ANSYS培训之结构静力分析PPT5

结构静力分析Procedure1......2......3......

LessonObjectives2001年10月1日1目录

第一章、结构分析概述第一讲、结构分析的定义第二讲、结构分析的类型第二章、结构线性静力分析

第一讲、静力分析的定义第二讲、静力分析中的载荷第三讲、线性静力分析和非线性静力分析第四讲、线性静力分析的求解步骤第三章、非线性结构分析

第一讲、非线性结构分析的定义第二讲、非线性行为的原因第三讲、非线性分析的重要信息第四讲、非线性分析中使用的命令Guidelines2001年10月1日2目录（续）

第五讲、非线性分析步骤综述 第一步：建模 第二步：加载且得到解 第三步：考察结果第六讲、非线性分析例题（GUI方法） 第一步：设置分析标题 第二步：定义单元类型 第三步：定义材料性质 第四步：定义双线性各向同性强化数据表 第五步：产生矩形 第六步：设置单元尺寸 第七步：划分网格 第八步：定义分析类型和选项 第九步：定义初始速度Guidelines2001年10月1日3目录（续）

第十步：施加约束第十一步：设置载荷步选项第十二步：求解第十三步：确定柱体的应变第十四步：画等值线第十五步：用Post26定义变量第十六步：计算随时间变化的速度第七讲、非线性分析例题（命令流方法）Guidelines2001年10月1日4第一章

结构分析概述

2001年10月1日5第一讲

结构分析的定义2001年10月1日6

结构分析的定义结构分析是有限元分析方法最常用的一个应用领域。结构这个术语是一个广义的概念，它包括土木工程结构，如桥梁和建筑物；汽车结构，如车身骨架；海洋结构，如船舶结构；航空结构，如飞机机身等；同时还包括机械零部件，如活塞，传动轴等等。在ANSYS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）是位移，其他的一些未知量，如应变，应力，和反力可通过节点位移导出。Definition2001年10月1日7第二讲

结构分析的类型2001年10月1日8结构分析类型静力分析---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，大变形，大应变，超弹性，接触面和蠕变。模态分析---用于计算结构的固有频率和模态。谐波分析---用于确定结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。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，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---是模态分析的应用拓广，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的应力和应变。曲屈分析---用于计算曲屈载荷和确定曲屈模态。ANSYS可进行线性（特征值）和非线性曲屈分析。显式动力分析---ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。Guidelines2001年10月1日9结构分析类型（续）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ANSYS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单元和大应变实体单元。

Guidelines2001年10月1日10第二二章章结构构线线性性静静力力分分析析2001年年10月月1日日11第一一讲讲静力力分析析的定定义义2001年年10月月1日日12静力力分分析析的的定定义义静力力分分析析计算算在在固固定定不不变变的的载载荷荷作作用用下下结结构构的的效效应应，，它它不不考考虑虑惯惯性性和和阻阻尼尼的的影影响响，，如如结结构构受受随随时时间间变变化化载载荷荷的的情情况况。。可可是是，，静静力力分分析析可可以以计计算算那那些些固固定定不不变变的的惯惯性性载载荷荷对对结结构构的的影影响响（（如如重重力力和和离离心心力力）），，以以及及那那些些可可以以近近似似为为等等价价静静力力作作用用的的随随时时间间变变化化载载荷荷（（如如通通常常在在许许多多建建筑筑规规范范中中所所定定义义的的等等价价静静力力风风载载和和地地震震载载荷荷））。。Definition2001年年10月月1日日13第二二讲讲静力力分析析中的的载载荷荷2001年年10月月1日日14静力力分分析析中中的的载载荷荷静力力分分析析用用于于计计算算由由那那些些不不包包括括惯惯性性和和阻阻尼尼效效应应的的载载荷荷作作用用于于结结构构或或部部件件上上引引起起的的位位移移，，应应力力，，应应变变和和力力。。固固定定不不变变的的载载荷荷和和响响应应是是一一种种假假定定；；即即假假定定载载荷荷和和结结构构的的响响应应随随时时间间的的变变化化非非常常缓缓慢慢。。静静力力分分析析所所施施加加的的载载荷荷包包括括：：外部部施施加加的的作作用用力力和和压压力力稳态态的的惯惯性性力力（（如如中中力力和和离离心心力力））位移移载载荷荷温度度载载荷荷Definition2001年年10月月1日日15第三三讲讲线性性静静力力分析析和非非线线性性静静力力分分析析2001年年10月月1日日16线性性静静力力分分析析和和非非线线性性静静力力分分析析静力力分分析析既既可可以以是是线线性性的的也也可可以以是是非非线线性性的的。。非线线性性静静力力分分析析包括括所所有有的的非非线线性性类类型型：：大大变变形形，，塑塑性性，，蠕蠕变变，，应应力力刚刚化化，，接接触触（（间间隙隙））单单元元，，超超弹弹性性单单元元等等。。本本节节主主要要讨讨论论线线性性静静力力分分析析，，非非线线性性静静力力分分析析在在下下一一节节中中介介绍绍.Definition2001年年10月月1日日17第四四讲讲线性性静静力力分析析的求求解解步步骤骤2001年年10月月1日日18线性性静静力力分分析析的的求求解解步步骤骤1．建建模模2．施施加加载载荷荷和和边边界界条条件件，，求求解解3.结果果评评价价和和分分析析Procedure1......2......3......

