静力分析ansys

1、1 2 3 1 结构分析结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。是有限元分析方法最常用的一个应用领域。 结构结构这个术语是一个广义的概念，它包括这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程土木工程 结构结构，如桥梁和建筑物；，如桥梁和建筑物；汽车结构汽车结构，如车身骨架；，如车身骨架； 海洋结构海洋结构，如船舶结构；，如船舶结构；航空结构航空结构，如飞机机身等；，如飞机机身等； 同时还包括同时还包括机械零部件机械零部件，如活塞，传动轴等等。，如活塞，传动轴等等。 在在ANSYS产品家族中有七种结构分析的类型。结构产品家族中有七种结构分析的类型。结构 分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是

2、分析中计算得出的基本未知量（节点自由度）是位位 移移，其他的一些未知量，如，其他的一些未知量，如应变应变，应力应力，和，和反力反力可可 通过节点位移导出。通过节点位移导出。 Definition 4 静力分析静力分析-用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力等。静力分析 包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大包括线性和非线性分析。而非线性分析涉及塑性，应力刚化，大 变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。 模态分析模态分析-用于计算结构的固有频率和模态。用于计算结构的固有频率和模态。 谐波分析谐波

3、分析-用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。 瞬态动力分析瞬态动力分析-用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，用于计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应， 并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。并且可计及上述提到的静力分析中所有的非线性性质。 谱分析谱分析-是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入输入 （随机振动）引起的应力和应变。（随机振动）引起的应力和应变。 曲屈分析曲屈分析-用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。ANSYS可进行

4、线性可进行线性 （特征值）和非线性曲屈分析。（特征值）和非线性曲屈分析。 显式动力分析显式动力分析-ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复可用于计算高度非线性动力学和复 杂的接触问题。杂的接触问题。 Guidelines 5 此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的应用：此外，前面提到的七种分析类型还有如下特殊的应用： 断裂力学 复合材料 疲劳分析 p-Method 结构分析所用的单元：绝大多数的结构分析所用的单元：绝大多数的ANSYS单元类型可用于结构分单元类型可用于结构分 析，单元类型从简单的杆单元和梁单元一直到较为复杂的层合壳析，单元类型从简单的杆单元和梁单元一直到较

5、为复杂的层合壳 单元和大应变实体单元。单元和大应变实体单元。 Guidelines 6 7 静力分析静力分析计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，计算在固定不变的载荷作用下结构的效应， 它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构受随时间变化载 荷的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的荷的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不变的 惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那惯性载荷对结构的影响（如重力和离心力），以及那 些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷（如通 常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载

6、和地震载常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载 荷）。荷）。 Definition 8 静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的 载荷作用于结构或部件上引起的位移，应力，应变载荷作用于结构或部件上引起的位移，应力，应变 和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定 载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。静力分载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。静力分 析所施加的载荷包括：析所施加的载荷包括： 外部施加的作用力和压力外部施加的作用力和压力 稳态的惯性力（如重力和离心力）稳态的惯性力（如重力和离心

7、力） 位移载荷位移载荷 温度载荷温度载荷 Definition 9 静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。静力分析既可以是线性的也可以是非线性的。非非 线性静力分析线性静力分析包括所有的非线性类型：大变形，塑包括所有的非线性类型：大变形，塑 性，蠕变，应力刚化，接触（间隙）单元，超弹性性，蠕变，应力刚化，接触（间隙）单元，超弹性 单元等。本节主要讨论线性静力分析，非线性静力单元等。本节主要讨论线性静力分析，非线性静力 分析在下一节中介绍分析在下一节中介绍. Definition 10 1建模建模 2施加载荷和边界条件，求解施加载荷和边界条件，求解 3. 结果评价和分析结果评价和分析 11 1

8、2 在日常生活中在日常生活中,会经常遇到会经常遇到结构非线性。结构非线性。 例如，无论何时用钉书针钉书，金属钉书钉例如，无论何时用钉书针钉书，金属钉书钉将将永久永久 地弯曲成一个不同的形状地弯曲成一个不同的形状 (图图11(a) 。 如果你如果你在在一个木架一个木架上放置上放置重物，随着时间的迁移它重物，随着时间的迁移它 将越来越下垂。将越来越下垂。(图图11(b)。 当当在在汽车或卡车上汽车或卡车上装货时装货时，它的，它的轮胎轮胎和下面路面间和下面路面间 接触接触将将随随货物重量而变化货物重量而变化 (看图看图11) 。 如果如果将上面例子所载荷变形曲线画出来将上面例子所载荷变形曲线画出来,

9、你将发现你将发现 它们都显它们都显示了非线性结构的基本特征示了非线性结构的基本特征-变化的结变化的结 构刚性构刚性. Definition 13 图11 非线性结构行为的普通例子 14 引起结构非线性的原因很多引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要，它可以被分成三种主要 类型：类型： 状态变化状态变化（包括接触）（包括接触） 几何非线性几何非线性 材料非线性材料非线性 Procedure 1. . 2. . 3. . 15 16 许多普通结构许多普通结构表现出一种表现出一种与状态相关的非线性行为与状态相关的非线性行为,例例如，如， 一根只能拉伸的一根只能拉伸的电缆可能是松散的电缆可能是

