第14章結(jié)構(gòu)非線性分析

1、第第14章章 結(jié)構(gòu)非線性分析結(jié)構(gòu)非線性分析14.1 基本概念基本概念v當(dāng)作用在結(jié)構(gòu)上的載荷引起結(jié)構(gòu)剛度的重大改變時(shí)，當(dāng)作用在結(jié)構(gòu)上的載荷引起結(jié)構(gòu)剛度的重大改變時(shí)，要進(jìn)行非線性分析。引起剛度改變的主要原因是：要進(jìn)行非線性分析。引起剛度改變的主要原因是：v應(yīng)變超過彈性極限（塑性）應(yīng)變超過彈性極限（塑性）v大變形，如受力的釣魚桿大變形，如受力的釣魚桿v兩個(gè)物體之間的接觸兩個(gè)物體之間的接觸StrainStress14.1 基本概念基本概念(續(xù)續(xù))v當(dāng)載荷引起較大的剛度改變，載荷變形曲線變?yōu)楫?dāng)載荷引起較大的剛度改變，載荷變形曲線變?yōu)榉蔷€性。非線性。v挑戰(zhàn)：用線性方程組來求解非線性位移響應(yīng)。挑戰(zhàn)：用線性方

2、程組來求解非線性位移響應(yīng)。非線性反應(yīng)非線性反應(yīng)線性反應(yīng)線性反應(yīng)位移位移外載荷外載荷14.1.1 非線性求解方案非線性求解方案v一種方法為將載荷分為一系列增量形式并逐漸施加一種方法為將載荷分為一系列增量形式并逐漸施加載荷，同時(shí)在每一載荷增量結(jié)束時(shí)調(diào)整剛度矩陣載荷，同時(shí)在每一載荷增量結(jié)束時(shí)調(diào)整剛度矩陣v 這一方法的主要問題是隨著每一載荷增量的誤差積這一方法的主要問題是隨著每一載荷增量的誤差積累，引起最終結(jié)果引起結(jié)構(gòu)不平衡累，引起最終結(jié)果引起結(jié)構(gòu)不平衡非線性反應(yīng)非線性反應(yīng)位移位移外載荷外載荷誤差誤差計(jì)算值計(jì)算值14.1.1 非線性求解方案非線性求解方案(續(xù)續(xù))vANSYS運(yùn)用運(yùn)用Newton-Rap

3、hson算法：算法：以增量形式逐漸施荷加載以增量形式逐漸施荷加載在每一載荷增量中完成平衡迭代來使得增在每一載荷增量中完成平衡迭代來使得增量求解達(dá)到平衡量求解達(dá)到平衡14.1.1 非線性求解方案非線性求解方案(續(xù)續(xù))求解平衡方程求解平衡方程 KT u = F - Fnr KT =切線剛度矩陣切線剛度矩陣 u =位移增量位移增量F =外部載荷向量外部載荷向量Fnr =內(nèi)部力向量?jī)?nèi)部力向量進(jìn)行迭代，直到進(jìn)行迭代，直到F - Fnr在允許誤差范圍內(nèi)在允許誤差范圍內(nèi)這一過程在每一載荷增量中繼續(xù)，直到施加完整這一過程在每一載荷增量中繼續(xù)，直到施加完整個(gè)外部載荷。個(gè)外部載荷。DisplacementFKT1

4、234 次平衡迭代次平衡迭代Fnr u14.1.2 非線性分析的內(nèi)容非線性分析的內(nèi)容v一個(gè)典型的非線性分析包括以下內(nèi)容：一個(gè)典型的非線性分析包括以下內(nèi)容：一個(gè)或更多的載荷步來施加外部載荷以及邊界一個(gè)或更多的載荷步來施加外部載荷以及邊界條件。條件。(這對(duì)于線性分析也同樣適用這對(duì)于線性分析也同樣適用)多個(gè)子步來逐漸施加載荷。每一子步代表一個(gè)多個(gè)子步來逐漸施加載荷。每一子步代表一個(gè)載荷增量。載荷增量。(線性分析每一載荷步僅需要一個(gè)子步線性分析每一載荷步僅需要一個(gè)子步)平衡迭代以獲得在每一子步的平衡平衡迭代以獲得在每一子步的平衡(或收斂或收斂)。(不適用于線性分析不適用于線性分析)“時(shí)間時(shí)間外載荷外載

5、荷子步子步LS1載荷步載荷步 (LS2)14.1.3 時(shí)間和時(shí)間步時(shí)間和時(shí)間步每一載荷步和子步與一個(gè)具體的時(shí)間相對(duì)應(yīng)每一載荷步和子步與一個(gè)具體的時(shí)間相對(duì)應(yīng)在大多數(shù)非線性靜力分析中，時(shí)間只是被用作一個(gè)在大多數(shù)非線性靜力分析中，時(shí)間只是被用作一個(gè)計(jì)數(shù)器，并不意味著實(shí)際的時(shí)間計(jì)數(shù)器，并不意味著實(shí)際的時(shí)間“時(shí)間時(shí)間”外載荷外載荷1.02.0缺省情況下，在第一載荷缺省情況下，在第一載荷步末賦與時(shí)間為步末賦與時(shí)間為1.0，在第二，在第二載荷步末賦與時(shí)間為載荷步末賦與時(shí)間為2.0，以，以此類推。此類推。對(duì)于率不相關(guān)分析，為方對(duì)于率不相關(guān)分析，為方便起見，你可以設(shè)置時(shí)間為便起見，你可以設(shè)置時(shí)間為任何期望的值。

