结构力学仿真软件：ANSYS：非线性分析理论与ANSYS实践

结构力学仿真软件：ANSYS：非线性分析理论与ANSYS实践1非线性分析基础1.1非线性分析概念非线性分析是指在结构力学中，当结构的响应不再与施加的载荷成线性关系时，所采用的分析方法。在非线性分析中，结构的刚度、材料属性、边界条件等可能随载荷或变形的变化而变化。非线性分析可以更准确地预测结构在极端条件下的行为，如大变形、材料失效、接触问题等。1.2非线性分析类型非线性分析主要分为以下几种类型：几何非线性：当结构的变形足够大，以至于不能忽略变形对结构刚度的影响时，需要进行几何非线性分析。例如，薄壳结构在大变形下的分析。材料非线性：材料属性随应力或应变的变化而变化，如塑性、蠕变、超弹性等。在设计高强度材料或在高温、高压环境下工作的结构时，材料非线性分析至关重要。接触非线性：当两个或多个物体接触并相互作用时，接触面的力和位移关系是非线性的。接触非线性分析用于解决如齿轮啮合、密封件设计等问题。边界条件非线性：边界条件随时间或载荷的变化而变化，如预紧力、温度变化引起的约束变化等。1.3非线性分析在工程中的应用非线性分析在工程设计和分析中有着广泛的应用，包括但不限于：航空航天：飞机结构在高速飞行时的热应力分析，以及火箭发射时的结构动态响应分析。汽车工业：车辆碰撞模拟，轮胎与路面的接触分析，以及发动机部件的热机械耦合分析。土木工程：桥梁、大坝等结构在地震作用下的非线性动力分析，以及隧道开挖引起的地层变形分析。机械设计：齿轮、轴承等机械部件的接触应力分析，以及高温高压环境下管道的蠕变分析。1.3.1示例：ANSYS中进行材料非线性分析在ANSYS中进行材料非线性分析，我们通常需要定义材料的塑性行为。以下是一个使用Python脚本在ANSYS中定义材料塑性特性的示例：#导入必要的库

fromansys.mapdl.coreimportlaunch_mapdl

#启动ANSYS

mapdl=launch_mapdl()

#定义材料属性

mapdl.run("/MP,EX,1,200e3")#弹性模量

mapdl.run("/MP,NUXY,1,0.3")#泊松比

#定义材料的塑性行为

mapdl.run("*DIM,mat_plastic,TABLE,2,2")

mapdl.run("mat_plastic(1,1)=0.0")

mapdl.run("mat_plastic(1,2)=0.0")

mapdl.run("mat_plastic(2,1)=0.002")

mapdl.run("mat_plastic(2,2)=100")

mapdl.run("/MPDATA,PLST,1,mat_plastic")

#创建模型并应用材料

mapdl.run("ET,1,SOLID186")

mapdl.run("MAT,1")

mapdl.run("BLOCK,0,1,0,1,0,1")

mapdl.run("VOLU,ALL")

mapdl.run("TYPE,1")

mapdl.run("MATERIAL,1")

#应用载荷和边界条件

mapdl.run("D,1,F,0")

mapdl.run("D,2,F,0")

mapdl.run("D,3,F,0")

mapdl.run("F,10000,F,1")

#求解

mapdl.run("SOLVE")

#结果后处理

mapdl.run("POST1")

