線性靜態(tài)分析中通常不需要指定這個(gè)選項(xiàng),由于依據(jù)缺省,

24、載荷將為漸進(jìn)式的階躍式的載荷KBC,1除了在率一相關(guān)材料行為情狀下蠕變或粘塑性,在靜態(tài)分析中通常沒有意義. 自動(dòng)時(shí)間分步AUTOTS這一選項(xiàng)允許程序確定子步間載荷增量的大小和決定在求解期間是增加還是減小時(shí)間步子步長.缺省時(shí)是OFF關(guān)閉.你可以用AUTOTS命令翻開自動(dòng)時(shí)間步長和二分法.通過激活自動(dòng)時(shí)間步長,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.在一個(gè)時(shí)間步的求解完成后,下一個(gè)時(shí)間步長的大小基于四種因素預(yù)計(jì)：在最近過去的時(shí)間步中使用的平衡迭代的數(shù)目更屢次的迭代成為時(shí)間步長減小的原因 對(duì)非線性單元狀態(tài)改變預(yù)測當(dāng)狀態(tài)改變臨近時(shí)減小時(shí)間步長 塑性應(yīng)變?cè)黾拥拇笮?蠕變?cè)黾拥拇笮》蔷€性選項(xiàng)程序?qū)?/p>

25、連續(xù)進(jìn)行平衡迭代直到滿足收斂準(zhǔn)那么或者直到到達(dá)允許的平衡迭代的最大數(shù)NEQIT.我們可以用缺省的收斂準(zhǔn)那么,也可以自己定義收斂準(zhǔn)那么.收斂準(zhǔn)那么CNVTOL缺省的收斂準(zhǔn)那么依據(jù)缺省,程序?qū)⒁訴ALUETOLER的值對(duì)力或者力矩進(jìn)行收斂檢查.VALUE的缺省值是在所加載荷或所加位移,Netwton-Raphson回復(fù)力的SRSS,和MINREF其缺省為1.0中,取值較大者.TOLER的缺省值是0.001你應(yīng)當(dāng)幾乎總是使用力收斂檢查.可以添加位移或者轉(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i和前面i1次迭代之間的位移改變上.注意如果你明確地定義了任何收斂準(zhǔn)那么CNVTOL,缺省準(zhǔn)那么將“失

26、效.因此,如果你定義了位移收斂檢查,你將不得不再定義力收斂檢查使用多個(gè)CNVTOL命令來定義多個(gè)收斂準(zhǔn)那么.用戶收斂準(zhǔn)那么你可以定義用戶收斂準(zhǔn)那么,替代缺省的值.使用嚴(yán)格的收斂準(zhǔn)那么將提升你的結(jié)果的精度,但以多更次的平衡迭代為代價(jià).如果你想嚴(yán)格加放松你的準(zhǔn)那么,你應(yīng)當(dāng)改變TOLER兩個(gè)數(shù)量級(jí).一般地,你應(yīng)當(dāng)繼續(xù)使用VALUE的缺省值；也就是,通過調(diào)整TOLER,而不是VALUL改變收斂準(zhǔn)那么.你應(yīng)當(dāng)保證MINREF=1.0的缺省值在你的分析范圍內(nèi)有意義.在單一和多DOF系統(tǒng)中檢查收斂要在單自由度DOF系統(tǒng)中檢查收斂,你對(duì)這一個(gè)DOF計(jì)算出不平衡力,然后對(duì)照給定的收斂準(zhǔn)那么VALUE*TOLER

27、參看這個(gè)值同樣也可以對(duì)的單一DOF的位移和旋度收斂進(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擬方法.ANSYS程序提供三種不同的矢量標(biāo)準(zhǔn)用于收斂核查. 無限標(biāo)準(zhǔn)在你模型中的每一個(gè)DOF處重復(fù)單一DOF核查. LI標(biāo)準(zhǔn)將收斂準(zhǔn)那么同所有DOFS的不平衡力力矩的絕對(duì)值的總和相對(duì)照. L2標(biāo)準(zhǔn)使用所有DOFS不平衡力或力矩的平方總和的平方根進(jìn)行收斂檢查.實(shí)例對(duì)于下面例子,如果不平衡力在每一個(gè)DOF處單獨(dú)檢查小于或等于50000.0005也就是2.5,且如果位移的改變以平方和的平方根檢查小于或等于100001也就是0.01,子步將認(rèn)為是收斂的.CNVTOL,F,5000,0.005,

28、0CNVTOL,U,10,0.001,2 平衡迭代的最大次數(shù)NEQIT使用這個(gè)選項(xiàng)來對(duì)在每一個(gè)子步中進(jìn)行的最大平衡迭代次數(shù)實(shí)行限制缺省=25.如果在這個(gè)平衡迭代次數(shù)之內(nèi)不能滿足收斂準(zhǔn)那么,且如果自動(dòng)步長是翻開的AUTOTS,分析將嘗試使用二分法.如果二分法是不可能的,那么,分析將或者終止,或者進(jìn)行下一個(gè)載荷步,依據(jù)彳在NCNV命令中發(fā)出的指示. 求解終止選項(xiàng)NCNV這個(gè)選項(xiàng)處理五種不同的終止準(zhǔn)那么： 如果位移“太大它建立一個(gè)用于終止分析和程序執(zhí)行的準(zhǔn)那么. 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)CPU時(shí)間設(shè)置限制. 弧長選項(xiàng)ARCLEN如果你預(yù)料結(jié)構(gòu)在它的載荷歷史內(nèi)在某些