6、例如：任何期望的值。例如：將時(shí)將時(shí)間設(shè)置與載荷大小相等，你間設(shè)置與載荷大小相等，你將會(huì)很容易地繪制載荷變將會(huì)很容易地繪制載荷變形曲線。形曲線。14.1.3 時(shí)間和時(shí)間步時(shí)間和時(shí)間步(續(xù)續(xù))v兩個(gè)子步間的時(shí)間增量是兩個(gè)子步間的時(shí)間增量是時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng) tv時(shí)間步長(zhǎng)決定了在一個(gè)子步中的載荷增量。時(shí)間步時(shí)間步長(zhǎng)決定了在一個(gè)子步中的載荷增量。時(shí)間步長(zhǎng)越大，載荷增量越大，因此時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)求解的精長(zhǎng)越大，載荷增量越大，因此時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)求解的精度有直接的影響度有直接的影響v ANSYS具有一個(gè)自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)的功能，它會(huì)在一具有一個(gè)自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)的功能，它會(huì)在一個(gè)載荷步的所有子步中預(yù)測(cè)并控制時(shí)間步長(zhǎng)個(gè)載荷步的所有子

7、步中預(yù)測(cè)并控制時(shí)間步長(zhǎng)“時(shí)間時(shí)間”外載荷外載荷1.02.0 t F14.1.4 非線性分析的典型步驟非線性分析的典型步驟v假定幾何模型與網(wǎng)格劃分已完成，非線性分析的假定幾何模型與網(wǎng)格劃分已完成，非線性分析的典型步驟如下：典型步驟如下：1.確定分析類型確定分析類型(通常為靜態(tài)通常為靜態(tài))2.確定求解控制選項(xiàng)確定求解控制選項(xiàng)SolutionSoln Control3.施加載荷施加載荷4.保存數(shù)據(jù)庫保存數(shù)據(jù)庫5.求解求解14.1.4 非線性分析的典型步驟非線性分析的典型步驟(續(xù)續(xù))v常用的求解控制選項(xiàng)是：常用的求解控制選項(xiàng)是：小或大變形；小或大變形；時(shí)間和時(shí)間和時(shí)間步或子步數(shù)；時(shí)間步或子步數(shù)；輸出控

8、制輸出控制12314.2 非線性結(jié)構(gòu)的定義非線性結(jié)構(gòu)的定義v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：無論何時(shí)用釘書針釘書，金屬釘書釘例如：無論何時(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14.2 非線性結(jié)構(gòu)的定義非線性結(jié)構(gòu)的定義(續(xù)續(xù))如果如果你在你在一個(gè)木架一個(gè)木架上放置上放置重物，隨著時(shí)間的遷移重物，隨著時(shí)間的遷移它將越來越下垂它將越來越下垂14.2 非線性結(jié)構(gòu)的定義非線性結(jié)構(gòu)的定義(續(xù)續(xù))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貨物重量而變化隨貨物重量而變

9、化v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,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)構(gòu)變化的結(jié)構(gòu)剛性剛性14.3 非線性行為的原因非線性行為的原因v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，它可以被分成三種主要類型：種主要類型： 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14.3.1 狀態(tài)變化狀態(tài)變化(包括接觸包括接觸)v許多普通結(jié)構(gòu)許多普通結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一種與狀態(tài)相關(guān)的非線性行為表現(xiàn)出一種與狀態(tài)相關(guān)的非線性行為，例例如：一根只能拉伸的如：一根只能拉伸的電纜可能是

10、松散的電纜可能是松散的,也可能是也可能是繃緊的。軸承套可能是接觸的繃緊的。軸承套可能是接觸的，也可能是不接觸的。也可能是不接觸的。凍土可能是凍結(jié)的凍土可能是凍結(jié)的，也可能是融化的。這些系統(tǒng)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突然變化。剛度由于系統(tǒng)狀態(tài)的改變?cè)诓煌闹抵g突然變化。狀態(tài)改變也許和載荷直接有關(guān)狀態(tài)改變也許和載荷直接有關(guān)(如在電纜情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如在凍土中的紊亂熱力學(xué)條件學(xué)條件)。ANSYS程序中單元的激活與殺死選項(xiàng)用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。來給這種狀

11、態(tài)的變化建模。v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)變化變化非線性類型形非線性類型形中一個(gè)特殊而重要的子集。中一個(gè)特殊而重要的子集。 14.3.2 幾何非線性幾何非線性 v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)能會(huì)引起引起結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的的非線性地響應(yīng)非線性地響應(yīng)。一個(gè)垂向剛性。一個(gè)垂向剛性的的例例子子：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。 14.3.3 材料非

12、線性材料非線性v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的常見原因原因。許多因素可以影響材料的應(yīng)力應(yīng)變性。許多因素可以影響材料的應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)，包括：質(zhì)，包括：加載歷史加載歷史(如在彈塑性響應(yīng)狀況下如在彈塑性響應(yīng)狀況下)環(huán)境狀況環(huán)境狀況(如溫度如溫度)加載的時(shí)間總量加載的時(shí)間總量(如在蠕變響應(yīng)狀況下如在蠕變響應(yīng)狀況下) 14.4 逐步遞增載荷和平衡迭代逐步遞增載荷和平衡迭代v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將載荷分成一系列的載荷增量?？梢栽趲讉€(gè)載荷步內(nèi)增量?？梢栽趲讉€(gè)載荷步內(nèi)或者在一個(gè)載步的或者在一個(gè)載步的幾個(gè)子步內(nèi)施加載荷增量。在每一個(gè)增

13、量的求幾個(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。在增量之前，解完成后，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)載荷。在增量之前，程序調(diào)整剛度矩陣程序調(diào)整剛度矩陣來反來反映結(jié)構(gòu)剛度的非線性變映結(jié)構(gòu)剛度的非線性變化。但遺憾的是，純粹的增量近似不化。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)載荷增量積累誤差，每一個(gè)載荷增量積累誤差，導(dǎo)致結(jié)果最終導(dǎo)致結(jié)果最終失去平衡。失去平衡。14.4.1 牛頓拉普森牛頓拉普森法法(a)純粹增量式解純粹增量式解 b)全牛頓拉普森全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)14.4.2 弧長(zhǎng)迭代法弧長(zhǎng)迭代法v對(duì)某些物理意義上不穩(wěn)定系統(tǒng)的非線性