10、松散的,也可能是绷紧的。轴也可能是绷紧的。轴 承套可能是接触的承套可能是接触的,也可能是不接触的也可能是不接触的。冻土可能是冻结冻土可能是冻结 的的,也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改也可能是融化的。这些系统的刚度由于系统状态的改 变在不同的值之间突然变化。变在不同的值之间突然变化。状态改变也许和载荷直接状态改变也许和载荷直接 有关（如在电缆情有关（如在电缆情况中），况中）， 也可能由某种外部原因引起也可能由某种外部原因引起 （如在冻土中的紊乱热力学条件）。（如在冻土中的紊乱热力学条件）。ANSYS程序中单元程序中单元 的激活与杀死选项用来给这种状态的变化建模。的激活与杀死选项用来

11、给这种状态的变化建模。 接触接触是一种很普遍的非线性行为，是一种很普遍的非线性行为，接触接触是是状态状态变化变化非线性非线性 类型形类型形中一个特殊而重要的子集。中一个特殊而重要的子集。 Lesson Objectives 17 如果结构经受大变形，它如果结构经受大变形，它变化变化的几何形状可的几何形状可 能会引起能会引起结构结构的的非线性地响应非线性地响应。例如一根钓鱼竿，例如一根钓鱼竿， 随着随着垂垂向载荷向载荷的的增加，杆增加，杆不断不断弯曲以致弯曲以致于于动力臂动力臂 明显地减明显地减少，导致杆少，导致杆端显示出端显示出在在较高载荷下较高载荷下不断不断 增长的刚性。增长的刚性。 Les

12、son Objectives 18 非线性非线性的的应力应变关系是应力应变关系是结构结构非线性非线性 的常见原因的常见原因。许多因素可以影响材料的应力。许多因素可以影响材料的应力 应变性质，包括加载历史（如在弹塑性响应应变性质，包括加载历史（如在弹塑性响应 状况下），环境状况（如温度），加载的时间状况下），环境状况（如温度），加载的时间 总量（如在蠕变响应状况下）。总量（如在蠕变响应状况下）。 Definition 19 近似的近似的非线性非线性求解是求解是将载荷分成一系列的载荷增量。可将载荷分成一系列的载荷增量。可 以在几个载荷步内以在几个载荷步内或者在一个载步的几个子步内施加载荷增或者在一

13、个载步的几个子步内施加载荷增 量。在每一个增量的求解完成后，继续进行下一个载荷量。在每一个增量的求解完成后，继续进行下一个载荷。在。在 增量之前增量之前，程序调整刚度矩阵程序调整刚度矩阵来来反反映结构刚度的非线性变化。映结构刚度的非线性变化。 但遗憾的是，纯粹的增量近似不但遗憾的是，纯粹的增量近似不可避免地可避免地产生产生每一个载荷增每一个载荷增 量积累误差，量积累误差，导种结果最终失去平衡，如图导种结果最终失去平衡，如图13（a）所示）所示 所示。所示。 ANSYS程序通过使用牛顿程序通过使用牛顿-拉普森平衡迭代方法（拉普森平衡迭代方法（NR 法）克服了上述困难，它迫使解在每个荷载增量的末端

14、达到法）克服了上述困难，它迫使解在每个荷载增量的末端达到 平衡收敛。图平衡收敛。图 13（b）描述了描述了在单自由度非线性分）描述了描述了在单自由度非线性分 析中牛顿析中牛顿-拉普森平衡迭代的使用。拉普森平衡迭代的使用。 Definition 20 逐步递增载荷和平衡迭代(续) (a)纯粹增量式解纯粹增量式解 （b)全全牛顿拉普森牛顿拉普森迭代求解（迭代求解（2个个载荷增量）载荷增量） 图图13 纯粹增量近似与纯粹增量近似与牛顿拉普森牛顿拉普森近似的关系近似的关系 21 对某些物理意义上不稳定系统的非线性静态分析，如果你仅仅对某些物理意义上不稳定系统的非线性静态分析，如果你仅仅 使用使用NR方

15、法，正切刚度矩阵可能变为降秩短阵，导致严重的收敛方法，正切刚度矩阵可能变为降秩短阵，导致严重的收敛 问题。这样的情况包括独立实体从固定表面分离的静态接触分析，问题。这样的情况包括独立实体从固定表面分离的静态接触分析， 结构结构或或者完全崩溃或者完全崩溃或 者者“突然变成突然变成”另一个稳定形状的非线性弯另一个稳定形状的非线性弯 曲问题。对这样的情况，你可以激曲问题。对这样的情况，你可以激活另外一种迭代方法活另外一种迭代方法，弧长方，弧长方 法，来帮助稳定求解。弧长方法导致法，来帮助稳定求解。弧长方法导致NR平衡迭代沿一段弧收敛，平衡迭代沿一段弧收敛， 从而即使当正切刚度矩阵的倾斜为零或负值时，

16、也往往阻止发散。从而即使当正切刚度矩阵的倾斜为零或负值时，也往往阻止发散。 这种迭代方法以这种迭代方法以图形表示在图图形表示在图14中。中。 22 图图14传统的传统的NR方法与弧长方法的比较方法与弧长方法的比较 23 非非线性求解被分成三个操作级别：线性求解被分成三个操作级别：载荷步载荷步、子步子步、平衡迭代平衡迭代。 “顶层顶层”级别由在一定级别由在一定“时间时间”范围内你明确定义的载荷步组范围内你明确定义的载荷步组 成。假定载荷在载荷步内是线性地变化的。成。假定载荷在载荷步内是线性地变化的。 在每一个载荷步内在每一个载荷步内，为了逐步加载，为了逐步加载可以控制程序可以控制程序来执来执行行