29、點(diǎn)將變得物理意義上不穩(wěn)定也就是,結(jié)構(gòu)的載荷一位移曲線的斜度將為0或負(fù)值,你可以使用弧長方法來幫助穩(wěn)定數(shù)值求解.激活弧長方法的典型的系列命令顯示在這里：注意當(dāng)適宜時(shí),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(xiàng).然而,你不應(yīng)和弧長方法一起使用以下選項(xiàng)：不要使用線搜索LNSRCH,時(shí)間步長預(yù)測PRED,自適應(yīng)下降NROPT,ON,自動(dòng)時(shí)間步長AUTOTS,TIME,DELTIM,或翻開時(shí)間積分效應(yīng)TIMINT. 時(shí)間步長預(yù)測糾正選項(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DOF求解有關(guān)的預(yù)測.這個(gè)特點(diǎn)加速收斂且如果非線性響應(yīng)是相對(duì)平滑的,它特別的有用.在包含大轉(zhuǎn)動(dòng)或粘彈的分析中它并

30、不是非常有用.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.當(dāng)被激活時(shí),無論何時(shí)發(fā)現(xiàn)硬化響應(yīng).這個(gè)收斂提升工具用程序計(jì)算出的比例因子具有0和1之間的值乘以計(jì)算出的位移增量.由于線搜索算法是用來對(duì)自適應(yīng)下降選項(xiàng)NROPT進(jìn)行的替代,如果線搜索選項(xiàng)是開,自適應(yīng)下降不被自動(dòng)激活.不建議你同時(shí)激活線搜索和自適應(yīng)下降.當(dāng)存在強(qiáng)迫位移時(shí),直到迭代中至少有一次具有一個(gè)的線搜索值運(yùn)算才會(huì)收斂.ANSYS調(diào)節(jié)整個(gè)DU矢量,包括強(qiáng)迫位移值；否那么,除了強(qiáng)迫DOF處一個(gè)小的位移值將隨處發(fā)生.直到適代中的某一次具有1的線搜索值,ANSYS才施加全部位移值.蠕變準(zhǔn)那么CRPLIM,CRCR如果結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出蠕變行為,

31、可以指定蠕變準(zhǔn)那么用于自動(dòng)時(shí)間步調(diào)整.如果自動(dòng)時(shí)間步長AUTOTS不是翻開的,這個(gè)蠕變準(zhǔn)那么將無效.程序?qū)?duì)所有單元計(jì)算蠕應(yīng)變?cè)隽吭谧罱鼤r(shí)間步中蠕變的變化對(duì)彈性應(yīng)變的比值.如果最大比值比判據(jù)大,程序?qū)p小下一個(gè)時(shí)間步長；如果小,程序或許增加下一個(gè)時(shí)間步長.同樣地程序?qū)炎詣?dòng)時(shí)間步長建立在平衡迭代次數(shù),即將發(fā)生的單元狀態(tài)改變,以及塑性應(yīng)變?cè)隽康母咨?時(shí)間步長將被調(diào)整到對(duì)應(yīng)這些工程中的任何一個(gè)所計(jì)算出的最小值.如果比值高于0.25的穩(wěn)定界限,且如果時(shí)間增量不能被減小,解可能發(fā)散且分析將由于錯(cuò)誤信息而終止.這個(gè)問題可以通過使最小時(shí)間步長足夠小預(yù)防DELTIM,NSUBST. 激活和殺死選項(xiàng)在ANS

32、YS/Mechanical和ANSYS/LSDYNA產(chǎn)品中,你可以去殺死和激活單元來模擬材料的消去和添加.程序通過用一個(gè)非常小的數(shù)它由ESTIF命令設(shè)置乘以它的剛度從總質(zhì)量矩陣消去它的質(zhì)量“殺死一個(gè)單元.對(duì)無活性單元的單元載荷壓力,熱通量,熱應(yīng)變,等等同樣地設(shè)置為零.你需要在前處理中定義所有可能的單元；你不可能在SOLUTION中產(chǎn)生新的單元.要在你的分析的后面階段中“出生的那些單元,在第一個(gè)載荷步前應(yīng)當(dāng)被殺死,然后去在適當(dāng)?shù)妮d荷步的開始被重激活,當(dāng)單元被重激活時(shí),它們具有零應(yīng)變狀態(tài),且如果NLGEOM,ON它們的幾何開頭長度,面積等等被修改來與它們的的現(xiàn)偏移位置相適應(yīng). 殺死EKILL 激活