14、靜態(tài)分析，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，如果你僅僅使用如果你僅僅使用NR方法，正切剛度矩陣可能變?yōu)榉椒?，正切剛度矩陣可能變?yōu)榻抵染仃?，?dǎo)致嚴(yán)重的收斂問題。這樣的情況包降秩矩陣，導(dǎo)致嚴(yán)重的收斂問題。這樣的情況包括獨(dú)立實(shí)體從固定表面分離的靜態(tài)接觸分析，結(jié)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)構(gòu)或或者完全崩潰或者者完全崩潰或者“突然變成突然變成”另一個(gè)穩(wěn)定形另一個(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活另外一種迭代方法弧長(zhǎng)方法，來幫助穩(wěn)定求弧長(zhǎng)方法，來幫助穩(wěn)定求解?；￠L(zhǎng)方法導(dǎo)致解?；￠L(zhǎng)方法導(dǎo)致NR平衡迭代沿一段

15、弧收斂，從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。往往阻止發(fā)散。14.4.2 弧長(zhǎng)迭代法弧長(zhǎng)迭代法(續(xù)續(xù))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14.5 非線性非線性求解的求解的組織級(jí)別組織級(jí)別v非線性求解被分成三個(gè)操作級(jí)別：載荷步、子步、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。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)是線性地義的載荷步組成。假定載荷在載荷步內(nèi)是線性地變化的變化的在每一個(gè)載荷步內(nèi)在每一個(gè)

16、載荷步內(nèi)，為了逐步加載，為了逐步加載可以控制程可以控制程序序來執(zhí)來執(zhí)行多行多次求解次求解(子步或時(shí)間步子步或時(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代以獲得收斂的解v下圖說明了一段用于非線性分析的典型的載荷歷下圖說明了一段用于非線性分析的典型的載荷歷史。史。 14.5 非線性非線性求解的求解的組織級(jí)別組織級(jí)別(續(xù)續(xù))載荷步、子步、及載荷步、子步、及“時(shí)間時(shí)間” 14.6 收斂容限收斂容限v當(dāng)你對(duì)平衡迭代確定收斂容限時(shí)，要注意這些當(dāng)你對(duì)平衡迭代確定收斂容限時(shí)，要注意這些問題問題：你想基于載荷你想基于載荷、變形，還是變形，還是聯(lián)立二者

17、來聯(lián)立二者來確定收確定收斂容限？斂容限？既然徑向偏移（以弧度度量）比對(duì)應(yīng)的平移小，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你是不是想對(duì)這些不同的條目建立不同的收斂準(zhǔn)則？準(zhǔn)則？14.6 收斂容限收斂容限(續(xù)續(xù))v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)給你一系列的給你一系列的選擇：你可以將收斂檢查建立在力、選擇：你可以將收斂檢查建立在力、力矩、位移、力矩、位移、轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)或這些項(xiàng)目的任意組合上。另外，每一個(gè)項(xiàng)目這些項(xiàng)目的任意組合上。另外，每一個(gè)項(xiàng)目可以有不同的收斂容限值。對(duì)多自由度問題，你同可以有不同的收斂容限值。對(duì)多自由度問題，你同

18、樣也有收斂準(zhǔn)則的選擇問題。樣也有收斂準(zhǔn)則的選擇問題。v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對(duì)量度。因此，提供了表觀收斂的相對(duì)量度。因此，如果需要如果需要，你你應(yīng)當(dāng)總是使用以力為基礎(chǔ)應(yīng)當(dāng)總是使用以力為基礎(chǔ)(或以力矩或以力矩為基礎(chǔ)為基礎(chǔ))的收斂的收斂容限。如果需要容限。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)(或以轉(zhuǎn)動(dòng)或以轉(zhuǎn)動(dòng)為基礎(chǔ)為基礎(chǔ))的收斂檢查，但是通常不單獨(dú)使用它們。的收斂檢查，但是通常不單獨(dú)使用它們。14.6 收斂容限收斂容

19、限(續(xù)續(xù))v右圖說明了一種單獨(dú)使用右圖說明了一種單獨(dú)使用位移收斂檢位移收斂檢查導(dǎo)致出錯(cuò)查導(dǎo)致出錯(cuò)情情況。在第二次迭代后計(jì)算況。在第二次迭代后計(jì)算 出出的位移很小的位移很小可能被認(rèn)為可能被認(rèn)為是收斂的解，盡管問題仍是收斂的解，盡管問題仍舊遠(yuǎn)離真正的解。要防止舊遠(yuǎn)離真正的解。要防止這樣的錯(cuò)誤，應(yīng)當(dāng)這樣的錯(cuò)誤，應(yīng)當(dāng)使使用力用力收斂檢查。收斂檢查。完全依賴位移收斂檢查有時(shí)完全依賴位移收斂檢查有時(shí)可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果14.7 子步子步v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)之間之間的平衡；更多的平衡；更多的的子步子步驟驟（即：小的時(shí)間步）通常（即：小

20、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)。導(dǎo)致較好的精度，但以增多的運(yùn)行時(shí)間為代價(jià)。ANSYS提供兩種方法來控制子步數(shù)：提供兩種方法來控制子步數(shù)：v1.子步數(shù)子步數(shù)或時(shí)間步長(zhǎng)或時(shí)間步長(zhǎng) 我們我們既既可以可以通過指定實(shí)際通過指定實(shí)際的的子步數(shù)，子步數(shù)，也可以也可以通過通過指定時(shí)間步長(zhǎng)控制子步數(shù)。指定時(shí)間步長(zhǎng)控制子步數(shù)。v2.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)，來調(diào)來調(diào)整整時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)14.7.1 子步數(shù)子步數(shù)v如果你的結(jié)構(gòu)在它的整個(gè)加載歷史期間顯示出如果你的結(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)，高度的