mapdl.run("PRNSOL,STRESS")在这个示例中，我们首先定义了材料的弹性模量和泊松比。然后，我们使用*DIM命令定义了一个塑性材料表，其中包含应变和应力的对应关系。通过/MPDATA命令，我们将这个塑性材料表应用到材料1上。接下来，我们创建了一个实体模型，并应用了材料。最后，我们施加了边界条件和载荷，求解模型，并在后处理中查看应力结果。1.3.2结论非线性分析是结构力学仿真中不可或缺的一部分，它能够帮助工程师更准确地预测和理解结构在复杂载荷条件下的行为。通过使用如ANSYS这样的高级仿真软件，可以有效地进行非线性分析，从而优化设计，提高结构的安全性和可靠性。2ANSYS软件介绍2.1ANSYS软件概述ANSYS是一款全球领先的工程仿真软件，由ANSYS公司开发，广泛应用于航空航天、汽车、电子、能源、制造等多个行业。它提供了一套全面的解决方案，用于预测产品在真实环境中的性能，帮助工程师在设计阶段就能发现并解决问题，从而缩短产品开发周期，降低开发成本，提高产品质量。ANSYS软件的核心功能包括结构力学分析、流体动力学分析、电磁场分析、系统仿真和多物理场耦合分析等。2.1.1特点多物理场仿真：ANSYS能够进行结构、流体、电磁、热等多物理场的仿真分析，支持耦合分析。非线性分析：包括几何非线性、材料非线性和接触非线性，适用于复杂结构的仿真。强大的前处理和后处理功能：提供直观的用户界面，便于模型建立和结果可视化。高度的可定制性：支持用户自定义材料属性、载荷条件和边界条件，满足特定需求。广泛的行业应用：在航空航天、汽车、电子、能源等领域有广泛的应用案例。2.2ANSYS工作界面ANSYS的工作界面主要由以下几个部分组成：菜单栏：提供软件的主要功能选项，如文件操作、分析设置、求解控制等。工具栏：包含常用的快捷按钮，如网格划分、求解、后处理等。模型树：显示当前模型的结构，包括几何、网格、材料、载荷等信息，便于管理和修改模型。图形窗口：用于显示模型的三维视图，支持旋转、缩放和平移操作，以及结果的可视化。命令窗口：显示软件的命令流，用户可以在此输入命令或查看软件的输出信息。2.2.1用户界面示例在ANSYS中，用户可以通过图形界面进行模型的建立和分析，以下是一个简单的模型建立流程：打开ANSYS软件，选择“File”->“New”创建一个新的项目。在“Geometry”选项中，选择“Create”->“Block”->“Brick”，输入尺寸参数创建一个立方体模型。在“Mesh”选项中，选择“Mesh”->“All”对模型进行网格划分。在“Material”选项中，选择“Insert”->“Material”->“Solid”，定义材料属性。在“Loads”选项中，选择“Insert”->“Force”->“OnFace”，定义载荷条件。在“Solution”选项中，选择“Solve”->“CurrentLS”，开始求解分析。在“Postprocessing”选项中，选择“PlotResults”->“ContourPlot”->“Displacement”，查看位移结果。2.3ANSYS基本操作流程ANSYS的基本操作流程可以概括为以下几个步骤：前处理：包括模型建立、网格划分、材料属性定义、载荷和边界条件设置等。求解：设置求解参数，如求解类型、求解器选择、求解精度等，然后运行求解器进行计算。后处理：查看和分析求解结果，如应力、应变、位移、温度等，通过图表、动画等形式进行结果可视化。2.3.1操作流程示例以下是一个使用ANSYS进行结构静力分析的基本操作流程示例：2.3.1.1前处理模型建立：使用ANSYS的图形界面或命令流，创建所需的几何模型。网格划分：选择合适的网格类型和尺寸，对模型进行网格划分。材料属性定义：根据材料的物理特性，如弹性模量、泊松比、密度等，定义材料属性。载荷和边界条件设置：定义模型上的载荷，如力、压力、温度等，以及边界条件，如固定、滑动等。2.3.1.2求解求解参数设置：选择求解类型（如静力分析），设置求解器参数，如求解精度、迭代次数等。运行求解器：点击“Solve”按钮，开始计算分析。2.3.1.3后处理结果查看：求解完成后，通过“Postprocessing”选项，查看应力、应变、位移等结果。结果分析：分析结果，确保模型的性能满足设计要求。2.3.2注意事项在网格划分时，网格的精细程度直接影响计算的精度和效率，需要根据模型的复杂度和分析需求进行合理设置。材料属性的定义要准确，否则会影响分析结果的可靠性。载荷和边界条件的设置要符合实际情况，避免因条件设置不当导致分析结果失真。通过以上介绍，我们对ANSYS软件有了初步的了解，包括其功能特点、工作界面和基本操作流程。在实际应用中，还需要根据具体问题深入学习和掌握更多高级功能和技巧。3非线性材料特性3.1弹性与非弹性材料在结构力学分析中，材料的弹性与非弹性行为是关键的考虑因素。弹性材料遵循胡克定律，即应力与应变成正比，且在卸载后能完全恢复原状。然而，非弹性材料在加载过程中表现出不可逆的变形，即使在卸载后，材料也无法完全恢复到初始状态。这种行为在塑性、粘弹性、超弹性等材料中尤为显著。3.1.1塑性材料模型塑性材料模型描述了材料在塑性变形阶段的行为。ANSYS提供了多种塑性模型，包括但不限于：线性硬化模型：在塑性变形后，材料表现出线性增加的应力-应变关系。各向同性硬化模型：塑性变形后，材料的屈服应力随应变增加而增加，但屈服面在应力空间中保持各向同性。各向异性硬化模型：屈服面在应力空间中的变化依赖于塑性应变的方向，适用于金属材料的成型过程。在ANSYS中定义塑性材料模型，通常需要提供材料的屈服应力和硬化参数。例如，使用线性硬化模型，可以通过以下方式定义材料属性：/MAT,ADD,1,PLAS