17、多多次求次求 解（子步或时间步解（子步或时间步）。）。 在每一个子步内，程序将进行一系列的平衡迭代以获得收敛的在每一个子步内，程序将进行一系列的平衡迭代以获得收敛的 解。解。 图图15说明了一段用于非线性分析的典型的载荷历史。说明了一段用于非线性分析的典型的载荷历史。 Procedure 1. . 2. . 3. . 24 图15载荷步、子步、及“时间” 25 当你对平衡迭代确定收敛容限时，要注意这些问题当你对平衡迭代确定收敛容限时，要注意这些问题： 你你想想基于载荷，基于载荷，变形，还是变形，还是联立二者来联立二者来确定收敛容限？确定收敛容限？ 既然径向偏移（以弧度度量）比对应的平移小，你是

18、不是想对既然径向偏移（以弧度度量）比对应的平移小，你是不是想对 这些不同的条目建立不同的收敛准则？这些不同的条目建立不同的收敛准则？ 当你当你确定确定收敛准则时收敛准则时，ANSYS程序程序会会给你一系列的选择：你给你一系列的选择：你 可以将收敛检查建立在力，可以将收敛检查建立在力，力矩、位移、转动或力矩、位移、转动或这些项目的这些项目的 任意组合上。任意组合上。 另外，每一个项目另外，每一个项目 可可 以有不同的收敛容限值。以有不同的收敛容限值。 对多自由度问题，你同样也有收敛准则的选择问题。对多自由度问题，你同样也有收敛准则的选择问题。 当你确定你的收敛准则时，记住以力为基础的收敛提供了收

19、敛当你确定你的收敛准则时，记住以力为基础的收敛提供了收敛 的绝对量度，而以位移为基础的收敛仅提供了表观收敛的相的绝对量度，而以位移为基础的收敛仅提供了表观收敛的相 对量度。因此，你应当对量度。因此，你应当如果需要如果需要总是使用以力为基础（总是使用以力为基础（或或以以 力矩力矩为基础的）收敛为基础的）收敛容限容限。如果需要如果需要可以增加以位移为基础可以增加以位移为基础 （或或以以转动转动为基础的）收敛检查，但是通常不单独使用它们。为基础的）收敛检查，但是通常不单独使用它们。 Procedure 1. . 2. . 3. . 26 图图16说明了一种单独说明了一种单独 使用位移收敛检使用位移收

20、敛检查导致查导致 出错出错情况。在第二次迭情况。在第二次迭 代后计算代后计算 出出的位移很小的位移很小 可能被认为是收敛的解，可能被认为是收敛的解， 尽管问题仍旧远离真正尽管问题仍旧远离真正 的解。要防止这的解。要防止这 样的错样的错 误，应当误，应当使使用力收敛检用力收敛检 查。查。 图图16完全依赖位移收敛检查完全依赖位移收敛检查 有时可能产生错误的结果有时可能产生错误的结果 27 当使用多个子步时，你需要当使用多个子步时，你需要考虑考虑精度和精度和代价代价 之间的平衡；更多之间的平衡；更多的的子步子步骤骤（也就（也就是，是，小小 的时间步）通常导致较好的精度，但以增的时间步）通常导致较好

21、的精度，但以增 多的运行时间为代价。多的运行时间为代价。ANSYS提供两种方提供两种方 法来控制子步数：法来控制子步数： 子步数子步数或时间步长或时间步长 我们即可以我们即可以通过指定实际通过指定实际的的子步数子步数也可以也可以通通 过指定时间步长控制子步数。过指定时间步长控制子步数。 自动时间自动时间步长步长 ANSYS程序，基于结构的特性和系统的响应程序，基于结构的特性和系统的响应， 来调查时间步长来调查时间步长 28 如果你的结构在它的整个加载历史期间显如果你的结构在它的整个加载历史期间显 示出高度的非线性特点，示出高度的非线性特点，而且你对而且你对结结 构的构的 行为行为子解足够好可以

22、子解足够好可以确保确保深到深到收敛的解，收敛的解， 那么你也许那么你也许能够能够自己确定多小的自己确定多小的 时时间步长间步长 是必需的，且对所有的载荷步使用这同一是必需的，且对所有的载荷步使用这同一 时间步。（务必允许足够大的时间步。（务必允许足够大的 平衡迭代平衡迭代 数）。数）。 29 如果你预料你的结构的行为将从线性到非线性变如果你预料你的结构的行为将从线性到非线性变化，化，你也你也 许想要在系统响应的非线性部分期间变化时间步长。在这样许想要在系统响应的非线性部分期间变化时间步长。在这样 一种情况，你可以激活自动时间分步一种情况，你可以激活自动时间分步以以 便便随需要调整时间随需要调整

23、时间 步长，获得精步长，获得精度和代价度和代价之间的良好平衡。同样地，如果你不之间的良好平衡。同样地，如果你不 确信你的问题将成功地收敛，你也许想要使用确信你的问题将成功地收敛，你也许想要使用自自动时间分步动时间分步 来激活来激活ANSYS程序的二分特点。程序的二分特点。 二分二分法法提供了一种提供了一种对对收敛失败自动矫正的方法。无论何时收敛失败自动矫正的方法。无论何时只要只要 平衡迭代收敛失败，二分平衡迭代收敛失败，二分法法将把时间步长分成两半，然后从将把时间步长分成两半，然后从 最后收敛的子步自动重启动，如果已二分的时间步再次收敛最后收敛的子步自动重启动，如果已二分的时间步再次收敛 失败