21、非線性特點(diǎn)，而且你對(duì)而且你對(duì)結(jié)構(gòu)的行為結(jié)構(gòu)的行為了了解解足夠好足夠好，可以可以確保確保得得到到收斂的解，那么你也許收斂的解，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)是必需的，且對(duì)間步長(zhǎng)是必需的，且對(duì)所有的載荷步使用這同一時(shí)間步。所有的載荷步使用這同一時(shí)間步。(務(wù)必允許足務(wù)必允許足夠大的平衡迭代數(shù)夠大的平衡迭代數(shù))14.7.2 自動(dòng)時(shí)間分步自動(dòng)時(shí)間分步v如果你預(yù)料你的結(jié)構(gòu)的行為將從線性到非線性如果你預(yù)料你的結(jié)構(gòu)的行為將從線性到非線性變化，變化，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)。在這樣一種情況，你可以激活自動(dòng)時(shí)間分步步長(zhǎng)。

22、在這樣一種情況，你可以激活自動(dòng)時(shí)間分步以便以便隨需要調(diào)整時(shí)間步長(zhǎng)，獲得精隨需要調(diào)整時(shí)間步長(zhǎng)，獲得精度和代價(jià)度和代價(jià)之間的之間的良好平衡。同樣地，如果你不確信你的問題將成功良好平衡。同樣地，如果你不確信你的問題將成功地收斂，你也許想要使用地收斂，你也許想要使用自自動(dòng)時(shí)間分步來激活動(dòng)時(shí)間分步來激活A(yù)NSYS程序的二分特點(diǎn)。程序的二分特點(diǎn)。v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。無收斂失敗自動(dòng)矯正的方法。無論何時(shí)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)，長(zhǎng)分成兩半，然后從最后收斂的子步自動(dòng)重啟動(dòng)

23、，如果已二分的時(shí)間步再次收斂失敗，二分法將再次如果已二分的時(shí)間步再次收斂失敗，二分法將再次分割時(shí)間步長(zhǎng)然后重啟動(dòng)，持續(xù)這一過程直到獲得分割時(shí)間步長(zhǎng)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(zhǎng)收斂或到達(dá)最小時(shí)間步長(zhǎng)(由你指定由你指定)。14.8 載荷和位移方向載荷和位移方向v當(dāng)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷大變形當(dāng)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷大變形時(shí)應(yīng)該考慮到載荷將時(shí)應(yīng)該考慮到載荷將發(fā)生了什么發(fā)生了什么變化。在許多情況中，無論變化。在許多情況中，無論結(jié)結(jié)構(gòu)如何變形施加在系構(gòu)如何變形施加在系統(tǒng)中的載荷保持恒定的統(tǒng)中的載荷保持恒定的方方向。向。而而在另一些情況中，在另一些情況中，力力將改變將改變方向方向，隨著單元方向的改變而變化。

24、，隨著單元方向的改變而變化。vANSYS程序?qū)@兩種情況都可以建模，依賴于所施程序?qū)@兩種情況都可以建模，依賴于所施加的載荷類型。加速度和集中力加的載荷類型。加速度和集中力將不管單元方向的將不管單元方向的改變而改變而保持它們最初的方向，表面載荷作用在變形保持它們最初的方向，表面載荷作用在變形單元單元表表面的法向，且可被用來模擬面的法向，且可被用來模擬“跟隨跟隨”力。力。v注意：在大變形分析中不修正結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系方向。因注意：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。此計(jì)算出的位移在最初的方向上輸出。14.8 載荷和位移方向載荷和位移方向(續(xù)續(xù))變形前后載荷方向變形前后

25、載荷方向 14.9 非線性瞬態(tài)過程的分析非線性瞬態(tài)過程的分析v用于分析非線性瞬態(tài)行為的用于分析非線性瞬態(tài)行為的過過程，與程，與非線性靜非線性靜態(tài)行為的處理態(tài)行為的處理相似相似，以步長(zhǎng)增量加載，程序在以步長(zhǎng)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)過程分析中要不同是在瞬態(tài)過程分析中要要激活時(shí)間積分效激活時(shí)間積分效應(yīng)。（因此，在瞬態(tài)過程分析中應(yīng)。（因此，在瞬態(tài)過程分析中“時(shí)間時(shí)間”總是總是表示實(shí)際的時(shí)序。）自動(dòng)時(shí)間分步和二等分特表示實(shí)際的時(shí)序。）自動(dòng)時(shí)間分步和二等分特點(diǎn)同樣也適用于瞬態(tài)過程點(diǎn)同樣也適用于瞬態(tài)過程分分析。析。14.1

26、0 非線性分析中用到的命令非線性分析中用到的命令v使用使用與與任何其它類型分析的同一系列的命令來建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，模和進(jìn)行非線性分析。同樣，無無論你正在進(jìn)行何論你正在進(jìn)行何種類型的分析，你可從用戶圖形界面種類型的分析，你可從用戶圖形界面GUI選擇相選擇相似的選項(xiàng)來建模和求解問題。似的選項(xiàng)來建模和求解問題。v“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)的一系列一個(gè)非線性分析時(shí)的一系列命令。命令?！胺蔷€性實(shí)例分析（非線性實(shí)例分析（GUI方法）方法）”，顯示，顯示了如

27、何從了如何從ANSYS的的GUI中中執(zhí)行同樣的例子分析執(zhí)行同樣的例子分析。14.11 非線性分析步驟非線性分析步驟u盡管非線性分析比線性分析變得更加復(fù)雜，但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)過程處理基本相同。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。中，添加了需要的非線形特性。u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。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：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14.11.1