*PLAS,1

0.0,200.0

0.001,210.0这里，/MAT,ADD,1,PLAS命令添加了一个塑性材料模型，*PLAS,1随后定义了材料的塑性行为。第一行数据表示在塑性应变为0时，屈服应力为200MPa；第二行数据表示在塑性应变为0.001时，屈服应力增加到210MPa。3.1.2超弹性材料模型超弹性材料，如某些合金和橡胶，能够在大应变下恢复其原始形状，表现出非线性的弹性行为。ANSYS支持多种超弹性材料模型，包括Mooney-Rivlin、Ogden和Arruda-Boyce模型。以Mooney-Rivlin模型为例，其定义了材料的应变能函数，适用于橡胶类材料。在ANSYS中，可以通过以下命令定义Mooney-Rivlin模型：/MAT,ADD,1,RUBBER

*MOONEY,1

1.0,0.0这里，/MAT,ADD,1,RUBBER命令添加了一个橡胶材料模型，*MOONEY,1随后定义了Mooney-Rivlin模型的参数。第一行数据表示材料的两个参数，通常为C10和C01，此处C10为1.0，C01为0.0。3.2结构力学仿真软件：ANSYS中的非线性材料分析在ANSYS中进行非线性材料分析，首先需要定义材料属性，然后设置分析类型为非线性。非线性分析通常需要更长的计算时间和更精细的网格划分，以准确捕捉材料的非线性行为。3.2.1设置非线性分析在ANSYSMechanicalAPDL中，可以通过以下步骤设置非线性分析：打开ANSYSMechanicalAPDL。在材料属性中定义非线性材料模型。在分析设置中选择非线性分析。设置求解控制参数，如收敛准则和时间步长。运行分析。3.2.2示例：塑性材料的非线性分析假设我们有一个简单的拉伸试样，材料为钢，屈服应力为200MPa，线性硬化斜率为10MPa。我们将在ANSYS中设置此材料属性，并进行非线性分析。定义材料属性：/MAT,ADD,1,PLAS

*PLAS,1

0.0,200.0

0.001,210.0设置分析类型：在ANSYSMechanicalAPDL中，选择“StaticNonlinear”作为分析类型。设置求解控制参数：在“SolutionControls”中，设置适当的收敛准则和时间步长。运行分析：点击“Solve”按钮，运行非线性分析。通过以上步骤，我们可以准确地模拟材料在塑性变形阶段的行为，这对于设计和评估结构在极端条件下的性能至关重要。3.2.3示例：超弹性材料的非线性分析对于超弹性材料，如橡胶，我们使用Mooney-Rivlin模型进行分析。假设我们有一个橡胶试样，其C10参数为1.0，C01参数为0.0。定义材料属性：/MAT,ADD,1,RUBBER