24、，二分法将再次分割时间步长然后重启动，持续这一过失败，二分法将再次分割时间步长然后重启动，持续这一过 程直到获得收敛或到达最小时间步长（由你指定）。程直到获得收敛或到达最小时间步长（由你指定）。 30 当结构经历大变形时当结构经历大变形时应该考虑到载荷将应该考虑到载荷将发生了什么变化。在许发生了什么变化。在许 多情况中，无论多情况中，无论结结构如何变形施加在系统中的载荷保持恒定构如何变形施加在系统中的载荷保持恒定 的的方方向。向。而而在另一些情况中，力在另一些情况中，力将将 改变改变方向方向，随着单元方，随着单元方 向的改变而变化。向的改变而变化。 ANSYS程序对这两种情况都可以建模，依赖于

25、所施加的载荷程序对这两种情况都可以建模，依赖于所施加的载荷 类型。加速度和集中力类型。加速度和集中力将不管单元方向的改变而将不管单元方向的改变而保持它们最保持它们最 初的方向，表面载荷作用在变形单元初的方向，表面载荷作用在变形单元表表面的法向，且可被用面的法向，且可被用 来模拟来模拟“跟随跟随”力。图力。图18说明了恒力和跟随力。说明了恒力和跟随力。 注意注意在大变形分析中不修正结点坐标系方向。因此计算在大变形分析中不修正结点坐标系方向。因此计算 出的位移在最初的方向上输出。出的位移在最初的方向上输出。 31 图图18 变形前后载荷方向变形前后载荷方向 32 用于分析非线性瞬态行为的用于分析非

26、线性瞬态行为的过过程程，与，与对线性静态行为的处对线性静态行为的处 理理相似相似,以步进增量加载，程序在每一步中进行平衡迭代。以步进增量加载，程序在每一步中进行平衡迭代。 静态和瞬态处理的主要不同是在瞬态过程分析中静态和瞬态处理的主要不同是在瞬态过程分析中要要激活时激活时 间积分效应。（因此，在瞬态过程分析中间积分效应。（因此，在瞬态过程分析中“时间时间”总是表总是表 示实际的时序。）自动时间分步和二等分特点同样也适用示实际的时序。）自动时间分步和二等分特点同样也适用 于瞬态过程于瞬态过程分分析。析。 Procedure 1. . 2. . 3. . 33 使用使用与与任何其它类型分析的同一系

27、列的命令来建模和进行非线任何其它类型分析的同一系列的命令来建模和进行非线 性分析。同样，性分析。同样，无无论你正在进行何种类型的分析，你可从用论你正在进行何种类型的分析，你可从用 户图形界面户图形界面GUI选择相似的选项来建模和求解问题。选择相似的选项来建模和求解问题。 本章后面的部分本章后面的部分”非线性实例分析（命令），非线性实例分析（命令）， 显示了使用批处显示了使用批处 理方法用理方法用 ANSYS分析分析一个非线性分析时的一系列命令。另一个非线性分析时的一系列命令。另 一部分一部分“非线性实例分析（非线性实例分析（GUI方法）方法）”，显示了如何从，显示了如何从 ANSYS的的GUI

28、中中执行同样的例子分析执行同样的例子分析。 Lesson Objectives 34 尽管非线性分析比线性分析变得更加复杂，但处理尽管非线性分析比线性分析变得更加复杂，但处理 基本相同。只是在非线形分析的适当过程中，添加基本相同。只是在非线形分析的适当过程中，添加 了需要的非线性特性。了需要的非线性特性。Lesson Objectives 35 非线性静态分析是静态分非线性静态分析是静态分析析的一种特殊形式。如同的一种特殊形式。如同 任何静态分析，处理流程主要由三个主要步骤组成：任何静态分析，处理流程主要由三个主要步骤组成： 1、建模。、建模。 2、加载且得到解。、加载且得到解。 3、考察结果

29、。、考察结果。 36 步骤步骤1：建模：建模 这一步对线性和非线性分析都是必需的，尽管非线性这一步对线性和非线性分析都是必需的，尽管非线性 分析在这一步中可能包括特殊的单元分析在这一步中可能包括特殊的单元或或非线性材料性非线性材料性 质，如果质，如果模型中模型中包含大应变效应，应力包含大应变效应，应力应变数据必应变数据必 须依据真实应力和真实（或对数）应变表示。须依据真实应力和真实（或对数）应变表示。 Guidelines 37 步骤步骤2：加载且得到解：加载且得到解 在这一步中，你定义分析类型和选项，指定载荷步选项，开在这一步中，你定义分析类型和选项，指定载荷步选项，开 始有限无求解。既然非

30、线性求解经常要求多个载荷增量，且始有限无求解。既然非线性求解经常要求多个载荷增量，且 总是需要平衡迭代，它不同于线性求解。处理过程如下：总是需要平衡迭代，它不同于线性求解。处理过程如下： 1、进入、进入ANSYS求解器求解器 命令：命令：/Solution GUI：Main MenuSolution 2、定义分析类型及分析选项。分析类型和分析选项在第一个、定义分析类型及分析选项。分析类型和分析选项在第一个 载荷步后（也就是，在你发出你的第一个载荷步后（也就是，在你发出你的第一个SOLVL命令之后）命令之后） 不能被改变。不能被改变。ANSYS提供这些选项用于静态分析。提供这些选项用于静态分析。