28、 建模建模v這一步對(duì)線性和非線性分析都是必需的，盡管這一步對(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非線性分析在這一步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)變效應(yīng)，包含大應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)力應(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)?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。數(shù)）應(yīng)變表示。 14.11.2 加載求解加載求解v在這一步中，你定義分析類型和選項(xiàng)，指定載在這一步中，你定義分析類型和選項(xiàng)，指定載荷步選項(xiàng)，開始有限元求解。既然非線性求解荷步選項(xiàng)，開始有限元求解。既然非線性求解經(jīng)常要求多個(gè)載荷增量，且總是需要平衡迭代

29、，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：它不同于線性求解。處理過程如下：1、進(jìn)入、進(jìn)入ANSYS求解器求解器 命令：命令：/Solution GUI：Main MenuSolution2、定義分析類型及分析選項(xiàng)。分析類型和分、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)你的第一個(gè)SOLVE命令之后）不能被改變。命令之后）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。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))選項(xiàng)：新的分析選項(xiàng)：新的分析(ANTYPE)

30、一般一般情況下會(huì)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))14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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)生大變形形14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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。你可以指定求解期間每隔多久修改一次正切矩陣

31、。你可以指定這些值中的一個(gè)：這些值中的一個(gè)： 程序選擇程序選擇(NROPT，ANTO)：程序基于你模型中：程序基于你模型中存在的非線性種類選用這些選項(xiàng)中的一個(gè)。存在的非線性種類選用這些選項(xiàng)中的一個(gè)。在需要在需要時(shí)牛頓拉普森方法時(shí)牛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14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù)) 修正的修正的(NROPT，MODI)：程序使用修正的：程序使用修正的牛頓牛頓拉普森拉普森方法，在這種方法中正切剛度矩陣在每一子步方法，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)子步的平衡迭中都被修正。在一個(gè)子步的平衡迭 代期代期間矩陣不被間矩陣不被改變。這個(gè)選項(xiàng)不適

32、用于大變形分析。自適應(yīng)下降是改變。這個(gè)選項(xiàng)不適用于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的不可用的14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù)) 初始剛度初始剛度(NROPT,INIT)：程序在每一次平衡迭代：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)常要求更多次的迭代來得到收斂。它易發(fā)散，但它經(jīng)常要求更多次的迭代來得到收斂。它不適用于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的不適用于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))選項(xiàng)：方程求解器選項(xiàng)：方程求解器 對(duì)于非線性分析，使用前面的求解器對(duì)于非線性分析

33、，使用前面的求解器(缺省選項(xiàng)缺省選項(xiàng))14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))3、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大變形分析中慣性力和點(diǎn)載荷將保持恒定的方向和點(diǎn)載荷將保持恒定的方向，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、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：步中改變。下列選項(xiàng)對(duì)非線性靜態(tài)分析是可用的：14.11.2

34、加載求解加載求解(續(xù)續(xù))普通選項(xiàng)：普通選項(xiàng)：時(shí)間時(shí)間(TIME) ANSYS程序借助在每一個(gè)載荷步末端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)別出載荷步和子步。使用參數(shù)識(shí)別出載荷步和子步。使用TIME命令來定義命令來定義受某些實(shí)際物理量受某些實(shí)際物理量(如先后時(shí)間，所施加的壓力，如先后時(shí)間，所施加的壓力，等等等等)限制的限制的TIME值，值，程序通過程序通過這個(gè)選項(xiàng)這個(gè)選項(xiàng)來指定來指定載載荷步的末端時(shí)間。荷步的末端時(shí)間。 注意：在沒有指定注意：在沒有指定TIME值時(shí)，程序?qū)⒁罁?jù)缺省自值時(shí)，程序?qū)⒁罁?jù)缺省自動(dòng)地對(duì)每一個(gè)載荷步按動(dòng)地對(duì)每一個(gè)載荷步按1.0增增加加TIME(在第一個(gè)載在第

35、一個(gè)載荷步的末端以荷步的末端以TIME=1.0開始開始)。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))普通選項(xiàng)：普通選項(xiàng)：時(shí)間步的數(shù)目時(shí)間步的數(shù)目(NSUBST)普通選項(xiàng)：普通選項(xiàng)：時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)(DELTIM) 非線性分析要求在每一個(gè)載荷步內(nèi)有多個(gè)子步非線性分析要求在每一個(gè)載荷步內(nèi)有多個(gè)子步(或或時(shí)間步；這兩個(gè)術(shù)語是等效的時(shí)間步；這兩個(gè)術(shù)語是等效的)從而從而ANSYS可以逐可以逐漸施加所給定的載荷漸施加所給定的載荷，得到精確的解。得到精確的解。NSUBST和和DELTIM命令都獲得同樣的效果命令都獲得同樣的效果(給定載荷步的給定載荷步的起始、最小、及最大步長(zhǎng)起始、最小、及最大步長(zhǎng))。NSNBS

36、T定定義在一個(gè)義在一個(gè)載荷步內(nèi)將被載荷步內(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)。如果自動(dòng)確地定義時(shí)間步長(zhǎng)。如果自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)時(shí)間步長(zhǎng)是關(guān)閉的，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)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。載荷步有一個(gè)子步。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))普通選項(xiàng)：普通選項(xiàng)：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)變率無關(guān)的與應(yīng)變率無關(guān)的材料行為的非線性靜態(tài)分析中材料行為的非線性靜態(tài)分析中通常通常不需要指定不需要指定這個(gè)選項(xiàng)，因?yàn)橐罁?jù)缺省這個(gè)選項(xiàng)，因?yàn)橐罁?jù)缺省，載荷載荷將為將為漸進(jìn)式的漸進(jìn)式