*MOONEY,1

1.0,0.0设置分析类型：选择“StaticNonlinear”作为分析类型，以捕捉橡胶材料的非线性弹性行为。设置求解控制参数：根据试样的尺寸和加载条件，调整收敛准则和时间步长。运行分析：点击“Solve”按钮，运行非线性分析。通过这些步骤，我们可以模拟橡胶材料在大应变下的行为，这对于设计密封件、轮胎等产品非常重要。在ANSYS中进行非线性材料分析，不仅需要理解材料的非线性行为，还需要掌握软件的使用技巧和求解控制参数的设置。通过实践和经验积累，可以更准确地预测和优化结构在复杂载荷条件下的性能。4几何非线性分析4.1大变形与小变形的区别在结构力学分析中，变形的大小直接影响分析的类型和复杂度。小变形分析假设结构的变形远小于其原始尺寸，因此在计算过程中可以忽略变形对结构几何形状的影响。然而，当结构经历大变形时，这种假设不再成立，结构的几何形状会显著改变，从而影响力的分布和结构的响应。4.1.1原理大变形分析考虑了结构变形对几何形状的影响，这意味着在分析的每一步，都需要重新计算结构的几何形状，以确保力的平衡和变形的计算准确反映当前状态。这种分析通常在以下情况中使用：材料的弹性模量随应变变化。结构的几何非线性，如大位移和大旋转。接触问题，其中两个或多个物体之间的接触状态随变形而变化。4.1.2实践在ANSYS中进行大变形分析，需要在模型设置中选择非线性分析类型，并确保使用了适当的单元类型和材料模型。例如，对于大应变分析，可以使用非线性材料模型，如超弹性材料模型。4.2大应变分析大应变分析是几何非线性分析的一个重要组成部分，它适用于结构在加载过程中经历显著变形的情况。与小应变分析不同，大应变分析考虑了应变对材料属性的影响，以及变形对结构几何的影响。4.2.1原理大应变分析通常使用Green-Lagrange应变或Almansi应变来描述变形。这些应变度量考虑了变形前后的几何变化，从而更准确地反映了材料的真实应变状态。4.2.2实践在ANSYS中，可以通过以下步骤设置大应变分析：选择非线性分析类型：在“Solution”菜单中选择“AnalysisType”，然后选择“NonlinearStatic”。定义材料属性：在“Material”菜单中，选择适当的非线性材料模型，如“Hyperelastic”。设置单元属性：在“Element”菜单中，选择能够处理大应变的单元类型，如SOLID186。加载和边界条件：在“Loads”和“BoundaryConditions”菜单中，定义加载和边界条件，确保它们能够适应大变形。求解：在“Solution”菜单中，选择“Solve”进行求解。4.3接触分析理论与实践接触分析是结构力学中处理两个或多个物体接触问题的一种方法，它在非线性分析中尤为重要，因为接触状态会随变形而变化。4.3.1原理接触分析涉及到接触面的识别、接触力的计算以及接触状态的更新。在ANSYS中，接触分析通常使用“Contact”功能来实现，它能够处理各种接触类型，包括面-面接触、点-面接触等。4.3.2实践在ANSYS中进行接触分析，需要以下步骤：定义接触对：在“Contact”菜单中，选择“ContactPair”，定义哪些面或点将相互接触。设置接触属性：在“Contact”菜单中，选择“ContactProperty”，定义接触的摩擦系数、接触刚度等属性。加载和边界条件：在“Loads”和“BoundaryConditions”菜单中，定义加载和边界条件，确保它们能够正确反映接触状态。求解：在“Solution”菜单中，选择“Solve”进行求解。对于非线性接触问题，可能需要使用增量加载或自适应时间步长来确保求解的收敛性。4.3.3示例假设我们有一个简单的接触分析问题，一个球体压在一个平面上。我们将使用ANSYS进行接触分析。*Heading

**Jobname:ContactExampleModelname:Model-1****************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************************

#边界条件与载荷

##非线性载荷的定义

在结构力学仿真中，非线性载荷指的是随时间、位移或其他因素变化而变化的载荷。这类载荷不能简单地用线性关系描述，其对结构的影响可能包括几何非线性、材料非线性和接触非线性等。例如，风力对高层建筑的影响，随着建筑的摆动，风力的大小和方向也会发生变化，这就是一个典型的非线性载荷。