31、 Procedure 1. . 2. . 3. . 38 表表11 分析类型和分析选项分析类型和分析选项 选项：新的分析选项：新的分析ANTYPE 一般情况下会使用New Analysis(新的分析）。 选项：分析类型：静态选项：分析类型：静态ANTYPE 选择Static（静态）。 选项：大变形选项：大变形或或大应变选大应变选项（项（GEOM） 并不是所有的非线性分析都将产生大变形。参看：“使用几何非线性”对 大变型的进一步讨论。 39 选项：应力选项：应力刚刚化效应化效应SSTIF 如果存在应如果存在应力刚化效应选择力刚化效应选择ON。 选项：选项：牛顿拉普森牛顿拉普森选项选项NROPT

32、仅在非线性分析中使用这个选项。这个选项指定在求解仅在非线性分析中使用这个选项。这个选项指定在求解 期间每隔多久修改一期间每隔多久修改一 次正切矩阵。你可以指定这些值次正切矩阵。你可以指定这些值 中的一个。中的一个。 程序选择（程序选择（NROPT，ANTO）：程序基于你模型中存）：程序基于你模型中存 在的非线性种类选择用这些选项中的一个。在的非线性种类选择用这些选项中的一个。在需要时牛在需要时牛 顿拉普森方法顿拉普森方法将自动激活自适应下降。将自动激活自适应下降。 40 修正的（修正的（NROPT，MODI）：程序使用修正的）：程序使用修正的牛顿拉牛顿拉 普森普森方法，在这种方法中正切刚度矩阵

33、在每一子步中都方法，在这种方法中正切刚度矩阵在每一子步中都 被修正。在一个子步的平衡迭被修正。在一个子步的平衡迭 代期代期间矩阵不被改变。这间矩阵不被改变。这 个选项不适用于大变形分析。自适应下降是不可用的个选项不适用于大变形分析。自适应下降是不可用的 初始刚度（初始刚度（NROPT，INIT）：程序在每一次平衡迭代中）：程序在每一次平衡迭代中 都使用初始刚度矩阵这一选项比完全选项似乎较不易发都使用初始刚度矩阵这一选项比完全选项似乎较不易发 散，但它经常要求更多次的迭代来得到收敛。它不适用散，但它经常要求更多次的迭代来得到收敛。它不适用 于大变形分析。自适应下降是不可用的。于大变形分析。自适应

34、下降是不可用的。 选项：方程求解器选项：方程求解器 对于非线性分析，使用前面的求解器（缺省选项）。对于非线性分析，使用前面的求解器（缺省选项）。 41 3、在模型上加载，、在模型上加载，记住在记住在大变型分析中惯性力和点载荷将保持恒大变型分析中惯性力和点载荷将保持恒 定的方向，定的方向，但但表面力将表面力将“跟随跟随”结构结构而变化。而变化。 4、指定载荷步选项。这些选项可以在任何载荷步中改变。下列选、指定载荷步选项。这些选项可以在任何载荷步中改变。下列选 项对非线性静态分析是可用的：项对非线性静态分析是可用的： 普通选项：普通选项： Time(TIME) ANSYS程序借助在每一个载荷步末端

35、给定的程序借助在每一个载荷步末端给定的TIME参数识别出载荷参数识别出载荷 步和子步。使用步和子步。使用TIME命令来定义受某些实际物理量（如先后时命令来定义受某些实际物理量（如先后时 间，所施加的压力，等等。）限制的间，所施加的压力，等等。）限制的TIME值。值。程序通过程序通过这个选这个选 项项来指定来指定载荷步的末端时间。载荷步的末端时间。 注意注意在没有指定在没有指定TIME值时，程序将依据缺省自动地对每一个载值时，程序将依据缺省自动地对每一个载 荷步按荷步按1.0 增增加加TIME（在第一个载荷步的末端以（在第一个载荷步的末端以TIME=1.0开开 始）始）。 时间步的数目时间步的数

36、目NSUBST 时间步长时间步长DELTIM 42 非线性分析要求在每一个载荷步内有多个子步（或时间步；这非线性分析要求在每一个载荷步内有多个子步（或时间步；这 两个术语是等效的）从而两个术语是等效的）从而ANSYS可以逐渐施加所给定的载可以逐渐施加所给定的载 荷荷，得到精确的解。得到精确的解。NSUBST和和DELTIM命令都获得同样的命令都获得同样的 效果（给定载荷步的起始，最小，及最大步长）。效果（给定载荷步的起始，最小，及最大步长）。NSNBST 定定义在一个载荷步内将被义在一个载荷步内将被使使用的子步的数目，而用的子步的数目，而DELTIM明明 确地定义时间步长。确地定义时间步长。如

37、果自动如果自动时间步长时间步长是关闭的，那么起始是关闭的，那么起始 子步长用于整个载荷步。缺省时是每个载荷步有一个子步子步长用于整个载荷步。缺省时是每个载荷步有一个子步。 渐进式或阶跃式的加载渐进式或阶跃式的加载 在在与应变率无关的与应变率无关的材料行为的非线性静态分析中通常材料行为的非线性静态分析中通常不需要不需要 指定指定这个选项，因为依据缺省这个选项，因为依据缺省，载荷将为载荷将为渐进式的渐进式的,阶跃式的阶跃式的 载荷载荷KBC，1除了在率除了在率相关材料行为情状下（蠕变或相关材料行为情状下（蠕变或 粘塑性）粘塑性），在静态分析中通常没有意义。在静态分析中通常没有意义。 43 自动时间