37、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)材料行為情狀下相關(guān)材料行為情狀下(蠕變或粘塑性蠕變或粘塑性)，在靜態(tài)分在靜態(tài)分析中通常沒有意義。析中通常沒有意義。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))普通選項(xiàng)：普通選項(xiàng)：自動(dòng)時(shí)間分步自動(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步間載荷增量的大小和決定在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)間步時(shí)間步(子步子步)長(zhǎng)。缺省長(zhǎng)。缺省時(shí)是時(shí)是OFF(關(guān)閉關(guān)閉)。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))你可以用你可以用AUTOTS命令打開自動(dòng)時(shí)間命令打開自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)步長(zhǎng)和二分

38、和二分法法。通過激活自動(dòng)時(shí)間步通過激活自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)長(zhǎng)，可以讓程序決定在每一個(gè)，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。載荷步內(nèi)使用多少個(gè)時(shí)間步。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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)的的大小基于四種因素預(yù)計(jì)：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)目在最近過去的時(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)減小的原因更多次的迭代成為時(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)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)當(dāng)狀態(tài)改變臨近時(shí)減小時(shí)間步長(zhǎng)減小時(shí)間步長(zhǎng)) 塑性應(yīng)變?cè)黾拥?/p>

39、大小塑性應(yīng)變?cè)黾拥拇笮?蠕變?cè)黾拥拇笮∪渥冊(cè)黾拥拇笮?4.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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?？梢猿绦?qū)⑦B續(xù)進(jìn)行平衡迭代直到滿足收斂準(zhǔn)則。可以使用缺省的收斂準(zhǔn)則使用缺省的收斂準(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。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))非線性選項(xiàng)：非線性選項(xiàng)：收斂準(zhǔn)則收斂準(zhǔn)則(CNVTOL)缺省的收斂準(zhǔn)則：缺省的收斂準(zhǔn)則：程序?qū)⒊绦驅(qū)⒁砸訴ALUE*TOLER的值的值對(duì)力對(duì)力(或者力矩或者力矩)進(jìn)行進(jìn)行收斂收斂檢查。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、Net

40、wton-Raphson回復(fù)力回復(fù)力)的平方和開方，的平方和開方，和和MINREF(當(dāng)當(dāng)SOLCONTROL,ON時(shí)其缺省為時(shí)其缺省為0.01；當(dāng)；當(dāng)SOLCONTROL,OFF時(shí)其缺省時(shí)其缺省為為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0.00114.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))你應(yīng)當(dāng)幾乎總是使用力收斂檢查。可以添加位移你應(yīng)當(dāng)幾乎總是使用力收斂檢查?？梢蕴砑游灰?或或者轉(zhuǎn)動(dòng)者轉(zhuǎn)動(dòng))收斂檢查。對(duì)于位移，程序?qū)⑹諗繖z查建立收斂檢查。對(duì)于位移，程序?qū)⑹諗繖z查建立在當(dāng)前在當(dāng)前(i)和前面和前面(i-1)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

41、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)則將缺省準(zhǔn)則將“失效失效”。因此，如果你定義了位移收因此，如果你定義了位移收斂檢查斂檢查，你將不得不再定義力收斂檢查你將不得不再定義力收斂檢查14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù)) 用戶收斂準(zhǔn)則：用戶收斂準(zhǔn)則：使用嚴(yán)格的收斂準(zhǔn)則將提高你使用嚴(yán)格的收斂準(zhǔn)則將提高你的結(jié)果的精度，但以更多次的平衡迭代為代價(jià)。的結(jié)果的精度，但以更多次的平衡迭代為代價(jià)。如果你想嚴(yán)格如果你想嚴(yán)格(或放松或放松)你的準(zhǔn)則，你應(yīng)當(dāng)改變你的準(zhǔn)則，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；

42、也就是，通過調(diào)整的缺省值；也就是，通過調(diào)整TOLER，而，而不 是不 是 VA L U E 改 變 收改 變 收 斂 準(zhǔn) 則 。 你 應(yīng) 當(dāng) 確 保斂 準(zhǔn) 則 。 你 應(yīng) 當(dāng) 確 保MINREF=1.0的缺省值在你的分析范圍內(nèi)有意義。的缺省值在你的分析范圍內(nèi)有意義。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù)) 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)算出不計(jì)算出不平 衡 力 ， 然 后 對(duì) 照 給 定 的 收 斂 準(zhǔn) 則平 衡 力 ， 然 后 對(duì) 照 給 定 的 收 斂 準(zhǔn) 則(VALU

43、E*TOLER)參看這個(gè)值參看這個(gè)值(同樣也可以對(duì)單一同樣也可以對(duì)單一DOF的位移的位移(和旋度和旋度)收斂進(jìn)行類似的檢查收斂進(jìn)行類似的檢查)。然而，。然而，在多在多DOF系統(tǒng)中，需要使用不同的比較方法。系統(tǒng)中，需要使用不同的比較方法。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))ANSYS程序提供三種不同的矢量范數(shù)用于收斂檢程序提供三種不同的矢量范數(shù)用于收斂檢查：查：無窮范數(shù)：在你模型中的每一個(gè)無窮范數(shù)：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L(zhǎng)1范數(shù)：將收斂準(zhǔn)則同所有范數(shù)：將收斂準(zhǔn)則同所有DOFS的不的不平衡力平衡力(力力矩矩)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范數(shù)：使用