###示例：温度载荷引起的非线性效应

在ANSYS中，可以通过`*DEFINE`命令定义温度载荷，然后在`*STEP`中应用。下面是一个简单的示例，展示如何在ANSYS中定义和应用温度载荷：

```bash

*DEFINE,TYPE=TEMPERATURE,NAME="TemperatureLoad"

*FUNCTION,T1,TIME

0,20

1,100

2,20

*END

*STEP,NLGEOM=YES

*STATIC

*TEMPERATURE,TYPE=DEFINE,NAME="TemperatureLoad"

1,2

*ENDSTEP在这个例子中，我们定义了一个随时间变化的温度载荷TemperatureLoad，温度从20度线性增加到100度，然后线性减少回20度。在*STEP中，我们启用了几何非线性分析，并应用了定义的温度载荷。这里，1,2表示载荷从1秒开始应用，持续到2秒结束。4.4载荷步与子步在ANSYS中，载荷步（LoadStep）和子步（Substep）是控制非线性分析的重要概念。载荷步定义了载荷的类型和分析的类型，而子步则控制了载荷的施加过程和分析的细化程度。4.4.1示例：使用载荷步和子步进行非线性分析假设我们有一个结构，需要在非线性分析中逐步施加载荷，可以使用以下ANSYS命令：*STEP,NLGEOM=YES

*STATIC

1,10,1

*ENDSTEP

*STEP,NLGEOM=YES

*STATIC

10,20,1

*ENDSTEP在这个例子中，我们定义了两个载荷步。第一个载荷步从0到10单位载荷，第二个载荷步从10到20单位载荷。每个载荷步中，我们使用*STATIC命令，并指定载荷的施加范围和子步数。这里，1,10,1表示载荷从1单位增加到10单位，每单位载荷作为一个子步进行分析。4.5边界条件的非线性影响边界条件在非线性分析中同样重要，它们可以是固定约束、位移约束或旋转约束。在非线性分析中，边界条件的设定可能会影响结构的响应，尤其是当结构发生大变形或接触行为时。4.5.1示例：接触边界条件的非线性分析在ANSYS中，接触边界条件的非线性分析可以通过*CONTACTPAIR命令来定义。下面是一个简单的接触分析示例：*DEFINE,TYPE=DISPLACEMENT,NAME="DisplacementLoad"

*FUNCTION,D1,TIME

0,0

1,0.1

2,0.2

*END

*STEP,NLGEOM=YES

*STATIC

*CONTACTPAIR,INTERACTION=1

TARGET=1,CONTACTOR=2

*ENDSTEP

*STEP,NLGEOM=YES

*STATIC

*DISPLACEMENT,TYPE=DEFINE,NAME="DisplacementLoad"

1,2

*ENDSTEP在这个例子中，我们首先定义了一个随时间变化的位移载荷DisplacementLoad。然后，在第一个载荷步中，我们启用了几何非线性分析，并定义了一个接触对，其中TARGET=1和CONTACTOR=2分别表示目标面和接触面。在第二个载荷步中，我们应用了定义的位移载荷，从1秒开始，持续到2秒结束。这种分析可以模拟两个部件之间的接触行为，例如，一个部件在另一个部件上滑动或挤压。通过这些示例，我们可以看到在ANSYS中如何处理非线性载荷、载荷步和子步，以及非线性的边界条件。这些是进行复杂结构力学仿真分析的基础。5非线性动力学分析5.1瞬态动力学分析5.1.1原理瞬态动力学分析是结构力学仿真中的一种方法，用于研究结构在时间域内对瞬时载荷的响应。这种分析考虑了材料的非线性、几何的非线性以及接触条件的非线性，能够精确模拟结构在复杂载荷作用下的动态行为。瞬态动力学分析通过求解动力学方程，即牛顿第二定律的微分方程形式，来预测结构在不同时间点的位移、速度、加速度和应力。5.1.2内容在ANSYS中进行瞬态动力学分析，首先需要定义模型的几何、材料属性、边界条件和载荷。然后，设置时间步长和分析时间范围，以确保分析的精度。最后，通过求解器运行分析，获取结构在时间域内的响应数据。5.1.2.1示例*Heading

**Jobname:TransientDynamicsModelname:Model1*Createanewdatabase

*Preprint,echo=NO,model=NO,history=NO,contact=NO

*Part,name=Part-1

*Solid,section=Solid