38、分步自动时间分步AUTOTS 这一选项允许程序确定这一选项允许程序确定子子步间载荷增量的大小和决定在步间载荷增量的大小和决定在求求 解期间是增加还是减解期间是增加还是减 小小时间步（子步）长。缺省时是时间步（子步）长。缺省时是OFF （关闭）。（关闭）。 你可以用你可以用AUTOTS命令打开自动时间命令打开自动时间步长步长和二分和二分法法。通过激。通过激 活自动时间步活自动时间步长长，可以让程序决定在每一个载荷步内使用，可以让程序决定在每一个载荷步内使用 多少个时间步。多少个时间步。 在一个时间步的在一个时间步的求解完成后求解完成后，下一个时间步，下一个时间步长长的大小基于四的大小基于四 种因

39、素预计：种因素预计： 在最近过去的时间步中使用的平衡迭代的数目（更多次的迭在最近过去的时间步中使用的平衡迭代的数目（更多次的迭 代成为时间步长减小的原因）代成为时间步长减小的原因） 对非线性单元状态改变预测（当状态改变临近时减小时间步对非线性单元状态改变预测（当状态改变临近时减小时间步 长）长） 塑性应变增加的大小塑性应变增加的大小 蠕变增加的大小蠕变增加的大小 44 非线性选项非线性选项 程序将连续进行平衡迭代直到满足收敛准则。程序将连续进行平衡迭代直到满足收敛准则。我们我们可以用缺省的可以用缺省的 收敛准则收敛准则，也可以自己定义收敛准则。也可以自己定义收敛准则。 收敛准则收敛准则CNVT

40、OL 缺省的收敛准则缺省的收敛准则 依据缺省，程序将依据缺省，程序将以以VALUETOLER的值对力（或者力矩）的值对力（或者力矩）进行进行收收 敛敛检查。检查。VALUE的缺省值是的缺省值是在在所加载荷（所加载荷（或或所加位移，所加位移， Netwton-Raphson回复力）的回复力）的SRSS，和和MINREF（其缺省为（其缺省为 1.0）中，取值较大者）中，取值较大者。TOLER的缺省值是的缺省值是0.001 你应当几乎总是使用力收敛检查。可以添加位移（或者转动）收你应当几乎总是使用力收敛检查。可以添加位移（或者转动）收 敛检查。对于位移，程序将收敛检查建立在当前（敛检查。对于位移，程

41、序将收敛检查建立在当前（i）和前面）和前面 （i1）次迭代之间的位移改变上。）次迭代之间的位移改变上。 注意注意如果你如果你明确明确地定义了任何收敛准则（地定义了任何收敛准则（CNVTOL），缺省准则），缺省准则 将将“失效失效”。因此，如果你定义了位移收敛检查因此，如果你定义了位移收敛检查，你将不得不再你将不得不再 定义力收敛检查定义力收敛检查。 45 用户收敛准则用户收敛准则（ 你可以定义用户收敛准则，替代缺省的值）你可以定义用户收敛准则，替代缺省的值） 使用严格的收敛准则将提高你的结果的精度，但以多更次的平衡迭代为代使用严格的收敛准则将提高你的结果的精度，但以多更次的平衡迭代为代 价。如

42、果你想严格（加放松）你的准则，你应当改变价。如果你想严格（加放松）你的准则，你应当改变TOLER两个数量级。两个数量级。 一般地，你应当继续使用一般地，你应当继续使用VALUE的缺省值；的缺省值；也就是，通过调整也就是，通过调整TOLER， 而不是而不是VALUL 改变收改变收敛准则。敛准则。 在单一和多在单一和多DOF系统中检查收敛系统中检查收敛 要在单自由度（要在单自由度（DOF）系统中检查收敛，你对这一个）系统中检查收敛，你对这一个DOF计算出不平衡力，计算出不平衡力， 然后对照给定的收敛准则（然后对照给定的收敛准则（VALUE*TOLER）参看这个值（同样也可以）参看这个值（同样也可以

43、 对的单一对的单一DOF的位移的位移(和旋度和旋度)收敛进行类似的检查。）然而，在多收敛进行类似的检查。）然而，在多DOF 系统中，你也许想使用不同的比较方法。系统中，你也许想使用不同的比较方法。 ANSYS程序提供三种不同的矢量规范用于收敛核查。程序提供三种不同的矢量规范用于收敛核查。 无限规范在你模型中的每一个无限规范在你模型中的每一个DOF处重复单处重复单DOF核查。核查。 LI规范将收敛准则同所有规范将收敛准则同所有DOFS的的不不平衡力（平衡力（力矩力矩）的绝对值的总和相对照。）的绝对值的总和相对照。 L2规范使用所有规范使用所有DOFS不不平衡力（平衡力（或力矩或力矩）的平方总和的

44、平方根进行收敛检）的平方总和的平方根进行收敛检 查。查。 46 对于下面例子，如果对于下面例子，如果不不平衡力（在每一个平衡力（在每一个DOF处单独检查）小处单独检查）小 于或等于于或等于2.5，且如果位移的改变（以平方和的平方根检查，且如果位移的改变（以平方和的平方根检查） 小于或等于小于或等于0.01，子步将认为是收敛的。，子步将认为是收敛的。 CNVTOL，F，5000，0.005，0 CNVTOL，U，10，0.001，2 平衡迭代的最大次数平衡迭代的最大次数NEQIT Guidelines 47 使用这个选项来对在每一个子步中进行的最大平衡迭代次数实使用这个选项来对在每一个子步中进行