2001年年10月月1日日19第三三章章结构构非非线线性性静静力力分分析析2001年年10月月1日日20第一一讲讲非非线线性性结构构的定定义义2001年年10月月1日日21非线线性性结结构构的的定定义义在日日常常生生活活中中,会经经常常遇遇到到结构构非非线线性性。。例如如，，无无论论何何时时用用钉钉书书针针钉钉书书，，金金属属钉钉书书钉钉将永久久地地弯弯曲曲成成一一个个不不同同的的形形状状(图1──1(a))。如果果你在一个个木木架架上放放置置重物物，，随随着着时时间间的的迁迁移移它它将将越越来来越越下下垂垂。。(图1──1(b))。当在汽车车或或卡卡车车上上装货货时时，它它的的轮胎胎和下下面面路路面面间间接接触触将随货物物重重量量而而变变化化(看图图1──1))。如果果将上上面面例例子子所所载载荷荷变变形形曲曲线线画画出出来来,你将将发发现现它它们们都都显显示了了非非线线性性结结构构的的基基本本特特征征--变化化的的结结构构刚刚性性.Definition2001年年10月月1日日22非线线性性结结构构的的定定义义（续续））图1──1非线线性性结结构构行行为为的的普普通通例例子子2001年年10月月1日日23第二二讲讲非非线线性性行行为为的原原因因2001年年10月月1日日24非线线性性行行为为的的原原因因引起起结结构构非非线线性性的的原原因因很很多多，它它可可以以被被分分成成三三种种主主要要类类型型：：状态态变变化化（包包括括接接触触））几何何非非线线性性材料料非非线线性性Procedure1......2......3......

2001年年10月月1日日25第三三讲讲非非线线性性分分析析的的重重要要信信息息2001年年10月月1日日26状态态变变化化（包包括括接接触触））许多多普普通通结结构构表现现出出一一种种与状状态态相相关关的的非非线线性性行行为为,例如，，一一根根只只能能拉拉伸伸的的电缆缆可可能能是是松松散散的的,也可可能能是是绷绷紧紧的的。。轴轴承承套套可可能能是是接接触触的的,也可可能能是是不不接接触触的的。冻土土可可能能是是冻冻结结的的,也可可能能是是融融化化的的。。这这些些系系统统的的刚刚度度由由于于系系统统状状态态的的改改变变在在不不同同的的值值之之间间突突然然变变化化。。状态态改改变变也也许许和和载载荷荷直直接接有有关关（（如如在在电电缆缆情情况中中）），，也也可可能能由由某某种种外外部部原原因因引引起起（（如如在在冻冻土土中中的的紊紊乱乱热热力力学学条条件件））。。ANSYS程序序中中单单元元的的激激活活与与杀杀死死选选项项用用来来给给这这种种状状态态的的变变化化建建模模。。接触触是一一种种很很普普遍遍的的非非线线性性行行为为，，接触触是状态态变化化非线线性性类类型型形形中一一个个特特殊殊而而重重要要的的子子集集。。LessonObjectives2001年年10月月1日日27几何何非非线线性性如果果结结构构经经受受大大变变形形，，它它变化化的几几何何形形状状可可能会会引引起起结构构的非线线性性地地响响应应。一一个个例例的的垂垂向向刚刚性性））。。随着着垂向载载荷荷的增加加，，杆杆不断断弯曲曲以以致致于动力力臂臂明明显显地地减减少，，导导致致杆杆端显显示示出出在较高高载载荷荷下下不断断增长长的的刚刚性性。。LessonObjectives2001年年10月月1日日28材料料非非线线性性非线线性性的应力力－－应应变变关关系系是是结构构非线线性性的常常见见原原因因。许多因素可可以影响材料料的应力－应应变性质，包包括加载历史史（如在弹－－塑性响应状状况下），环环境状况（如如温度），加加载的时间总总量（如在蠕蠕变响应状况况下）。Definition2001年10月1日29逐步递增载荷荷和平衡迭代代近似的非线性求解是将载荷分成一一系列的载荷荷增量。可以以在几个载荷荷步内或者在一个载载步的几个子子步内施加载载荷增量。在在每一个增量量的求解完成成后，继续进进行下一个载载荷。在增量之前，程序调整刚度度矩阵来反映结构刚度的的非线性变化化。但遗憾的的是，纯粹的的增量近似不不可避免地产生每一个载荷增增量积累误差差，导种结果最终终失去平衡，，如图1─3（a）所示所示。Definition2001年10月1日30逐步递增载荷荷和平衡迭代代(续)(a)纯粹增量式解解（（b)全牛顿－拉普森森迭代求解（2个载荷增量）图1─3纯粹增量近似似与牛顿－拉普森森近似的关系2001年10月1日31逐步递增载荷和平平衡迭代（续续）对某些物理意意义上不稳定定系统的非线线性静态分析析，如果你仅仅仅使用NR方法，正切刚刚度矩阵可能能变为降秩短短阵，导致严严重的收敛问问题。这样的的情况包括独独立实体从固固定表面分离离的静态接触触分析，结构构或者完全崩溃或或者“突然然变成”另一一个稳定形状状的非线性弯弯曲问题。对对这样的情况况，你可以激激活另外一种迭迭代方法，弧长方法，，来帮助稳定定求解。弧长长方法导致NR平衡迭代沿一一段弧收敛，，从而即使当当正切刚度矩矩阵的倾斜为为零或负值时时，也往往阻阻止发散。这这种迭代方法法以图形表示在图图1─4中。2001年10月1日32逐步递增载荷荷和平衡迭代代（续）图1─4传统的NR方法与弧长方方法的比较2001年10月1日33非线性求解的组织级别非线性求解被分分成三个操作作级别：载荷步、子步、平衡迭代。“顶层”级别别由在一定““时间”范围围内你明确定定义的载荷步步组成。假定定载荷在载荷荷步内是线性性地变化的。。在每一个载荷荷步内，为了逐步加加载可以控制程序序来执行多次求解（子步步或时间步）。在每一个子步步内，程序将将进行一系列列的平衡迭代代以获得收敛敛的解。图1─5说明了一段用用于非线性分分析的典型的的载荷历史。。Procedure1......2......3......