33、EALIVE 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方法是來改變它的材料性質(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).EKILL適用于大多數(shù)單元類型.MPCHG適用于所于單元類型.輸出限制選項(xiàng)輸出限制選項(xiàng)包括以下： 打印輸出OUTPR使用這個(gè)選項(xiàng)來在輸出文件Jobname.out中包括進(jìn)便所想要的結(jié)果數(shù)據(jù). 結(jié)果文件輸出OUTRES這個(gè)選項(xiàng)限制結(jié)果文件中的數(shù)據(jù)Jobname.rst.OUTPR和OUTRES用來限制結(jié)果被寫入這些文件的頻率. 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)果到結(jié)點(diǎn)而替代外推它們,如果在單元中存在非線性

34、塑性,蠕變,膨脹的話.積分點(diǎn)非線性變化總是被拷貝到結(jié)點(diǎn).注意：對(duì)輸出行使以下警告： 恰當(dāng)使用多個(gè)OUTRES或OUTPR命令有時(shí)可能有一點(diǎn)小的技巧. 依據(jù)缺省,在非線性分析中只有最后一個(gè)子步被寫入結(jié)果文件.要寫入所有子步,設(shè)置OUTRES中的FREQ域?yàn)锳LL. 依據(jù)缺者,只有1000個(gè)結(jié)果集子步可以被寫入結(jié)果文件.如果超過了這個(gè)數(shù)目基于你的OUTRES指定,程序?qū)⒂捎阱e(cuò)誤而終止.使用命令/CONFIG,NRES來增加這個(gè)界限.5、存儲(chǔ)根本數(shù)據(jù)的備份副本于另一文件.命令：SAVEGUI:UtilityMenuFileSaveAs6、開始求解計(jì)算.命令：SOLVEGUI:MainMennSolu

35、tion-Solve-CurrentLS7、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3至6.8、離開SOLUTION處理器命令：FINISHGUI:關(guān)閉Solution菜單.步驟3:考察結(jié)果來自非線性靜態(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.可以用POST1,通用后處理器,或者用POST26,時(shí)間歷程后處理器,來考察這些結(jié)果.記住,用POST1一次僅可以讀取一個(gè)子步,且來自那個(gè)子步的結(jié)果應(yīng)當(dāng)已被寫入Jobname.rst.載荷步選項(xiàng)命令OUTRES限制哪一個(gè)子步的結(jié)果被存儲(chǔ)入Jobname.rst.典型的POST1后處理順序?qū)⒃谙旅婷枋?要記住的要點(diǎn) 用POST1考

36、察結(jié)果,數(shù)據(jù)庫中的模型必須與用于求解計(jì)算的模型相同. 結(jié)果文件(Jobname.rst)必須是可用的.用POST1考察結(jié)果1、檢查你的輸出文件(Jobname.out)是否在所有的子步分析都收斂. 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斂失敗. 如果你的解收斂,那么繼續(xù)進(jìn)行后處理.2、進(jìn)入POST1.如果用于求解的模型現(xiàn)在不在數(shù)據(jù)中,發(fā)出RESUME.命令：POST1GUI:MainMenuGeneralPostproc3、讀取需要的載荷步和子步結(jié)果,這可以依據(jù)載荷步和子步號(hào)或者時(shí)間來識(shí)別然而,不能依據(jù)時(shí)間識(shí)別出弧長結(jié)果.命令：SETGUI:MainMennGeneralPost

37、procReadResults-Loadstep同樣地你可以使用SUBSET或者APPEND命令來只對(duì)選出的局部模型讀取或者合并結(jié)果數(shù)據(jù).這些命令中的任何一個(gè)中的LIST參數(shù)列出結(jié)果文件中可用的解.你同樣地可以通過INRES命令限制從結(jié)果文件到根本數(shù)據(jù)被寫的數(shù)據(jù)總量.另外可以用ETABLL命令對(duì)選出的單元存進(jìn)行后處理.注意：如果你指定了一個(gè)沒有結(jié)果可用的Time值,ANSYS程序?qū)⑦M(jìn)行線性內(nèi)插來計(jì)算出那Time處的結(jié)果.熟悉到在非線分析中這種線性內(nèi)插通常將導(dǎo)致某些精度損失(參看圖19).因此,對(duì)于非線性分析,通常你應(yīng)當(dāng)在一個(gè)精確地對(duì)應(yīng)于要求子步的TIME處進(jìn)行后處理.圖19非線性果的線性內(nèi)插可

38、能引起某些誤差.4、使用以下任意選項(xiàng)顯示結(jié)果選項(xiàng)；顯示已變形的形狀命令：PLDISPGUI:MainMenuGeneralPostprocPlotResultsDeformedShapes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)：等值線顯示命令：PLNSOL或者PLESOLGUI:MainMenuGeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSolu或者ElementSolu使用這些選項(xiàng)來顯示應(yīng)力,應(yīng)變,或者任何其它可用工程的等值線.如果鄰接的單元具有不同材料行為(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,或者由于鄰近的單元的死活屬性不同而產(chǎn)生),你應(yīng)當(dāng)注意預(yù)防你的結(jié)果中的結(jié)點(diǎn)應(yīng)力平均錯(cuò)誤.同樣地你可以繪帛單元表數(shù)據(jù)和線單元數(shù)據(jù)的等值線：命令：PL