45、的最大平衡迭代次数实 行限制（缺省行限制（缺省=25）。如果在这个平衡迭代次数之内不能满）。如果在这个平衡迭代次数之内不能满 足收敛准则，且如果自动足收敛准则，且如果自动步长步长是打开的是打开的AUTOTS，分，分 析将尝试析将尝试使用使用二二分法分法。如果二。如果二分法分法是不可能的，那么，分是不可能的，那么，分析析 将或将或者终止，或者进行下一者终止，或者进行下一个个载荷步，依据你在载荷步，依据你在NCNV命令命令 中发出的指示。中发出的指示。 求解终止选项求解终止选项NCNV Guidelines 48 这个选项处理五种不同的终止准则这个选项处理五种不同的终止准则： 如果位移如果位移“太

46、大太大”它建立一个用于终止分析和程序执行的准则。它建立一个用于终止分析和程序执行的准则。 它对累积迭代次数设置限制。它对累积迭代次数设置限制。 它对整个时间设置限制。它对整个时间设置限制。 它对整个它对整个CPU时间设置限制。时间设置限制。 弧长选项弧长选项ARCLEN 如果你预料到结构在它的载荷历史内某些点上将在物理意义上如果你预料到结构在它的载荷历史内某些点上将在物理意义上 不稳定，你可以使不稳定，你可以使用用弧长方法来帮助获得稳定数值求解。弧长方法来帮助获得稳定数值求解。 Procedure 1. . 2. . 3. . 49 激活弧长方法的典型的系列命令激活弧长方法的典型的系列命令：

47、注意注意在适当的时候，你可以和弧长方法一起使用许多其它的分析和在适当的时候，你可以和弧长方法一起使用许多其它的分析和 载荷步选项。但是不能和弧长方法一起使用下列选项：线搜索载荷步选项。但是不能和弧长方法一起使用下列选项：线搜索 LNSRCH，时间步长时间步长预测预测PRED，自适应下降，自适应下降 NROPT，ON，自动时间步，自动时间步长长AUTOTS，TIME， DELTIM，或打开时间积分效应（或打开时间积分效应（TIMINT）。）。 时间步长时间步长预测预测纠正选项纠正选项PRED 对于每一个子步的第一次平衡迭代你可以激活和对于每一个子步的第一次平衡迭代你可以激活和DOF求解有关的求解

48、有关的 预测。这个特预测。这个特点点加速收敛且如果非线性响应是相对平加速收敛且如果非线性响应是相对平滑的，它特滑的，它特 别的有用。别的有用。 线搜索选项线搜索选项LNSRCH 这个选项是对自适应下降的替代。这个选项是对自适应下降的替代。这个这个收敛提高工具用程序计算收敛提高工具用程序计算 出的比出的比例例因子（具有因子（具有0和和1之间的值）乘以计算出的位移增量。因之间的值）乘以计算出的位移增量。因 为线搜索算法是用来对自适应下降选项为线搜索算法是用来对自适应下降选项NROPT进行的替代，进行的替代， 如果线搜索选项是开，自适应下降不被自动激活。不建议同时激如果线搜索选项是开，自适应下降不被

49、自动激活。不建议同时激 活线搜索和自适应下降。活线搜索和自适应下降。 50 激活和杀死选项激活和杀死选项 在在ANSYS/Mechanical和和ANSYS/LSDYNA产品中，你可以去产品中，你可以去杀死杀死 和和激活单元来模拟材料的消去和添加。激活单元来模拟材料的消去和添加。 程序通过用一个非常小的数（它由程序通过用一个非常小的数（它由ESTIF命令设置）乘以它的刚度从命令设置）乘以它的刚度从 总质量矩阵消去它的质量总质量矩阵消去它的质量“ 杀死杀死”一一个单元。对无活性单元的单个单元。对无活性单元的单 元载荷（压力，热通量，热应变，等等）同样设置为零。需要在元载荷（压力，热通量，热应变，

50、等等）同样设置为零。需要在 前处理中定义所有可能的单元；不可能在前处理中定义所有可能的单元；不可能在 SOLUTION中产生新的中产生新的 单元。单元。 在你的分析的后面阶段中在你的分析的后面阶段中“出生出生”的那些单元，在第一个载荷步前应的那些单元，在第一个载荷步前应 当被当被杀死，然后去在适当的载荷步的开始被重激活，当单元被重杀死，然后去在适当的载荷步的开始被重激活，当单元被重 激活时，它们具有零应变状态，且（激活时，它们具有零应变状态，且（if NLGEOM,ON） 它们的几它们的几 何何选项选项（长度，面积等等）被修改来与它们的的现偏移位置相适（长度，面积等等）被修改来与它们的的现偏移

51、位置相适 应。应。 51 杀死（杀死（EKILL） 激活（激活（EALIVE） 改变材料性质参考号改变材料性质参考号MPCHG 另一种在求解期间影响单元行为的办法是来改变它的材料性质参考另一种在求解期间影响单元行为的办法是来改变它的材料性质参考 号。这个选项允许你在载荷步间改变一个单元的材料性质。号。这个选项允许你在载荷步间改变一个单元的材料性质。 EKILL适用于大多数单元类型。适用于大多数单元类型。MPCHG适用于所于单元类型。适用于所于单元类型。 52 输出控制选项输出控制选项 输出控制选项包括：输出控制选项包括： 打印输出（打印输出（OUTPR） 使用这个选项来在输出文件（使用这个选项