2001年10月1日34非线性求解的组织级别（续续）图1─5载荷步、子步步、及“时间间”2001年10月1日35收敛容限当你对平衡迭迭代确定收敛敛容限时，要要注意这些问问题：·你想基于载荷，变形，还是联立二者来确定收敛容限限？·既然径向偏移移（以弧度度度量）比对应应的平移小，，你是不是想想对这些不同同的条目建立立不同的收敛敛准则？当你确定收敛准则时，ANSYS程序会给你一系列的的选择：你可可以将收敛检检查建立在力力，力矩、位移、、转动或这些项目的任任意组合上。。另外，每每一个项目可可以有不不同的收敛容容限值。对多多自由度问题题，你同样也也有收敛准则则的选择问题题。当你确定你的的收敛准则时时，记住以力力为基础的收收敛提供了收收敛的绝对量量度，而以位位移为基础的的收敛仅提供供了表观收敛敛的相对量度度。因此，你你应当如果需要总是使用以力力为基础（或以力矩为基础的）收收敛容限。如果需要可以增加以位位移为基础（（或以转动为基础的）收收敛检查，但但是通常不单单独使用它们们。Procedure1......2......3......

2001年10月1日36收敛容限（续续）图1─6说明了一种单单独使用位移移收敛检查导致出错情况。在第二二次迭代后计计算出的位移很小可能被认为是是收敛的解，，尽管问题仍仍旧远离真正正的解。要防防止这样的的错误，应当当使用力收敛检查查。图1─6完全依赖位移移收敛检查有有时可能产生生错误的结果果2001年10月1日37子步当使用多个子子步时，你需需要考虑精度和代价之间的平衡；；更多的子步骤（也就是，小的时间步））通常导致较较好的精度，，但以增多的的运行时间为为代价。ANSYS提供两种方法法来控制子步步数：·子步数或时间步长我们即可以通过指定实际际的子步数也可以通过指定时间间步长控制子子步数。·自动时间步长ANSYS程序，基于结结构的特性和和系统的响应应，来调查时间间步长Procedure1......2......3......

2001年10月1日38子步数如果你的结构构在它的整个个加载历史期期间显示出高高度的非线性性特点，而且你对结构的行为为子解足够好可可以确保深到收敛的解，那那么你也许能够自己确定多小小的时间步长是必需需的，且对所所有的载荷步步使用这同一一时间步。（（务必允许足足够大的平平衡迭代数））。LessonObjectives2001年10月1日39自动时间分步步如果你预料你你的结构的行行为将从线性性到非线性变化，你也许想要在在系统响应的的非线性部分分期间变化时时间步长。在在这样一种情情况，你可以以激活自动时时间分步以便随需要调整时时间步长，获获得精度和代价之间的良好平平衡。同样地地，如果你不不确信你的问问题将成功地地收敛，你也也许想要使用用自动时间分步来来激活ANSYS程序的二分特特点。二分法提供了一种对收敛失败自动动矫正的方法法。无论何时时只要平衡迭代收敛敛失败，二分分法将把时间步长长分成两半，，然后从最后后收敛的子步步自动重启动动，如果已二二分的时间步步再次收敛失失败，二分法法将再次分割割时间步长然然后重启动，，持续这一过程直到获获得收敛或到到达最小时间间步长（由你你指定）。LessonObjectives2001年10月1日40载荷和位移方方向当结构经历大大变形时应该考虑到载载荷将发生了什么变变化。在许多多情况中，无无论结构如何变形施施加在系统中中的载荷保持持恒定的方向。而在另一些情况况中，力将改变方向，随着单元方方向的改变而而变化。ANSYS程序对这两种种情况都可以以建模，依赖赖于所施加的的载荷类型。。加速度和集集中力将不管单元方方向的改变而而保持它们最初初的方向，表表面载荷作用用在变形单元元表面的法向，且且可被用来模模拟“跟随””力。图1─8说明了恒力和和跟随力。注意──在在大变形分分析中不修修正结点坐坐标系方向向。因此计计算出的位位移在最初初的方向上上输出。LessonObjectives2001年年10月1日41载荷和位移移方向（续续）图1─8变形前后载载荷方向2001年年10月1日42非线性瞬态态过程的分分析用于分析非非线性瞬态态行为的过程，与对线性静态态行为的处处理：相似以步进增量量加载，程程序在每一一步中进行行平衡迭代代。静态和和瞬态处理理的主要不不同是在瞬瞬态过程分分析中要激活时间积积分效应。。（因此，，在瞬态过过程分析中中“时间””总是表示示实际的时时序。）自自动时间分分步和二等等分特点同同样也适用用于瞬态过过程分析。Procedure1......2......3......

