《靜力分析ansys》PPT課件.ppt

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1、1,結(jié)構(gòu)靜力分析,2,I. 結(jié)構(gòu)分析概述,3,1結(jié)構(gòu)分析的定義,結(jié)構(gòu)分析是有限元分析方法最常用的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)這個(gè)術(shù)語(yǔ)是一個(gè)廣義的概念，它包括土木工程結(jié)構(gòu)，如橋梁和建筑物；汽車結(jié)構(gòu)，如車身骨架；海洋結(jié)構(gòu)，如船舶結(jié)構(gòu)；航空結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)機(jī)身等；同時(shí)還包括機(jī)械零部件，如活塞，傳動(dòng)軸等等。 在ANSYS產(chǎn)品家族中有七種結(jié)構(gòu)分析的類型。結(jié)構(gòu)分析中計(jì)算得出的基本未知量（節(jié)點(diǎn)自由度）是位移，其他的一些未知量，如應(yīng)變，應(yīng)力，和反力可通過(guò)節(jié)點(diǎn)位移導(dǎo)出。,Definition,4,2結(jié)構(gòu)分析類型,靜力分析---用于求解靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力等。靜力分析包括線性和非線性分析。而非線性分析涉及塑性，應(yīng)力剛

2、化，大變形，大應(yīng)變，超彈性，接觸面和蠕變。 模態(tài)分析---用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)。 諧波分析---用于確定結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間正弦變化的載荷作用下的響應(yīng)。 瞬態(tài)動(dòng)力分析---用于計(jì)算結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間任意變化的載荷作用下的響應(yīng)，并且可計(jì)及上述提到的靜力分析中所有的非線性性質(zhì)。 譜分析---是模態(tài)分析的應(yīng)用拓廣，用于計(jì)算由于響應(yīng)譜或PSD輸入（隨機(jī)振動(dòng)）引起的應(yīng)力和應(yīng)變。 曲屈分析---用于計(jì)算曲屈載荷和確定曲屈模態(tài)。ANSYS可進(jìn)行線性（特征值）和非線性曲屈分析。 顯式動(dòng)力分析---ANSYS/LS-DYNA可用于計(jì)算高度非線性動(dòng)力學(xué)和復(fù)雜的接觸問(wèn)題。,Guidelines,5,結(jié)構(gòu)分析類型（續(xù)）,此

3、外，前面提到的七種分析類型還有如下特殊的應(yīng)用： 斷裂力學(xué) 復(fù)合材料 疲勞分析 p-Method 結(jié)構(gòu)分析所用的單元：絕大多數(shù)的ANSYS單元類型可用于結(jié)構(gòu)分析，單元類型從簡(jiǎn)單的桿單元和梁?jiǎn)卧恢钡捷^為復(fù)雜的層合殼單元和大應(yīng)變實(shí)體單元。,Guidelines,6,II. 結(jié)構(gòu)線性靜力分析,7,1靜力分析的定義,靜力分析計(jì)算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，它不考慮慣性和阻尼的影響，如結(jié)構(gòu)受隨時(shí)間變化載荷的情況?？墒?，靜力分析可以計(jì)算那些固定不變的慣性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響（如重力和離心力），以及那些可以近似為等價(jià)靜力作用的隨時(shí)間變化載荷（如通常在許多建筑規(guī)范中所定義的等價(jià)靜力風(fēng)載和地

4、震載荷）。,Definition,8,2靜力分析中的載荷,靜力分析用于計(jì)算由那些不包括慣性和阻尼效應(yīng)的載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移，應(yīng)力，應(yīng)變和力。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定；即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。靜力分析所施加的載荷包括： 外部施加的作用力和壓力 穩(wěn)態(tài)的慣性力（如重力和離心力） 位移載荷 溫度載荷,Definition,9,3線性靜力分析和非線性靜力分析,靜力分析既可以是線性的也可以是非線性的。非線性靜力分析包括所有的非線性類型：大變形，塑性，蠕變，應(yīng)力剛化，接觸（間隙）單元，超彈性單元等。本節(jié)主要討論線性靜力分析，非線性靜力分析在下一節(jié)