0.,0.,0.,1.,0.,0.,1.,1.,0.,0.,1.,0.

*EndPart

*Step,name=Step-1,nlgeom=YES

*Dynamic,Explicit,timeperiod=0.1

*Node

1,0.,0.,0.

2,1.,0.,0.

3,1.,1.,0.

4,0.,1.,0.

*Element,type=S4R,elset=Elements

1,1,2,3,4

*Material,name=Material-1

*Density

7800.

*Elastic

210e3,0.3

*InitialConditions,type=velocity,elset=Elements

0.,0.,0.,0.

*Boundary

1,1,1,0.

*SurfaceLoad,surface=Elements,amplitude=Amp-1

2,0.,0.,10000.

*Amplitude,time=total,name=Amp-1

0.,0.

0.01,1.

*Output,field,variable=PRESELECT

*EndStep

*EndPart

**此示例定义了一个简单的矩形板模型，进行了瞬态动力学分析。模型使用了S4R单元类型，材料为钢，考虑了非线性几何效应。边界条件固定了节点1的所有自由度，对节点2施加了随时间变化的表面载荷。5.2谐波响应分析5.2.1原理谐波响应分析用于研究结构在正弦载荷作用下的稳态响应。这种分析方法特别适用于频率响应分析，可以确定结构在特定频率下的振动特性，如位移、速度、加速度和应力。通过谐波响应分析，可以识别结构的共振频率，这对于设计避免共振的结构至关重要。5.2.2内容在ANSYS中进行谐波响应分析，需要定义模型的几何、材料属性、边界条件和载荷，同时指定频率范围和步长。分析结果通常以频率响应图的形式呈现，显示结构在不同频率下的响应。5.2.2.1示例*Heading

**Jobname:HarmonicResponseModelname:Model1*Createanewdatabase

*Preprint,echo=NO,model=NO,history=NO,contact=NO

*Part,name=Part-1

*Solid,section=Solid

0.,0.,0.,1.,0.,0.,1.,1.,0.,0.,1.,0.

*EndPart

*Step,name=Step-1

*Frequency,nset=Load,end=100,inc=10

1.,100.,10.

*Node

1,0.,0.,0.

2,1.,0.,0.

3,1.,1.,0.

4,0.,1.,0.

*Element,type=S4R,elset=Elements

1,1,2,3,4

*Material,name=Material-1

*Density

7800.

*Elastic

210e3,0.3

*Boundary

1,1,1,0.

*Load,type=force,nset=Load

2,0.,0.,10000.

*Output,field,variable=PRESELECT

*EndStep

*EndPart

**此示例定义了一个矩形板模型，进行了谐波响应分析。模型使用了S4R单元类型，材料为钢。边界条件固定了节点1的所有自由度，对节点2施加了恒定的力载荷。频率范围从1Hz到100Hz，步长为10Hz。5.3随机振动分析5.3.1原理随机振动分析用于研究结构在随机载荷作用下的响应，如地震、风载荷或机械噪声。这种分析方法基于统计学，通过频谱分析来预测结构的平均响应和响应的变异性。随机振动分析能够提供结构在实际随机载荷环境下的性能评估。5.3.2内容在ANSYS中进行随机振动分析，需要定义模型的几何、材料属性、边界条件和载荷，同时指定输入的功率谱密度（PSD）或加速度谱。分析结果通常包括结构的响应谱，如位移谱、速度谱和加速度谱。5.3.2.1示例*Heading

**Jobname:RandomVibrationModelname:Model1*Createanewdatabase

*Preprint,echo=NO,model=NO,history=NO,contact=NO

*Part,name=Part-1

*Solid,section=Solid

0.,0.,0.,1.,0.,0.,1.,1.,0.,0.,1.,0.