2001年年10月1日43第四讲非线性分析析中用到的的命令2001年年10月1日44非线线性性分分析析中中用用到到的的命命令令使用用与任何何其其它它类类型型分分析析的的同同一一系系列列的的命命令令来来建建模模和和进进行行非非线线性性分分析析。。同同样样，，无论你你正正在在进进行行何何种种类类型型的的分分析析，，你你可可从从用用户户图图形形界界面面GUI选择择相相似似的的选选项项来来建建模模和和求求解解问问题题。。本章章后后面面的的部部分分””非非线线性性实实例例分分析析（（命命令令）），，显示示了了使使用用批批处处理理方方法法用用ANSYS分析析一个个非非线线性性分分析析时时的的一一系系列列命命令令。。另另一一部部分分““非非线线性性实实例例分分析析（（GUI方法法））””，，显显示示了了如如何何从从ANSYS的GUI中执行行同同样样的的例例子子分分析析。LessonObjectives2001年年10月月1日日45第五五讲讲非非线线性性分分析析步步骤骤综综述述2001年年10月月1日日46非线线性性分分析析步步骤骤综综述述尽管管非非线线性性分分析析比比线线性性分分析析变变得得更更加加复复杂杂，，但但处处理理基基本本相相同同。。只只是是在在非非线线形形分分析析的的适适当当过过程程中中，，添添加加了了需需要要的的非非线线形形特特性性。。LessonObjectives2001年年10月月1日日47如何何进进行行非非线线性性静静态态分分析析非线线性性静静态态分分析析是是静静态态分析的一一种种特特殊殊形形式式。。如如同同任任何何静静态态分分析析，，处处理理流流程程主主要要由由三三个个主主要要步步骤骤组组成成：：1、建建模模。。2、加加载载且且得得到到解解。。3、考考察察结结果果。。Procedure1......2......3......

2001年年10月月1日日48求解解步步骤骤一一:建模模步骤骤1：建建模模这一一步步对对线线性性和和非非线线性性分分析析都都是是必必需需的的，，尽尽管管非非线线性性分分析析在在这这一一步步中中可可能能包包括括特特殊殊的的单单元元或非线线性性材材料料性性质质，，如如果果模型型中中包含含大大应应变变效效应应，，应应力力──应应变变数数据据必必须须依依据据真真实实应应力力和和真真实实（（或或对对数数））应应变变表表示示。。Guidelines2001年年10月月1日日49求解解步步骤骤二二:加载载求求解解步骤骤2：加加载载且且得得到到解解在这这一一步步中中，，你你定定义义分分析析类类型型和和选选项项，，指指定定载载荷荷步步选选项项，，开开始始有有限限无无求求解解。。既既然然非非线线性性求求解解经经常常要要求求多多个个载载荷荷增增量量，，且且总总是是需需要要平平衡衡迭迭代代，，它它不不同同于于线线性性求求解解。。处处理理过过程程如如下下：：1、进进入入ANSYS求解解器器命令令：：/SolutionGUI：MainMenu>Solution2、定义义分分析析类类型型及及分分析析选选项项。。分分析析类类型型和和分分析析选选项项在在第第一一个个载载荷荷步步后后（（也也就就是是，，在在你你发发出出你你的的第第一一个个SOLVL命令令之之后后））不不能能被被改改变变。。ANSYS提供供这这些些选选项项用用于于静静态态分分析析。。Procedure1......2......3......

