第十章其它非线性功能

第十章其它非线性功能September30,19981-Release5.5(0011)本章目标本章结束后，你将知道ANSYS程序如下的非线性功能:SessionObjective1.其它材料非线性粘弹性,蠕变,非线性弹性,混凝土2.其它改变状态的非线性控制单元,非线性弹簧,仅仅拉伸和/或压缩杆,转动接头,含有布选项的薄膜壳3.用户可编程特征

September30,19982StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)其它非线性功能在规定的培训课程时间范围内,要想覆盖ANSYS非线性功能的全部内容是不可能的.本章突出介绍在培训课程中没有涉及到的其它非线性功能.有关本章提到的题目的更多信息请参看ANSYS分析指南.September30,19983StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)粘弹性粘弹性是一种同时具有弹性变形成分(可恢复)和粘性变形成分(不可恢复)的非线性材料.在施加载荷时,弹性变形立即发生,而粘性成分在加载过程中发生.粘弹性材料模型用于描述玻璃或类似于玻璃的材料.在此模型中还可以包括温度变化的影响,这样就能模拟加热和冷却工序.粘弹性模型的一个简单代表是一个弹簧和一个阻尼器串联.September30,19984StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)粘弹性粘弹性材料模型可用于粘弹性88单元和粘弹性89单元.粘弹性88二维,八节点实体单元,有平面应变或轴对称分析选项.VISCO89三维,二十节点实体单元,其中间节点可以去掉.September30,19985StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)蠕变蠕变是指在常载荷作用下持续增加的不可逆应变.一些材料(如铅、混凝土和一些塑料)在室温时就发生显著的蠕变,而多数金属在高温下表现出蠕变行为.如果材料表现出蠕变行为,则在常载荷下,元件将继续变形.类似,如果此元件承受常位移作用,应力将继续下降.有时称为应力松弛.September30,19986StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)蠕变典型的单轴蠕变曲线有三个阶段:时间第二段第三段起始段断裂September30,19987StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)蠕变在起始阶段应变率随时间下降.此阶段通常在较短时间内发生.第二阶段具有常数应变率,因此蠕变应变以常速率发展.在第三阶段,应变率迅速增加直至材料失效.蠕变应变率可以是应力、应变、温度、时间或其它变量的函数.最感兴趣的通常是起始阶段和第二阶段.ANSYS能够建立起始阶段和第二阶段的蠕变模型.September30,19988StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)蠕变确信所用单元类型支持蠕变.可以用一般的蠕变应变率方程库(在ANSYS单元手册中).另外,有一些特殊的蠕变定律,用于特殊材料,特别是那些用于核能工业的材料(304和316号无应变钢和21/4Cr-1Mo低合金钢).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.混凝土材料模型同时包含断裂和压碎两种失效模式.这种材料模型适用于混凝土、岩石和其它具有低拉伸强度和高压缩承载能力的材料.混凝土材料模型只能用混凝土实体65单元.该单元能够建立加强筋“浸润”于其中的混凝土模型.杆单元能够用于建立离散的混凝土加强筋模型.September30,199810StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)混凝土混凝土材料模型能够用于断裂(在三个正交方向)、粉碎、塑性变形、和蠕变.裂纹可以在一个面内发生,如果随后与此断裂面相切的应力足够大,将会出现第二(或第三)条裂纹.裂纹被处理为断裂的一个污损区,而不是分离断裂.粉碎失效假定为材料结构完整性的完全损坏,例如材料散裂.September30,199811StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)非线性弹性非线性弹性材料选项允许弹性应力应变响应曲线的多线性描述:材料将沿相同的路径加载、卸载,这样就不会发生永久的变形(该非线性弹性选项只在10%应变内有效).September30,199812StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)其它非线性单元其它改变状态的非线性结构单元有:

组合14单元 非线性弹簧-阻尼组合39单元 非线性弹簧 组合40单元 组合非线性弹簧-线性阻尼-间隙(接触) 杆10单元 仅仅拉伸或仅仅压缩杆壳41单元 含有布选项壳组合37单元 控制单元 组合7单元 三维转动接头杆11单元 直线运动液压缸