5、中介紹.,Definition,10,4線性靜力分析的求解步驟,1建模 2施加載荷和邊界條件，求解 3. 結(jié)果評(píng)價(jià)和分析,11,III. 結(jié)構(gòu)非線性靜力分析,12,1非線性結(jié)構(gòu)的定義,在日常生活中,會(huì)經(jīng)常遇到結(jié)構(gòu)非線性。 例如，無(wú)論何時(shí)用釘書(shū)針釘書(shū)，金屬釘書(shū)釘將永久地彎曲成一個(gè)不同的形狀 (圖11(a)) 。 如果你在一個(gè)木架上放置重物，隨著時(shí)間的遷移它將越來(lái)越下垂。(圖11(b))。 當(dāng)在汽車或卡車上裝貨時(shí)，它的輪胎和下面路面間接觸將隨貨物重量而變化 (看圖11)) 。 如果將上面例子所載荷變形曲線畫出來(lái),你將發(fā)現(xiàn)它們都顯示了非線性結(jié)構(gòu)的基本特征--變化的結(jié)構(gòu)剛性.,Definitio

6、n,13,非線性結(jié)構(gòu)的定義（續(xù)）,,圖11 非線性結(jié)構(gòu)行為的普通例子,14,2非線性行為的原因,引起結(jié)構(gòu)非線性的原因很多，它可以被分成三種主要類型： 狀態(tài)變化（包括接觸） 幾何非線性 材料非線性,,15,3、非線性分析的重要信息,16,狀態(tài)變化（包括接觸）,許多普通結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一種與狀態(tài)相關(guān)的非線性行為,例如，一根只能拉伸的電纜可能是松散的,也可能是繃緊的。軸承套可能是接觸的,也可能是不接觸的。凍土可能是凍結(jié)的,也可能是融化的。這些系統(tǒng)的剛度由于系統(tǒng)狀態(tài)的改變?cè)诓煌闹抵g突然變化。狀態(tài)改變也許和載荷直接有關(guān)（如在電纜情況中）， 也可能由某種外部原因引起（如在凍土中的紊亂熱力學(xué)條件）。ANSYS

7、程序中單元的激活與殺死選項(xiàng)用來(lái)給這種狀態(tài)的變化建模。 接觸是一種很普遍的非線性行為，接觸是狀態(tài)變化非線性類型形中一個(gè)特殊而重要的子集。,,Lesson Objectives,17,幾何非線性,如果結(jié)構(gòu)經(jīng)受大變形，它變化的幾何形狀可能會(huì)引起結(jié)構(gòu)的非線性地響應(yīng)。例如一根釣魚(yú)竿，隨著垂向載荷的增加，桿不斷彎曲以致于動(dòng)力臂明顯地減少，導(dǎo)致桿端顯示出在較高載荷下不斷增長(zhǎng)的剛性。,,,Lesson Objectives,18,材料非線性,非線性的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是結(jié)構(gòu)非線性的常見(jiàn)原因。許多因素可以影響材料的應(yīng)力應(yīng)變性質(zhì)，包括加載歷史（如在彈塑性響應(yīng)狀況下），環(huán)境狀況（如溫度），加載的時(shí)間總量（如在蠕變響應(yīng)狀況

8、下）。,,Definition,19,逐步遞增載荷和平衡迭代,近似的非線性求解是將載荷分成一系列的載荷增量?？梢栽趲讉€(gè)載荷步內(nèi)或者在一個(gè)載步的幾個(gè)子步內(nèi)施加載荷增量。在每一個(gè)增量的求解完成后，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)載荷。在增量之前，程序調(diào)整剛度矩陣來(lái)反映結(jié)構(gòu)剛度的非線性變化。但遺憾的是，純粹的增量近似不可避免地產(chǎn)生每一個(gè)載荷增量積累誤差，導(dǎo)種結(jié)果最終失去平衡，如圖13（a）所示所示。 ANSYS程序通過(guò)使用牛頓-拉普森平衡迭代方法（NR法）克服了上述困難，它迫使解在每個(gè)荷載增量的末端達(dá)到平衡收斂。圖 13（b）描述了描述了在單自由度非線性分析中牛頓-拉普森平衡迭代的使用。,,Definition