2001年年10月月1日日50求解解步步骤骤二二:加载载求求解解（（续续））表1──1分析析类类型型和和分分析析选选项项选项项：：新新的的分分析析〔ANTYPE〕〕一般般情况况下下会会使用用NewAnalysis(新的的分分析析））。。选项项：：分分析析类类型型：：静静态态〔ANTYPE〕〕选择择Static（静态态））。。选项项：：大大变变形形或大应应变变选选项（（GEOM）并不不是是所所有有的的非非线线性性分分析析都都将将产产生生大大变变形。。参参看看：：““使使用用几几何何非非线线性性””对对大大变变型型的的进进一一步步讨讨论论。。2001年年10月月1日日51求解解步步骤骤二二:加载载求求解解（（续续））选项项：：应应力力刚化效效应应〔SSTIF〕〕如果果存存在在应应力刚刚化化效效应应选选择择ON。选项项：：牛顿顿－－拉拉普普森森选项项〔NROPT〕〕仅在在非非线线性性分分析析中中使使用用这这个个选选项项。。这这个个选选项项指指定定在在求求解解期期间间每每隔隔多多久久修修改改一一次次正正切切矩矩阵阵。。你你可可以以指指定定这这些些值值中中的的一一个个。。·程序序选选择择（（NROPT，ANTO）：：程序序基基于于你你模模型型中中存存在在的的非非线线性性种种类类选选择择用用这这些些选选项项中中的的一一个个。。在需需要要时时牛牛顿顿－－拉拉普普森森方方法法将自自动动激激活活自自适适应应下下降降。。LessonObjectives2001年年10月月1日日52求解解步步骤骤二二:加载载求求解解（（续续））·修正正的的（（NROPT，MODI）：：程序序使使用用修修正正的的牛顿顿－－拉拉普普森森方法，，在这这种方方法中中正切切刚度度矩阵阵在每每一子子步中中都被被修正正。在在一个个子步步的平平衡迭迭代期间矩阵阵不被被改变变。这这个选选项不不适用用于大大变形形分析析。自自适应应下降降是不不可用用的·初始刚刚度（（NROPT，INIT）：程序在在每一一次平平衡迭迭代中中都使使用初初始刚刚度矩矩阵这这一选选项比比完全全选项项似乎乎较不不易发发散，，但它它经常常要求求更多多次的的迭代代来得得到收收敛。。它不不适用用于大大变形形分析析。自自适应应下降降是不不可用用的。。选项：：方程程求解解器对于非非线性性分析析，使使用前前面的的求解解器（（缺省省选项项）。。LessonObjectives2001年年10月1日53求解步步骤二二:加载求求解（（续））3、在模模型上上加载载，记住在在大变型型分析析中惯惯性力力和点点载荷荷将保保持恒恒定的的方向向，但表面力力将““跟随随”结结构而变化化。4、指定定载荷荷步选选项。。这些些选项项可以以在任任何载载荷步步中改改变。。下列列选项项对非非线性性静态态分析析是可可用的的：普通选选项：：·Time(TIME)ANSYS程序借借助在在每一一个载载荷步步末端端给定定的TIME参数识识别出出载荷荷步和和子步步。使使用TIME命令来来定义义受某某些实实际物物理量量（如如先后后时间间，所所施加加的压压力，，等等等。））限制制的TIME值。程序通通过这个选选项来指定定载荷步步的末末端时时间。。注意───在在没有有指定定TIME值时，，程序序将依依据缺缺省自自动地地对每每一个个载荷荷步按按1.0增加TIME（在第一一个载载荷步步的末末端以以TIME=1.0开始））。·时间步步的数数目〔NSUBST〕·时间步步长〔DELTIM〕2001年年10月1日54求解步步骤二二:加载求求解（（续）非线性性分析析要求求在每每一个个载荷荷步内内有多多个子子步（（或时时间步步；这这两个个术语语是等等效的的）从从而ANSYS可以逐逐渐施施加所所给定定的载载荷，得到精精确的的解。。NSUBST和DELTIM命令都都获得得同样样的效效果（（给定定载荷荷步的的起始始，最最小，，及最最大步步长））。NSNBST定义在一一个载载荷步步内将将被使用的子子步的的数目目，而而DELTIM明确地地定义义时间间步长长。如如果自自动时间步步长是关闭闭的，，那么么起始始子步步长用用于整整个载载荷步步。缺缺省时时是每每个载载荷步步有一一个子子步。。·渐进式式或阶阶跃式式的加加载在与应变变率无无关的的材料行行为的的非线线性静静态分分析中中通常常不需要要指定定这个选选项，，因为为依据据缺省省，载荷将将为渐进式式的阶阶跃式式的载荷〔KBC，1〕除了在在率──相关关材料料行为为情状状下（（蠕变变或粘粘塑性性），在静态态分析析中通通常没没有意意义。。Procedure1......2......3......

2001年年10月1日55求解步步骤二二:加载求求解（（续）·自动时间分分步〔AUTOTS〕这一选项允允许程序确确定子步间载荷增增量的大小小和决定在在求解期间是增增加还是减减小时间步（子子步）长。。缺省时是是OFF（关闭）。你可以用AUTOTS命令打开自自动时间步长和二分法。通过激活活自动时间间步长，可以让程程序决定在在每一个载载荷步内使使用多少个个时间步。。在一个时间间步的求解完成后后，下一个时时间步长的大小基于于四种因素素预计：·在最近过去去的时间步步中使用的的平衡迭代代的数目（（更多次的的迭代成为为时间步长长减小的原原因）·对非线性单单元状态改改变预测（（当状态改改变临近时时减小时间间步长）·塑性应变增增加的大小小·蠕变增加的的大小Procedure1......2......3......

