第十章其它非線性功能

第十章其它非線性功能September30,19981-Release5.5(0011)本章目標(biāo)本章結(jié)束后，你將知道ANSYS程序如下的非線性功能:SessionObjective1.其它材料非線性粘彈性,蠕變,非線性彈性,混凝土2.其它改變狀態(tài)的非線性控制單元,非線性彈簧,僅僅拉伸和/或壓縮桿,轉(zhuǎn)動接頭,含有布選項的薄膜殼3.用戶可編程特征

September30,19982StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)其它非線性功能在規(guī)定的培訓(xùn)課程時間范圍內(nèi),要想覆蓋ANSYS非線性功能的全部內(nèi)容是不可能的.本章突出介紹在培訓(xùn)課程中沒有涉及到的其它非線性功能.有關(guān)本章提到的題目的更多信息請參看ANSYS分析指南.September30,19983StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)粘彈性粘彈性是一種同時具有彈性變形成分(可恢復(fù))和粘性變形成分(不可恢復(fù))的非線性材料.在施加載荷時,彈性變形立即發(fā)生,而粘性成分在加載過程中發(fā)生.粘彈性材料模型用于描述玻璃或類似于玻璃的材料.在此模型中還可以包括溫度變化的影響,這樣就能模擬加熱和冷卻工序.粘彈性模型的一個簡單代表是一個彈簧和一個阻尼器串聯(lián).September30,19984StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)粘彈性粘彈性材料模型可用于粘彈性88單元和粘彈性89單元.粘彈性88二維,八節(jié)點實體單元,有平面應(yīng)變或軸對稱分析選項.VISCO89三維,二十節(jié)點實體單元,其中間節(jié)點可以去掉.September30,19985StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)蠕變?nèi)渥兪侵冈诔］d荷作用下持續(xù)增加的不可逆應(yīng)變.一些材料(如鉛、混凝土和一些塑料)在室溫時就發(fā)生顯著的蠕變,而多數(shù)金屬在高溫下表現(xiàn)出蠕變行為.如果材料表現(xiàn)出蠕變行為,則在常載荷下,元件將繼續(xù)變形.類似,如果此元件承受常位移作用,應(yīng)力將繼續(xù)下降.有時稱為應(yīng)力松弛.September30,19986StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)蠕變典型的單軸蠕變曲線有三個階段:時間第二段第三段起始段斷裂September30,19987StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)蠕變在起始階段應(yīng)變率隨時間下降.此階段通常在較短時間內(nèi)發(fā)生.第二階段具有常數(shù)應(yīng)變率,因此蠕變應(yīng)變以常速率發(fā)展.在第三階段,應(yīng)變率迅速增加直至材料失效.蠕變應(yīng)變率可以是應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、時間或其它變量的函數(shù).最感興趣的通常是起始階段和第二階段.ANSYS能夠建立起始階段和第二階段的蠕變模型.September30,19988StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)蠕變確信所用單元類型支持蠕變.可以用一般的蠕變應(yīng)變率方程庫(在ANSYS單元手冊中).另外,有一些特殊的蠕變定律,用于特殊材料,特別是那些用于核能工業(yè)的材料(304和316號無應(yīng)變鋼和21/4Cr-1Mo低合金鋼).September30,19989StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)混凝土混凝土材料模型用于建立脆性材料失效模型.混凝土材料模型同時包含斷裂和壓碎兩種失效模式.這種材料模型適用于混凝土、巖石和其它具有低拉伸強度和高壓縮承載能力的材料.混凝土材料模型只能用混凝土實體65單元.該單元能夠建立加強筋“浸潤”于其中的混凝土模型.桿單元能夠用于建立離散的混凝土加強筋模型.September30,199810StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)混凝土混凝土材料模型能夠用于斷裂(在三個正交方向)、粉碎、塑性變形、和蠕變.裂紋可以在一個面內(nèi)發(fā)生,如果隨后與此斷裂面相切的應(yīng)力足夠大,將會出現(xiàn)第二(或第三)條裂紋.裂紋被處理為斷裂的一個污損區(qū),而不是分離斷裂.粉碎失效假定為材料結(jié)構(gòu)完整性的完全損壞,例如材料散裂.September30,199811StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)非線性彈性非線性彈性材料選項允許彈性應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線的多線性描述:材料將沿相同的路徑加載、卸載,這樣就不會發(fā)生永久的變形(該非線性彈性選項只在10%應(yīng)變內(nèi)有效).September30,199812StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)其它非線性單元其它改變狀態(tài)的非線性結(jié)構(gòu)單元有:

組合14單元 非線性彈簧-阻尼組合39單元 非線性彈簧 組合40單元 組合非線性彈簧-線性阻尼-間隙(接觸) 桿10單元 僅僅拉伸或僅僅壓縮桿殼41單元 含有布選項殼組合37單元 控制單元 組合7單元 三維轉(zhuǎn)動接頭桿11單元 直線運動液壓缸