9、,20,逐步遞增載荷和平衡迭代(續(xù)),(a)純粹增量式解 （b)全牛頓拉普森迭代求解（2個(gè)載荷增量） 圖13 純粹增量近似與牛頓拉普森近似的關(guān)系,,,21,逐步遞增載荷和平衡迭代（續(xù)）,對(duì)某些物理意義上不穩(wěn)定系統(tǒng)的非線性靜態(tài)分析，如果你僅僅使用NR方法，正切剛度矩陣可能變?yōu)榻抵榷剃嚕瑢?dǎo)致嚴(yán)重的收斂問(wèn)題。這樣的情況包括獨(dú)立實(shí)體從固定表面分離的靜態(tài)接觸分析，結(jié)構(gòu)或者完全崩潰或 者“突然變成”另一個(gè)穩(wěn)定形狀的非線性彎曲問(wèn)題。對(duì)這樣的情況，你可以激活另外一種迭代方法，弧長(zhǎng)方法，來(lái)幫助穩(wěn)定求解。弧長(zhǎng)方法導(dǎo)致NR平衡迭代沿一段弧收斂，從而即使當(dāng)正切剛度矩陣的傾斜為零或負(fù)值時(shí)，也往往阻止發(fā)散。這種迭代

10、方法以圖形表示在圖14中。,,22,逐步遞增載荷和平衡迭代（續(xù)）,圖14傳統(tǒng)的NR方法與弧長(zhǎng)方法的比較,,,23,非線性求解的組織級(jí)別,非線性求解被分成三個(gè)操作級(jí)別：載荷步、子步、平衡迭代。 “頂層”級(jí)別由在一定“時(shí)間”范圍內(nèi)你明確定義的載荷步組成。假定載荷在載荷步內(nèi)是線性地變化的。 在每一個(gè)載荷步內(nèi)，為了逐步加載可以控制程序來(lái)執(zhí)行多次求解（子步或時(shí)間步）。 在每一個(gè)子步內(nèi)，程序?qū)⑦M(jìn)行一系列的平衡迭代以獲得收斂的解。 圖15說(shuō)明了一段用于非線性分析的典型的載荷歷史。,,24,非線性求解的組織級(jí)別（續(xù)）,,,圖15載荷步、子步、及“時(shí)間”,25,收斂容限,當(dāng)你對(duì)平衡迭代確定收斂容限時(shí)，要注意這

11、些問(wèn)題： 你想基于載荷，變形，還是聯(lián)立二者來(lái)確定收斂容限？ 既然徑向偏移（以弧度度量）比對(duì)應(yīng)的平移小，你是不是想對(duì)這些不同的條目建立不同的收斂準(zhǔn)則？ 當(dāng)你確定收斂準(zhǔn)則時(shí)，ANSYS程序會(huì)給你一系列的選擇：你可以將收斂檢查建立在力，力矩、位移、轉(zhuǎn)動(dòng)或這些項(xiàng)目的任意組合上。 另外，每一個(gè)項(xiàng)目 可 以有不同的收斂容限值。對(duì)多自由度問(wèn)題，你同樣也有收斂準(zhǔn)則的選擇問(wèn)題。 當(dāng)你確定你的收斂準(zhǔn)則時(shí)，記住以力為基礎(chǔ)的收斂提供了收斂的絕對(duì)量度，而以位移為基礎(chǔ)的收斂?jī)H提供了表觀收斂的相對(duì)量度。因此，你應(yīng)當(dāng)如果需要總是使用以力為基礎(chǔ)（或以力矩為基礎(chǔ)的）收斂容限。如果需要可以增加以位移為基礎(chǔ)（或以轉(zhuǎn)動(dòng)為基礎(chǔ)的）收斂檢