2001年年10月1日56求解步骤二二:加载求解（（续）非线性选项项程序将连续续进行平衡衡迭代直到到满足收敛敛准则。我们可以用缺省省的收敛准准则，也可以自己己定义收敛敛准则。·收敛准则〔CNVTOL〕缺省的收敛敛准则依据缺省，，程序将以VALUE·TOLER的值对力（（或者力矩矩）进行收敛检查。VALUE的缺省值是是在所加载荷（（或所加位移，，Netwton-Raphson回复力）的的SRSS，和MINREF（其缺省为1.0）中，取值值较大者。TOLER的缺省值是是0.001你应当几乎乎总是使用用力收敛检检查。可以以添加位移移（或者转转动）收敛敛检查。对对于位移，，程序将收收敛检查建建立在当前前（i）和前面（i─1）次迭代之间间的位移改改变上。注意──如果你你明确地定义了任任何收敛准准则（CNVTOL），缺省准则将将“失效”。。因此，如果果你定义了了位移收敛敛检查，你将不得不不再定义力力收敛检查查。2001年年10月1日57求解步骤二二:加载求解（（续）用户收敛准准则（你可以以定义用户户收敛准则则，替代缺缺省的值））使用严格的的收敛准则则将提高你你的结果的的精度，但但以多更次次的平衡迭迭代为代价价。如果你你想严格（（加放松））你的准则则，你应当当改变TOLER两个数量级级。一般地地，你应当当继续使用用VALUE的缺省值；；也就是，，通过调整整TOLER，而不是VALUL改变收敛准则。你应应当确保MINREF=1.0的缺省值在你你的分析范围围内有意义。。在单一和多DOF系统中检查收收敛要在单自由度度（DOF）系统中检查收收敛，你对这这一个DOF计算出不平衡衡力，然后对对照给定的收收敛准则（VALUE*TOLER）参看这个值（（同样也可以以对的单一DOF的位移(和旋度)收敛进行类似似的检查。））然而，在多多DOF系统中，你也也许想使用不不同的比较方方法。ANSYS程序提供三种种不同的矢量量规范用于收收敛核查。·无限规范在你你模型中的每每一个DOF处重复单－DOF核查。·LI规范将收敛准准则同所有DOFS的不平衡力（力矩）的绝对值的的总和相对照照。·L2规范使用所有有DOFS不平衡力（或力矩）的平方总和和的平方根进进行收敛检查查。2001年10月1日58步骤二－－实例对于下面例子子，如果不平衡力（在每每一个DOF处单独检查））小于或等于于2.5，且如果位移移的改变（以以平方和的平平方根检查）小于或等于0.01，子步将认为为是收敛的。。CNVTOL，F，5000，0.005，0CNVTOL，U，10，0.001，2·平衡迭代的最最大次数〔NEQIT〕Guidelines2001年10月1日59步骤二－－实例（续）使用这个选项项来对在每一一个子步中进进行的最大平平衡迭代次数数实行限制（（缺省=25）。如果在这这个平衡迭代代次数之内不不能满足收敛敛准则，且如如果自动步长是打开的〔AUTOTS〕，分析将尝试使用二分法。如果二分法是不可能的，，那么，分析将或者终止，或者者进行下一个载荷步，依据据你在NCNV命令中发出的的指示。·求解终止选项项〔NCNV〕〕Guidelines2001年10月1日60步骤二－－实例（续）这个选项处理理五种不同的的终止准则：·如果位移“太太大”它建立立一个用于终终止分析和程程序执行的准准则。·它对累积迭代代次数设置限限制。·它对整个时间间设置限制。。·它对整个CPU时间设置限制制。·弧长选项〔ARCLEN〕如果你预料到到结构在它的的载荷历史内内某些点上将将在物理意义义上不稳定，，你可以使用弧长方法来帮帮助获得稳定定数值求解。。Procedure1......2......3......

2001年10月1日61步骤二－－实例（续）激活弧长方法法的典型的系系列命令：注意－在适当的时时候，你可以以和弧长方法法一起使用许许多其它的分分析和载荷步步选项。但是是不能和弧长长方法一起使使用下列选项项：线搜索〔LNSRCH〕，时间步长预测〔PRED〕〕，自适应下降〔NROPT，，，ON〕，自动时间步长〔AUTOTS，TIME，DELTIM〕，或打开时间－－积分效应（（TIMINT）。·时间步长预测──纠正正选项〔PRED〕〕对于每一个子子步的第一次次平衡迭代你你可以激活和DOF求解有关的预预测。这个特特点加速收收敛且且如果果非线线性响响应是是相对对平滑的，，它特特别的的有用用。·线搜索索选项项〔LNSRCH〕这个选选项是是对自自适应应下降降的替替代。。这个收敛提提高工工具用用程序序计算算出的的比例因子（（具有有0和1之间的的值））乘以以计算算出的的位移移增量量。因因为线线搜索索算法法是用用来对对自适适应下下降选选项〔NROPT〕〕进行的的替代代，如如果线线搜索索选项项是开开，自自适应应下降降不被被自动动激活活。不不建议议同时时激活活线搜搜索和和自适适应下下降。。2001年年10月1日62步骤二二－－－实例（（续））·激活和和杀死死选项项在ANSYS/Mechanical和ANSYS/LS－DYNA产品中中，你你可以以去杀死和和激活单单元来来模拟拟材料料的消消去和和添加加。程序通通过用用一个个非常常小的的数（（它由由ESTIF命令设设置））乘以以它的的刚度度从总总质量量矩阵阵消去去它的的质量量“杀死””一个单元元。对对无活活性单单元的的单元元载荷荷（压压力，，热通通量，，热应应变，，等等等）同同样设设置为为零。。需要要在前前处理理中定定义所所有可可能的的单元元；不不可能能在SOLUTION中产生生新的的单元元。在你的的分析析的后后面阶阶段中中“出出生””的那那些单单元，，在第第一个个载荷荷步前前应当当被杀死，，然后后去在在适当当的载载荷步步的开开始被被重激激活，，当单单元被被重激激活时时，它它们具具有零零应变变状态态，且且（ifNLGEOM,ON）它们的的几何何选项（长度度，面面积等等等））被修修改来来与它它们的的的现现偏移移位置置相适适应。。2001年年10月1日63步骤二二－－－实例（（续））杀死（（EKILL）激活（（EALIVE）改变材材料性性质参参考号号〔MPCHG〕〕另一种种在求求解期期间影影响单单元行行为的的办法法是来来改变变它的的材料料性质质参考考号。。这个个选项项允许许你在在载荷荷步间间改变变一个个单元元的材材料性性质。。EKILL适用于于大多多数单单元类类型。。MPCHG适用于于所于于单元元类型型。2001年年10月1日64步骤二二－－－实例（（续））输出控控制选选项输出控控制选选项包包括：：·打印输输出（（OUTPR）使用这这个选选项来来在输输出文文件（（Jobname.out)中包括括进便所想想要的的结果数数据。。·结果文文件输输出〔OUTRES〕这个选选项控控制结结果文文件中中的数数据（（Jobname.rst)。OUTPR和OUTRES用来控制结结果被被写入入这些些文件件的频频率。。·结果外外推〔ERESX〕〕这个选选项，，依据据缺省省，拷拷贝一一个单单元的的积分分点应应力和和弹性性应变变结果果到结结点而而替代代外推推它们们，如如果在在单元元中存存在非非线性性（塑塑性，，蠕变变，膨膨胀））的话话。积积分点点非线线性变变化总是被被拷贝贝到结结点。。2001年年10月1日65求解步步骤二二（续续）步骤2：加载载且得得到解解5、存储储基本本数据据的备备份副副本于于另一文件。。命令：：SAVEGUI：UtilityMenu>File>SaveAs6、开始求求解计计算。。命令：：SOLVEGUI：MainMenn>Solution>-Solve-CurrentLS7、如果你你需要要定义义多个个载荷荷步，，对每每一个个其余余的载载荷步步重复复步骤骤3至6。8、离开开SOLUTION处理器器命令：：FINISHGUI：关闭Solution菜单。。Guidelines2001年年10月1日66求解步步骤三三步骤3：考察察结果果来自非非线性性静态态分析析的结结果主主要由由位移移，应应力，，应变变，以以及反反作用用力组组成。。可以以用POST1，通用后后处理理器，，或者者用POST26，时间历历程后后处理理器，，来考考察这这些结结果。。记住，，用POST1一次仅仅可以以读取取一个个子步步，且且来自自那个个子步步的结结果应应当已已被写写入Jobname.rst。（载荷步步选项项命令OUTRES控制哪哪一个个子步步的结结果被被存储储入Jobname.rst。)典型的的POST1后处理理顺序序将在在下面面描述述。Procedure1......2......3......