*EndPart

*Step,name=Step-1

*Frequency,nset=Load,end=100,inc=10

1.,100.,10.

*Node

1,0.,0.,0.

2,1.,0.,0.

3,1.,1.,0.

4,0.,1.,0.

*Element,type=S4R,elset=Elements

1,1,2,3,4

*Material,name=Material-1

*Density

7800.

*Elastic

210e3,0.3

*Boundary

1,1,1,0.

*Load,type=force,nset=Load

2,0.,0.,10000.

*Random,nset=Load,psd=PSD-1

*PSD,name=PSD-1

1.,100.,10.

1.,1.

10.,0.1

*Output,field,variable=PRESELECT

*EndStep

*EndPart

**此示例定义了一个矩形板模型，进行了随机振动分析。模型使用了S4R单元类型，材料为钢。边界条件固定了节点1的所有自由度，对节点2施加了基于PSD的随机力载荷。PSD定义了从1Hz到10Hz的频率范围内，力的强度从1逐渐减小到0.1。以上示例展示了如何在ANSYS中设置和运行非线性动力学分析的不同类型，包括瞬态动力学分析、谐波响应分析和随机振动分析。通过这些分析，可以深入理解结构在复杂载荷作用下的动态行为，为结构设计和优化提供关键信息。6ANSYS非线性分析实践6.1创建非线性分析项目在开始非线性分析之前，首先需要在ANSYSMechanicalAPDL中创建一个新的项目。这包括选择正确的分析类型，设置单位系统，以及导入或创建几何模型。6.1.1步骤1：选择分析类型非线性分析通常涉及材料非线性、几何非线性和接触非线性。在ANSYS中，选择“StaticNonlinear”或“DynamicNonlinear”作为分析类型。6.1.2步骤2：设置单位系统确保单位系统与模型数据一致，例如选择“mm,N,s,°C”或“in,lb,s,°F”。6.1.3步骤3：导入或创建几何模型使用“File>Import>CAD”导入CAD模型，或在ANSYS中直接创建模型。6.2定义非线性材料非线性材料的定义是关键步骤，它影响分析的准确性和结果的可靠性。在ANSYS中，可以通过定义材料属性来实现这一点。6.2.1示例：定义弹塑性材料*DIM,matprop,,10

matprop(1)=1

matprop(2)=200e3

matprop(3)=0.3

matprop(4)=7800

matprop(5)=200e3

matprop(6)=0.002

matprop(7)=0.02

matprop(8)=0.0001

matprop(9)=0.001

matprop(10)=0.01

*DO,i,1,10

*MAT,1,i

*ENDDO

*PLAS,1,1,10上述代码定义了一个弹塑性材料，其中*DIM用于创建材料属性数组，*MAT定义材料类型，*PLAS定义塑性模型。6.3设置几何非线性几何非线性考虑了结构变形对分析结果的影响，特别是在大变形情况下。在ANSYS中，通过设置分析选项来启用几何非线性。6.3.1示例：启用几何非线性ANTYPE,0

NLGEOM,ONANTYPE,0设置分析类型为非线性静力分析，NLGEOM,ON启用几何非线性。6.4应用非线性边界条件与载荷非线性分析中，边界条件和载荷的正确应用至关重要。这包括固定点、力、压力和温度等。6.4.1示例：应用非线性载荷D,1,UX,0

D,1,UY,0

D,1,UZ,0

F,2,FX,1000上述代码中，D命令用于定义边界条件，F命令用于应用力载荷。6.5执行非线性动力学分析非线性动力学分析考虑了时间效应和非线性行为。在ANSYS中，使用“Transient”分析类型，并设置时间步长和求解器选项。6.5.1示例：设置时间步长TIME,0,1,0.1此命令设置分析的时间范围从0到1秒，时间步长为0.1秒。6.6结果后处理与解释非线性分析的结果通常比线性分析复杂，需要仔细后处理和解释。在ANSYS中，可以使用“Post1”和“Post26”命令来查看和分析结果。6.6.1示例：查看位移结果/POST1

PRNSOL,UPRNSOL,U命令用于打印所有节点的位移结果。6.6.2示例：查看应力结果/POST26

PRNSOL,SPRNSOL,S命令用于打印所有单元的