第15章 结构非线性分析实例与分析

1、第第15章章结构非线性分析实例与分析结构非线性分析实例与分析215.1结构非线性概述结构非线性概述 什么是结构非线性什么是结构非线性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。例如，无论何时用钉书针钉结构非线性。例如，无论何时用钉书针钉书，金属钉书钉书，金属钉书钉将将永久地弯曲成一个不同的形状。（如图永久地弯曲成一个不同的形状。（如图151151（a 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，随着时间的迁移它将越来越下重物，随着时间的迁移它将越来越下垂。（如图垂。（如图151151（b 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

2、和下面路面间接触下面路面间接触将将随随货物重量的货物重量的变化变化而变化而变化。（如图。（如图151151（c c）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, ,你将发现它们都显你将发现它们都显示了非线示了非线性结构的基本特征性结构的基本特征-变化的结构刚性变化的结构刚性. .3图151 非线性结构行为的普通例子4引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型：状态改引起结构非线性的原因很多，它可以被分成三种主要类型：状态改变、几何非线性、材料非线性。变、几何非线性、材料非线性。 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

3、515.2 非线性分析的基本知识非线性分析的基本知识方程求解方程求解 非非线性求解被分成三个操作级别：载荷步、子步、平衡迭代。线性求解被分成三个操作级别：载荷步、子步、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成。假定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。载荷在载荷步内是线性地变化的。在每一个载荷在每一个载荷是是步内步内，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多多次求解（子次求解（子步或时间步步或时间步）。）。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解。在每一个子步内，程序将进行一系列的平

4、衡迭代以获得收敛的解。6 子步子步 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；更多的的子子步（也就步（也就是，是，小的时间步）通常导致较好的精度，但以增多的运行小的时间步）通常导致较好的精度，但以增多的运行时间为代价。时间为代价。ANSYS提供两种方法来控制子步数：提供两种方法来控制子步数：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过指定时间步长控制子步数通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

5、系统的响应，来，来调整调整时间步长时间步长7 如何进行非线性静态分析如何进行非线性静态分析 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。如同任何静态分析，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：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。、考察结果。8建模建模 这一步对线性和非线性分析都是必需的，尽管非线性分析在这一步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中可能包括特殊的单元或或非线性材料性质，如果非线性材料性质，如果模型中模型中包含大应变包含大应变效应，

6、应力效应，应力应变数据必须依据真实应力和真实（或对数）应变表应变数据必须依据真实应力和真实（或对数）应变表示。示。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，开始有限在这一步中，你定义分析类型和选项，指定载荷步选项，开始有限元求解。既然非线性求解经常要求多个载荷增量，且总是需要平衡元求解。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：迭代，它不同于线性求解。处理过程如下：91、进入、进入ANSYS求解器求解器2、定义分析类型及分析选项。、定义分析类型及分析选项。 选项：新的分析选项：新的分析ANTYPE 一般一般情况下会

7、情况下会使用使用New Analysis(新的分析）。新的分析）。 选项：分析类型：静态选项：分析类型：静态ANTYPE 选择选择Static（静态）。（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并不是所有的非线性分析都将产生大变形。参看：形。参看：“使用几何非线性使用几何非线性”对大变型的进一步讨对大变型的进一步讨论。论。 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 仅在非线性分析中使用这个选项。这个选项指定在求解期

8、间每隔多久修改一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 次正次正 切矩阵。你可以指定这些值中的一个。切矩阵。你可以指定这些值中的一个。10在模型上加载，在模型上加载，记住在记住在大变形分析中惯性力和点载荷将保持恒定的大变形分析中惯性力和点载荷将保持恒定的方向，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。 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：非线性静态分析是可用的： Time(TIME) 时间步的数目时间步的数目NSUBST 时间步长时间步长DEL

9、TIM 渐进式或阶跃式的加载渐进式或阶跃式的加载 (KBC) 自动时间分步自动时间分步AUTOTS 11非线性选项非线性选项 收敛准则收敛准则CNVTOL 平衡迭代的最大次数平衡迭代的最大次数NEQIT 求解终止选项求解终止选项NCNV 时间步长时间步长预测预测纠正选项纠正选项PRED 线搜索选项线搜索选项LNSRCH 蠕变准则蠕变准则CRPLIM，CRCR 激活和杀死选项激活和杀死选项12输出控制选项输出控制选项打印输出（打印输出（OUTPR） 结果文件输出结果文件输出OUTRES 结果外推结果外推ERESX 13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，以及反作用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，时间历程后处理器，来考察这些结果。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