2001年年10月1日67求解步步骤三三（续续）用POST1考察结结果1、检查查你的的输出文件（（Jobname.out)是否在在所有有的子子步分分析都都收敛敛。·如果不不收敛敛，你你可能能不想想后处处理结结果，，而是是想确确定为为什么么收敛敛失败败。·如果你你的解解收敛敛，那那么继继续进进行后后处理理。2、进入入POST1。如果用于求求解的的模型现现在不不在数数据中中，发发出RESUME。命令：：POST1GUI：MainMenu>GeneralPostproc3、读取需要的的载荷荷步和和子步步结果果，这这可以以依据据载荷荷步和和子步步号或或者时时间来识别然然而，，不能能依据据时间间识别别出弧弧长结结果。。命令：：SETGUI：MainMenn>GeneralPostproc>ReadResults-LoadstepProcedure1......2......3......

2001年年10月1日68求解步步骤三三（续续）注意意：如如果果你你指指定定了了一一个个没没有有结结果果可可用用的的Time值，，ANSYS程序序将将进进行行线线性性内内插来来计算算出出那那Time处的的结结果果。。认认识识到到在在非非线线分分析析中中这这种种线线性性内内插通常常将将导导致致某某些些精精度度损损失失（（参参看看图图1──9）。。因因此此，，对对于于非非线线性性分分析析，，通通常常你你应应当当在在一一个个精精确确地地对对应应于于要要求求子子步步的的TIME处进进行行后后处处理理。。图1──9非线线性性果果的的线线性性内内插插可可能能引引起起某某些些误误差差2001年年10月月1日日69求解解步步骤骤三三（（续续））4、使使用用下下列列任任意意选选项项显显示示结结果果选项项；；显显示示已已变变形形的的形形状状命令令：：PLDISPGUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShapes在大大变变形形分分析析中中，，一一般般优优先先使使用用真真实实比比例例显显示示〔IDSCALE，，，1〕〕。选项项：：等等值值线线显显示示命令令：：PLNSOL或者者PLESOLGUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolu或者者ElementSolu使用用这这些些选选项项来来显显示示应应力力，，应应变变，，或或者者任任何何其其它它可可用用项项目目的的等等值值线线。。如如果果邻接接的的单单元元具具有不不同同材材料料行行为为（（可可能能由由于于塑塑性性或或多多线线性性弹弹性性的的材材料料性性质质，，由由于于不不同同的的材材料料类类型型，，或或者者由由于于邻邻近近的的单单元元的死死活活属属性性不不同同而产产生生）），，你你应应当当注注意意避避免免你你的的结结果果中中的的结结点点应应力力平平均均错错误误。。Procedure1......2......3......

2001年年10月月1日日70求解解步步骤骤三三（（续续））同样样地地你你可可以以绘绘帛帛单单元元表表数数据据和和线线单单元元数数据据的的等等值值线线：：命令令：：PLETAB，PLLSGUIS：MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>PlotElementTableMainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>-ContourPlot-LineElemRes使用用PLETAB命令令（（GUI路径径MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>Plot*ElementTable)来绘绘制制单单元元表表数数据据的的等等值值线线，，用用PLLS（GUI路径径MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>LineelemRes）来绘绘制制线线单单元元数数据据的的等等值值线线。。Procedure1......2......3......