44、所有范數(shù)：使用所有DOFS不不平衡力平衡力(或力矩或力矩)的平方的平方總和的平方根進(jìn)行收斂檢查總和的平方根進(jìn)行收斂檢查14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))對(duì)于下面例子，如果對(duì)于下面例子，如果不不平衡力平衡力(在每一個(gè)在每一個(gè)DOF處單獨(dú)處單獨(dú)檢查檢查)小于或等于小于或等于2.5，且如果位移的改變，且如果位移的改變(以平方和以平方和的平方根檢查的平方根檢查)小于或等于小于或等于0.01，子步將認(rèn)為是收斂，子步將認(rèn)為是收斂的的 CNVTOL,F,5000,0.0005,0 ! 5000*0.0005=2.5 CNVTOL,U,10,0.001,2 ! 10*0.001=0.0114.11.2

45、加載求解加載求解(續(xù)續(xù))平衡迭代的最大次數(shù)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)行限制進(jìn)行的最大平衡迭代次數(shù)實(shí)行限制(缺省缺省=25)。如果在這個(gè)平衡迭代次。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，且如果數(shù)之內(nèi)不能滿足收斂準(zhǔn)則，且如果自動(dòng)自動(dòng)步長(zhǎng)步長(zhǎng)是打開的是打開的(AUTOTS)，分析，分析將嘗試將嘗試使用使用二二分法分法。如果二。如果二分法分法是是不可能的，那么，分不可能的，那么，分析將或析將或者終止，者終止，或者進(jìn)行下一或者進(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命令中發(fā)出的指示命令中發(fā)出的指

46、示14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))求解終止選項(xiàng)求解終止選項(xiàng)(NCNV)：這個(gè)選項(xiàng)處理四種不同的這個(gè)選項(xiàng)處理四種不同的終止準(zhǔn)則終止準(zhǔn)則 如果位移如果位移“太大太大”它建立一個(gè)用于終止分析和程它建立一個(gè)用于終止分析和程序執(zhí)行的準(zhǔn)則序執(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14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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史內(nèi)某些點(diǎn)上將在物理意義上不穩(wěn)定，你可以使穩(wěn)定，你可以使用

47、用弧長(zhǎng)方法來幫弧長(zhǎng)方法來幫助獲得穩(wěn)定數(shù)值求解。助獲得穩(wěn)定數(shù)值求解。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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：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)：線搜索長(zhǎng)方法一起使用下列選項(xiàng)：線搜索(LNSRCH)，時(shí)時(shí)間步長(zhǎng)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)，或打開時(shí)間積分效應(yīng)或打開時(shí)間積分效應(yīng)(TI

48、MINT)。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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。這這個(gè)個(gè)收斂提高工具用程序計(jì)算出的比收斂提高工具用程序計(jì)算出的比例例因子因子(0和和1之間的值之間的值)乘以計(jì)算出的位乘以計(jì)算出的位移增量。因?yàn)榫€搜索算法是用來對(duì)自移增量。因?yàn)榫€搜索算法是用來對(duì)自適應(yīng)下降選項(xiàng)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，自適應(yīng)下降不如果線搜索選項(xiàng)是開，自適應(yīng)下降不被自動(dòng)激活。不建議同時(shí)激活線搜索被自動(dòng)激活。不建議同時(shí)激活線搜索和自適應(yīng)下降。和自適應(yīng)下降。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù)

49、)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對(duì)于每一個(gè)子步的第一次平衡迭代你可以激活和可以激活和DOF求解有關(guān)的預(yù)測(cè)。這求解有關(guān)的預(yù)測(cè)。這個(gè)特個(gè)特點(diǎn)點(diǎn)加速收斂且如果非線性響應(yīng)是加速收斂且如果非線性響應(yīng)是相對(duì)平相對(duì)平滑的，它特別的有用?；模貏e的有用。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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)品產(chǎn)品中，你可以去中，你可以去殺死和殺死和激活單元來模擬材料的消去激活單元來模擬材料的消去和添加。和添加。程序通過用一個(gè)非常小的數(shù)程序通過用一個(gè)非常小的數(shù)(它由它由EST

50、IF命令設(shè)置命令設(shè)置)乘以它的剛度從總質(zhì)量矩陣消去它的質(zhì)量乘以它的剛度從總質(zhì)量矩陣消去它的質(zhì)量“殺死殺死”一一個(gè)單元。對(duì)無活性單元的單元載荷個(gè)單元。對(duì)無活性單元的單元載荷(壓力，熱通壓力，熱通量，熱應(yīng)變，等等量，熱應(yīng)變，等等)同樣設(shè)置為零。需要在前處理同樣設(shè)置為零。需要在前處理中定義所有可能的單元；不可能在中定義所有可能的單元；不可能在SOLUTION中中產(chǎn)生新的單元。產(chǎn)生新的單元。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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，在的那些單元，在第一個(gè)載荷步前應(yīng)當(dāng)被第一個(gè)載荷步前應(yīng)當(dāng)被殺死，然后在適當(dāng)?shù)妮d荷步殺死，然后在適當(dāng)?shù)妮d荷步的

51、開始被重激活，當(dāng)單元被重激活時(shí)，它們具有零的開始被重激活，當(dāng)單元被重激活時(shí)，它們具有零應(yīng)變狀態(tài)，且應(yīng)變狀態(tài)，且(if NLGEOM,ON)它們的幾何它們的幾何選項(xiàng)選項(xiàng)(長(zhǎng)度，面積等等長(zhǎng)度，面積等等)被修改來與它們的的現(xiàn)偏移位置被修改來與它們的的現(xiàn)偏移位置相適應(yīng)。相適應(yīng)。v殺死殺死(EKILL)v激活激活(EALIVE)v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改變它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(zhì)參考號(hào)。這個(gè)選項(xiàng)允許你在載荷步間改的材料性質(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)。變一個(gè)單元的材料性質(zhì)。EKIL