这些单元允许一些非线性行为.它们的非线性特征一般由单元选项和/或实常数定义.September30,199813StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)组合14单元弹簧-阻尼器该单元是轴向或扭转弹簧-阻尼器.阻尼影响可以包含在瞬态分析中.单元阻尼可以是节点速度的非线性函数.September30,199814StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)组合39弹簧非线性弹簧该单元是允许多线性弹簧刚度的轴向或扭转弹簧单元.组合39单元有守恒(相同路径)或不守恒(平行路径)卸载行为的选项.IJSeptember30,199815StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)组合40单元弹簧-滑块-阻尼器-间隙单元该单元能够建立带间隙接触行为的轴向或扭转双线性弹簧模型.该单元还能为一个瞬态分析建立线性阻尼器或质量模型.如果FSLIDE0,该单元还能建立滑动行为模型.September30,199816StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)杆10单元仅仅拉伸或仅仅压缩杆该三维双线性单元既能用作“钢索”(仅仅拉伸),也能用作间隙(仅仅压缩).对于钢索选项,单元有拉紧和松弛两种状态;对于间隙选项,有压紧和张开两种状态.可以用实常数给出初始应变的方法建立预拉伸模型.IIJJ钢索间隙September30,199817StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)壳41单元含有布选项的薄膜壳该单元是在受压缩时能够皱缩的三维薄膜壳(没有弯曲刚度).皱缩能够发生在一个(或两个)正交方向.注意该单元的任何扭曲都可能引起求解不稳定.要解决此问题,可以用一个实常数,在单元上加上一个微小的法向刚度.September30,199818StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)组合37单元控制单元该控制单元是能用于远程控制一个结构各部分的多功能单元.该单元提供质量、阻尼器和滑块(非线性弹簧)功能.基于控制节点的状态,该单元既可打开,也可关闭.该单元的应用包括:机械减振器、摩擦离合器、恒温调节器、安全阀和电动开关等.当然,其应用并不仅限于此.控制节点September30,199819StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)组合7单元三维销接头该单元能够用于建立两个物体之间的销接头模型.这两个物体在三维空间可以经历大转动.该单元适用于会发生大运动的运动学问题.接头挠度、摩擦、阻尼和转动极限(限位)可以组合在此单元中.还有附加控制节点.September30,199820StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)杆11单元直线运动液压缸杆11单元可以用于建立承受大转动的液压缸模型.该单元是具有单元阻尼的杆.它还能承受实际规定长度的改变.该单元的初始长度L0和定向由节点位置决定.测量行程等于施加的行程加上轴向变形.September30,199821StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用户可编程特征用户可编程特征(UPFs)是供你写你自己的FORTRAN程序的ANSYS功能.UPFs允许你编制ANSYS程序,以满足你的需要.对于非线性分析,可以包括用户定义的材料选项或用户定义的单元.如果你在考虑写一个UPF,推荐阅读ANSYS编程员手册(ANSYSProgrammer‘sManual).该手册包含ANSYS文件结构信息和用户程序示例.September30,199822StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用户定义的单元用户定义的单元可以加到ANSYS单元库,并且作为“正规”单元使用.你能够创建六个独立的单元类型(USER100-USER105).用户定义的单元子程序例子包括在ANSYS编程员手册(

ANSYSProgrammer’sManual)中.September30,199823StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用户定义的材料如果需要模拟ANSYS程序选项中没有的材料行为,那么也许可以考虑对材料规律编程.提供的用户可编程特征号(UPFs)用于表征不同类型的材料行为.现有的用户材料子程序包括:塑性/粘塑性超弹性蠕变肿胀September30,199824StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用户定义的塑性/粘塑性可以定义自己的塑性模型,作为一个用户子程序.该塑性模型可以是速率无关的或速率相关的(粘塑性).现有两个用户定义塑性的用户子程序:USERVP用于粘塑性106、107和108单元.USERPL用于支持塑性的其它单元.

September30,199825StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用户定义的超弹性通过用子程序USRHYP,可以为不可压缩的超弹性单元定义自己的应变能密度函数(W).在超弹性56、58、74或158单元中,并激活超弹性数据表,通过设置关键选项(7)=1,可以得到用户定义超弹性子程序.任何用户定义的材料常数可以通过编辑超弹性数据表输入.September30,199826StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用户定义的蠕变通过使用子程序USERCR,你可以定义自己的蠕变应变率方程.蠕变应变可以是一系列求解变量的函数,如应力、应变和温度等.通过激活蠕变数据表,并在编辑此表时设C6=100,可以得到该子程序.在编辑激活的蠕变数据表时,也可以输入任何其它材料常数(除了C6).September30,199827StructuralNonlinearities-Release5.5(001156)用户定义的肿胀在中子通量的作用下,某些材料体积扩大或肿胀.肿胀应变也能与其它现象相关,如湿度.要获得肿胀功能,必须用子程序USERSW定义自己的肿胀应变关系.肿胀应变率可以定义为温度、时间、中子通量和/或应力的函数.用户定义的肿胀材料常数能够输入数据表中.详细信息请参看ANSYS单元手册(ANSYSElementsManual).September30,199828Structural