2001年年10月月1日日71求解解步步骤骤三三（（续续））选项项：：列列表表命令令：：PRNSOL（结点点结结果果））PRESOL（结果）PRRSOL（反作用力力数据））PRETABPRITER（子步总计计数据））等等。。NSORTESORTGUIS：MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ElementSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ReactionSolution使用NSORT和ESORT命令在将将数据列列表前对对它们进进行排序序。Guidelines2001年10月1日日72求解步骤骤三（续续）其它的性性能许多其它它的后处处理函数数──在在路径上上映射结结果。记录，参量列表表，等等等──在在POST1中是可用用的。对于非线线性分析析，载荷荷工况组组合通常常是无效效的。Guidelines2001年10月1日日73求解步骤骤三（续续）用POST26考察结果果同样地你你可以使使用POST26，时间─历历程后处处理器考考察非线线性结构构的载荷荷──历历程响应应。使用用POST26比较一个个ANSYS变量对另另一个变变量的关关系。例例如，你你可以用用图形表表示某一一结点处处的位移移与对应应的所加加载荷的的关系，，或者你你可以列列出某一一结点处处的塑性性应变和和对应的的TIME值之间的的关系。。Guidelines2001年10月1日日74求解步骤骤三（续续）典型的POST26后处理顺顺序可以以遵循以以下步骤骤：1、根据你你的输出出文件（（Jobname.OUT)检查是否否在所有有要求的的载荷步步内分析析都收敛敛。你不不应当将将你的设设计决策策建立在在非收敛敛结果的的基础上上。2、如果你你的解是是收敛的的，进入入POST26，如果现与与你的模模型不在在数据库库内，发发出RESUME命令。命令：POST26GUI：MainMenu>TimeHistPostpro3、定义在后后处理期期间使用用的变量。命令：NSOLESOLRFORCLGUI：MainMenu>TimeHistPostproc>DefineVariablesProcedure1......2......3......

2001年10月1日日75求解步骤骤三（续续）4、图形或或者列表表显示变量。命令：PLVAR（图形表示示变量）PRVAREXTREM（列表变量量）GUIS：MainMenu>TimeHistPostprac>GraphVariableSMainMenu>TimeHistPostproc>ListVariablesMainMenu>TimeHistPostproc>ListExtremes其它的性性能许多其它它的后处处理函数数可用于于POST26。Procedure1......2......3......

2001年10月1日日76求解步骤骤三（续续）终止正在在运行的的工作；；重起动动你可以通通过产生生一个““abort”文件）（（Jobname.abt）停止一个个非线性性分析。。一旦求求解成功功地完成成，或者者收敛失失败发生生,程序也将将停止分分析。如果一个个分析在在终止前前已成功功地完成成了一次次或多次次迭代,你可以屡屡次重启启动它¡Guidelines2001年10月1日日77练习－－子弹弹冲击刚刚性壁在这个实实例分析析中，你你将进行行一个子子弹冲击击刚性壁壁的非线线性分析析。问题描述述一个子弹弹以给定定的速度度射向壁壁面。壁壁面假定定是刚性性的和无无摩擦的的。将研研究子弹弹和壁面面接触后后达80微秒长的的现象。。目的是是确定子子弹的整整个变形形，速度度历程，，以及最最大等效效VonMises应变。求求解使用用SI单位。用轴对称称单元模模拟棒。。求解最最好能通通过单一一载荷步步实现。。在这个个载荷步步中，将将同时施施加初始始速度和和约束。。将圆柱柱体末端端的节点点Y方向约束束住以模模拟一固固壁面。。打开自自动时间间分步来来允许ANSYS确定时间间步长。。定义分分析结束束的时间间为8E-5秒，以确确保有足足够长的的时间来来扑捉整整个变形形过程。。Exercise2001年10月1日日78练习－－子弹弹冲击刚刚性壁（（续）问题详细细说明下列材料料性质应应用于这这个问题题：EX=117.0E09(杨氏模量量）DENS=8930.0（密度）NUXY=0.35（泊松比））YieldStrength=400.0OE06（屈服强度度）TangentModulus（剪切模量））下列尺寸应应用于这个个问题：长=32.4E-3m直径=6.4E-3m对于这个问问题的初始始速度是227.0。Exercise2001年年10月1日79练习－－子弹冲冲击刚性壁壁（续）图1─10铜圆柱体图图解2001年年10月1日80练习－－步骤一一:设置分析标标题求解步骤：：步骤一：设设置分析标标题1、选择菜单单路径：UtilityMenn>File>ChangeTitle。2、键入文字““CopperyCylinderImpactingaRigidWall”3、单击OK。Exercise2001年年10月1日81练习－－步骤二二:定义单元类类型步骤二：定定义单元类类型1、选择菜单单路径MailMenu>Preprocessor>ElementType>All/Edit/Delete。2、单击Add。LibraryofElementTypes(单元类型库库）对话框框出现。3、在靠近左左边的列表表中，单击击“VisioSolid”仅一次。4、选靠近右右边的列表表中，单击击“4nodePlas106”仅一次。5、单击OK。LibraryofElementTypes对话框关闭闭。6、单击Options(选项）。VISCO106elem