這些單元允許一些非線性行為.它們的非線性特征一般由單元選項和/或?qū)嵆?shù)定義.September30,199813StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)組合14單元彈簧-阻尼器該單元是軸向或扭轉(zhuǎn)彈簧-阻尼器.阻尼影響可以包含在瞬態(tài)分析中.單元阻尼可以是節(jié)點速度的非線性函數(shù).September30,199814StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)組合39彈簧非線性彈簧該單元是允許多線性彈簧剛度的軸向或扭轉(zhuǎn)彈簧單元.組合39單元有守恒(相同路徑)或不守恒(平行路徑)卸載行為的選項.IJSeptember30,199815StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)組合40單元彈簧-滑塊-阻尼器-間隙單元該單元能夠建立帶間隙接觸行為的軸向或扭轉(zhuǎn)雙線性彈簧模型.該單元還能為一個瞬態(tài)分析建立線性阻尼器或質(zhì)量模型.如果FSLIDE0,該單元還能建立滑動行為模型.September30,199816StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)桿10單元僅僅拉伸或僅僅壓縮桿該三維雙線性單元既能用作“鋼索”(僅僅拉伸),也能用作間隙(僅僅壓縮).對于鋼索選項,單元有拉緊和松弛兩種狀態(tài);對于間隙選項,有壓緊和張開兩種狀態(tài).可以用實常數(shù)給出初始應(yīng)變的方法建立預(yù)拉伸模型.IIJJ鋼索間隙September30,199817StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)殼41單元含有布選項的薄膜殼該單元是在受壓縮時能夠皺縮的三維薄膜殼(沒有彎曲剛度).皺縮能夠發(fā)生在一個(或兩個)正交方向.注意該單元的任何扭曲都可能引起求解不穩(wěn)定.要解決此問題,可以用一個實常數(shù),在單元上加上一個微小的法向剛度.September30,199818StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)組合37單元控制單元該控制單元是能用于遠(yuǎn)程控制一個結(jié)構(gòu)各部分的多功能單元.該單元提供質(zhì)量、阻尼器和滑塊(非線性彈簧)功能.基于控制節(jié)點的狀態(tài),該單元既可打開,也可關(guān)閉.該單元的應(yīng)用包括:機械減振器、摩擦離合器、恒溫調(diào)節(jié)器、安全閥和電動開關(guān)等.當(dāng)然,其應(yīng)用并不僅限于此.控制節(jié)點September30,199819StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)組合7單元三維銷接頭該單元能夠用于建立兩個物體之間的銷接頭模型.這兩個物體在三維空間可以經(jīng)歷大轉(zhuǎn)動.該單元適用于會發(fā)生大運動的運動學(xué)問題.接頭撓度、摩擦、阻尼和轉(zhuǎn)動極限(限位)可以組合在此單元中.還有附加控制節(jié)點.September30,199820StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)桿11單元直線運動液壓缸桿11單元可以用于建立承受大轉(zhuǎn)動的液壓缸模型.該單元是具有單元阻尼的桿.它還能承受實際規(guī)定長度的改變.該單元的初始長度L0和定向由節(jié)點位置決定.測量行程等于施加的行程加上軸向變形.September30,199821StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用戶可編程特征用戶可編程特征(UPFs)是供你寫你自己的FORTRAN程序的ANSYS功能.UPFs允許你編制ANSYS程序,以滿足你的需要.對于非線性分析,可以包括用戶定義的材料選項或用戶定義的單元.如果你在考慮寫一個UPF,推薦閱讀ANSYS編程員手冊(ANSYSProgrammer‘sManual).該手冊包含ANSYS文件結(jié)構(gòu)信息和用戶程序示例.September30,199822StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用戶定義的單元用戶定義的單元可以加到ANSYS單元庫,并且作為“正規(guī)”單元使用.你能夠創(chuàng)建六個獨立的單元類型(USER100-USER105).用戶定義的單元子程序例子包括在ANSYS編程員手冊(

ANSYSProgrammer’sManual)中.September30,199823StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用戶定義的材料如果需要模擬ANSYS程序選項中沒有的材料行為,那么也許可以考慮對材料規(guī)律編程.提供的用戶可編程特征號(UPFs)用于表征不同類型的材料行為.現(xiàn)有的用戶材料子程序包括:塑性/粘塑性超彈性蠕變腫脹September30,199824StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用戶定義的塑性/粘塑性可以定義自己的塑性模型,作為一個用戶子程序.該塑性模型可以是速率無關(guān)的或速率相關(guān)的(粘塑性).現(xiàn)有兩個用戶定義塑性的用戶子程序:USERVP用于粘塑性106、107和108單元.USERPL用于支持塑性的其它單元.

September30,199825StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用戶定義的超彈性通過用子程序USRHYP,可以為不可壓縮的超彈性單元定義自己的應(yīng)變能密度函數(shù)(W).在超彈性56、58、74或158單元中,并激活超彈性數(shù)據(jù)表,通過設(shè)置關(guān)鍵選項(7)=1,可以得到用戶定義超彈性子程序.任何用戶定義的材料常數(shù)可以通過編輯超彈性數(shù)據(jù)表輸入.September30,199826StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用戶定義的蠕變通過使用子程序USERCR,你可以定義自己的蠕變應(yīng)變率方程.蠕變應(yīng)變可以是一系列求解變量的函數(shù),如應(yīng)力、應(yīng)變和溫度等.通過激活蠕變數(shù)據(jù)表,并在編輯此表時設(shè)C6=100,可以得到該子程序.在編輯激活的蠕變數(shù)據(jù)表時,也可以輸入任何其它材料常數(shù)(除了C6).September30,199827StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用戶定義的腫脹在中子通量的作用下,某些材料體積擴(kuò)大或腫脹.腫脹應(yīng)變也能與其它現(xiàn)象相關(guān),如濕度.要獲得腫脹功能,必須用子程序USERSW定義自己的腫脹應(yīng)變關(guān)系.腫脹應(yīng)變率可以定義為溫度、時間、中子通量和/或應(yīng)力的函數(shù).用戶定義的腫脹材料常數(shù)能夠輸入數(shù)據(jù)表中.詳細(xì)信息請參看ANSYS單元手冊(ANSYSElementsManual).September30,199828Structural