52、来在输出文件（Jobname.out)中包括进中包括进便所想要的便所想要的 结果数据。结果数据。 结果文件输出结果文件输出OUTRES 这个选项控制结果文件中的数据（这个选项控制结果文件中的数据（Jobname.rst)。 OUTPR和和OUTRES用来用来控制结果被写入这些文件的频率。控制结果被写入这些文件的频率。 结果外推结果外推ERESX 这个选项，依据缺省，拷贝一个单元的积分点应力和弹性应变结果这个选项，依据缺省，拷贝一个单元的积分点应力和弹性应变结果 到结点而替代外推它们，如果在单元中存在非线性（塑性，蠕变，到结点而替代外推它们，如果在单元中存在非线性（塑性，蠕变， 膨胀）的话。积分

53、点非线性变膨胀）的话。积分点非线性变化化总是被拷贝到结点。总是被拷贝到结点。 53 步骤步骤2：加载且得到解：加载且得到解 5、存储基本数据的备份副本于、存储基本数据的备份副本于另一另一文件。文件。 命令：命令：SAVE GUI：Utility MenuFileSave As 6、开始求解计算。、开始求解计算。 命令：命令：SOLVE GUI：Main MennSolution-Solve-Current LS 7、如果你需要定义多个载荷步，对每一个其余的载荷步重复、如果你需要定义多个载荷步，对每一个其余的载荷步重复 步骤步骤3至至6。 8、离开、离开SOLUTION处理器处理器 命令：命令：

54、FINISH GUI：关闭关闭Solution菜单。菜单。 Guidelines 54 步骤步骤3：考察结果：考察结果 来自非线性静态分析的结果主要由位移，应力，应变，以来自非线性静态分析的结果主要由位移，应力，应变，以 及反作用力组成。可以用及反作用力组成。可以用POST1，通用后处理器，或者用，通用后处理器，或者用 POST26，时间历程后处理器，来考察这些结果。，时间历程后处理器，来考察这些结果。 记住，用记住，用POST1一次仅可以读取一个子步，且来自那个子一次仅可以读取一个子步，且来自那个子 步的结果应当已被写入步的结果应当已被写入Jobname.rst。（载荷步选项命。（载荷步选项

55、命令令 OUTRES控制哪一个子步的结果被存储入控制哪一个子步的结果被存储入Jobname.rst。) 典型的典型的POST1后处理顺序将在下面描述后处理顺序将在下面描述。 55 用用POST1考察结果考察结果 1、检查你的输、检查你的输出出文件（文件（Jobname.out)是否在所有的子步分是否在所有的子步分 析都收敛。析都收敛。 如果不收敛，你可能不想后处理结果，而是想确定为什么收如果不收敛，你可能不想后处理结果，而是想确定为什么收 敛失败。敛失败。 如果你的解收敛，那么继续进行后处理。如果你的解收敛，那么继续进行后处理。 2、进入、进入POST1。如果。如果用于求解的用于求解的模型现在

56、不在数据中，发模型现在不在数据中，发 出出RESUME。 命令：命令：POST1 GUI：Main MenuGeneral Postproc 3、读取读取需要的载荷步和子步结果，这可以依据载荷步和子步需要的载荷步和子步结果，这可以依据载荷步和子步 号或者时间号或者时间来来识别然而，不能依据时间识别出弧长结果。识别然而，不能依据时间识别出弧长结果。 命令：命令：SET GUI：Main MennGeneral PostprocRead Results-Load step 56 注意注意：如果你指定了：如果你指定了 一个没有结果可用一个没有结果可用 的的 T i m e 值 ，值 ， ANSYS程

57、序将进程序将进 行线性内行线性内插来插来计算计算 出那出那Time处的结果。处的结果。 认识到在非线分析认识到在非线分析 中这种线性内中这种线性内插插通通 常将导致某些精度常将导致某些精度 损 失 （ 参 看 图损 失 （ 参 看 图 19）。因此，对）。因此，对 于非线性分析，通于非线性分析，通 常你应当在一个精常你应当在一个精 确地对应于要求子确地对应于要求子 步的步的TIME处进行后处进行后 处理。处理。 图图19非线性果的线性内插可能引起某些误差非线性果的线性内插可能引起某些误差 57 4、使用下列任意选项显示结果、使用下列任意选项显示结果 选项；显示已变形的形状选项；显示已变形的形状

58、 命令：命令：PLDISP G U I ： M a i n M e n u G e n e r a l P o s t p r o c P l o t ResultsDeformed Shapes 在大变形分析中，一般优先使用真实比例显示在大变形分析中，一般优先使用真实比例显示IDSCALE， 1。 选项：等值线显示选项：等值线显示 命令：命令：PLNSOL 或者或者PLESOL GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal Solu或者或者 Element Solu 使用这些选项来显示应力，应变，或者任何其它可用项目

59、的等使用这些选项来显示应力，应变，或者任何其它可用项目的等 值线。如果值线。如果邻接的单元具邻接的单元具有不同材料行为（可能由于塑性或有不同材料行为（可能由于塑性或 多线性弹性的材料性质，由于不同的材料类型，或者由于邻多线性弹性的材料性质，由于不同的材料类型，或者由于邻 近的单元近的单元的死活属性不同的死活属性不同而产生），你应当注意避免你的结而产生），你应当注意避免你的结 果中的结点应力平均错误。果中的结点应力平均错误。 58 同样地你可以绘同样地你可以绘制制单元表数据和线单元数据的等值线：单元表数据和线单元数据的等值线： 命令：命令：PLETAB，PLLS GUIS：Main MenuGeneral PostprocElement TablePlot