52、L適用于大多數(shù)單元類型。適用于大多數(shù)單元類型。MPCHG適用于所適用于所于單元類型。于單元類型。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))輸出控制選項(xiàng)輸出控制選項(xiàng)打印輸出打印輸出(OUTPR)使用這個(gè)選項(xiàng)來在輸出文件使用這個(gè)選項(xiàng)來在輸出文件(Jobname.out)中包中包括進(jìn)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)。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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用來用來控制結(jié)果被寫入這些文件控制結(jié)果被寫入這些文件的頻率的頻率14.11.2 加載求解加載

53、求解(續(xù)續(xù))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)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，膨脹）的話。在單元中存在非線性（塑性，蠕變，膨脹）的話。積分點(diǎn)非線性變積分點(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)。14.11.2 加載求解加載求解(續(xù)續(xù))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：SAVEGUI：Utility MenuFileSave As6、開始求解計(jì)算、開始求解計(jì)算命令：命令：SOLV

54、EGUI：Main MennSolution-Solve-Current LS7、如果你需要定義多個(gè)載荷步，對(duì)每一個(gè)其、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)步驟余的載荷步重復(fù)步驟3至至68、離開、離開SOLUTION處理器處理器命令：命令：FINISHGUI：關(guān)閉：關(guān)閉Solution菜單菜單考察結(jié)果考察結(jié)果v來自非線性靜態(tài)分析的結(jié)果主要由位移、應(yīng)力、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?？梢杂脩?yīng)變、以及反作用力組成?？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，時(shí)間歷程后處理器，來考察這些結(jié)果。處理器，來考察這些

55、結(jié)果。v記住，用記住，用POST1一次僅可以讀取一個(gè)子步，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)命載荷步選項(xiàng)命令令OUTRES控制哪控制哪一個(gè)子步的結(jié)果被存儲(chǔ)入一個(gè)子步的結(jié)果被存儲(chǔ)入Jobname.rst)。14.11.3.1 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)是否在所有的是否在所有的子步分析都收斂。子步分析都收斂。如果不收斂，你可能不想后處理結(jié)果，而是想確如果不收斂，你可能不想后處理結(jié)果，而

56、是想確定為什么收斂失敗。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。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)在不在數(shù)模型現(xiàn)在不在數(shù)據(jù)中，發(fā)出據(jù)中，發(fā)出RESUME。命令：命令：POST1GUI：Main MenuGeneral Postproc14.11.3.1 用用POST1考察結(jié)果考察結(jié)果3、讀取、讀取需要的載荷步和子需要的載荷步和子步結(jié)果，這可以依據(jù)載荷步結(jié)果，這可以依據(jù)載荷步和子步號(hào)或者時(shí)間步和子步號(hào)或者時(shí)間來來識(shí)識(shí)別，然而，不能依據(jù)時(shí)間別，然而，不能依據(jù)時(shí)間識(shí)別出弧長(zhǎng)結(jié)果。識(shí)別出弧長(zhǎng)結(jié)果。命令：命令：SETGUI：M

57、ain MennGeneral PostprocRead Results-Load step14.11.3.1 用用POST1考察結(jié)果考察結(jié)果(續(xù)續(xù))非線性果的線性內(nèi)插非線性果的線性內(nèi)插可能引起某些誤差可能引起某些誤差注意注意：如果你指定了：如果你指定了一個(gè)沒有結(jié)果可用的一個(gè)沒有結(jié)果可用的Time值，值，ANSYS程序程序?qū)⑦M(jìn)行線性內(nèi)將進(jìn)行線性內(nèi)插來插來計(jì)計(jì)算出那算出那Time處的結(jié)果。處的結(jié)果。認(rèn)識(shí)到在非線性分析認(rèn)識(shí)到在非線性分析中這種線性內(nèi)中這種線性內(nèi)插插通常通常將導(dǎo)致某些精度損失。將導(dǎo)致某些精度損失。因此，對(duì)于非線性分因此，對(duì)于非線性分析，通常你應(yīng)當(dāng)在一析，通常你應(yīng)當(dāng)在一個(gè)精確地對(duì)應(yīng)于要

58、求個(gè)精確地對(duì)應(yīng)于要求子步的子步的TIME處進(jìn)行后處進(jìn)行后處理。處理。14.11.3.1 用用POST1考察結(jié)果考察結(jié)果(續(xù)續(xù))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)：顯示已變形的形狀命令：命令：PLDISPGUI：Main MenuGeneral Postproc Plot ResultsDeformed Shapes在大變形分析中，一般優(yōu)先使用真實(shí)比例在大變形分析中，一般優(yōu)先使用真實(shí)比例顯示顯示(IDSCALE，1)14.11.3.1 用用POST1考察結(jié)果考察結(jié)果(續(xù)續(xù))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

59、GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal Solu或者或者Element Solu 使用這些選項(xiàng)來顯示應(yīng)力，應(yīng)變，或者任何其它可使用這些選項(xiàng)來顯示應(yīng)力，應(yīng)變，或者任何其它可用項(xiàng)目的等值線。如果用項(xiàng)目的等值線。如果鄰接的單元具鄰接的單元具有不同材料行有不同材料行為為(可能由于塑性或多線性彈性的材料性質(zhì)，由于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不同的材料類型，或者由于鄰近的單元的死活屬性的死活屬性不同不同而產(chǎn)生而產(chǎn)生)，你應(yīng)當(dāng)注意避免你的結(jié)果中的結(jié)點(diǎn)，你應(yīng)當(dāng)注意避免你的結(jié)果中的結(jié)點(diǎn)

60、應(yīng)力平均錯(cuò)誤。應(yīng)力平均錯(cuò)誤。14.11.3.1 用用POST1考察結(jié)果考察結(jié)果(續(xù)續(xù))你可以繪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，PLLSGUIS：Main MenuGeneral PostprocElement TablePlot Element Table Main MenuGeneral PostprocPlot Results-Contour Plot-Line Elem Res 使用使用PLETAB命令命令(GUI路徑路徑Main MenuGeneral PostprocElement TablePlot *Eleme