12、查，但是通常不單獨(dú)使用它們。,,26,收斂容限（續(xù)）,圖16說(shuō)明了一種單獨(dú)使用位移收斂檢查導(dǎo)致出錯(cuò)情況。在第二次迭代后計(jì)算 出的位移很小可能被認(rèn)為是收斂的解，盡管問(wèn)題仍舊遠(yuǎn)離真正的解。要防止這 樣的錯(cuò)誤，應(yīng)當(dāng)使用力收斂檢查。 圖16完全依賴位移收斂檢查有時(shí)可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果,,27,子步,當(dāng)使用多個(gè)子步時(shí)，你需要考慮精度和代價(jià)之間的平衡；更多的子步驟（也就是，小的時(shí)間步）通常導(dǎo)致較好的精度，但以增多的運(yùn)行時(shí)間為代價(jià)。ANSYS提供兩種方法來(lái)控制子步數(shù)： 子步數(shù)或時(shí)間步長(zhǎng) 我們即可以通過(guò)指定實(shí)際的子步數(shù)也可以通過(guò)指定時(shí)間步長(zhǎng)控制子步數(shù)。 自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng) ANSYS程序，基于結(jié)構(gòu)的特性和系統(tǒng)的響應(yīng)

13、，來(lái)調(diào)查時(shí)間步長(zhǎng),,28,子步數(shù),如果你的結(jié)構(gòu)在它的整個(gè)加載歷史期間顯示出高度的非線性特點(diǎn)，而且你對(duì)結(jié) 構(gòu)的行為子解足夠好可以確保深到收斂的解，那么你也許能夠自己確定多小的 時(shí)間步長(zhǎng)是必需的，且對(duì)所有的載荷步使用這同一時(shí)間步。（務(wù)必允許足夠大的 平衡迭代數(shù)）。,,29,自動(dòng)時(shí)間分步,如果你預(yù)料你的結(jié)構(gòu)的行為將從線性到非線性變化，你也許想要在系統(tǒng)響應(yīng)的非線性部分期間變化時(shí)間步長(zhǎng)。在這樣一種情況，你可以激活自動(dòng)時(shí)間分步以 便隨需要調(diào)整時(shí)間步長(zhǎng)，獲得精度和代價(jià)之間的良好平衡。同樣地，如果你不確信你的問(wèn)題將成功地收斂，你也許想要使用自動(dòng)時(shí)間分步來(lái)激活A(yù)NSYS程序的二分特點(diǎn)。 二分法提供了一種對(duì)收斂失

14、敗自動(dòng)矯正的方法。無(wú)論何時(shí)只要平衡迭代收斂失敗，二分法將把時(shí)間步長(zhǎng)分成兩半，然后從最后收斂的子步自動(dòng)重啟動(dòng)，如果已二分的時(shí)間步再次收斂失敗，二分法將再次分割時(shí)間步長(zhǎng)然后重啟動(dòng)，持續(xù)這一過(guò)程直到獲得收斂或到達(dá)最小時(shí)間步長(zhǎng)（由你指定）。,,30,載荷和位移方向,當(dāng)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷大變形時(shí)應(yīng)該考慮到載荷將發(fā)生了什么變化。在許多情況中，無(wú)論結(jié)構(gòu)如何變形施加在系統(tǒng)中的載荷保持恒定的方向。而在另一些情況中，力將 改變方向，隨著單元方向的改變而變化。 ANSYS程序?qū)@兩種情況都可以建模，依賴于所施加的載荷類型。加速度和集中力將不管單元方向的改變而保持它們最初的方向，表面載荷作用在變形單元表面的法向，且可被用來(lái)模擬

15、“跟隨”力。圖18說(shuō)明了恒力和跟隨力。 注意在大變形分析中不修正結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系方向。因此計(jì)算出的位移在最初的方向上輸出。,,31,載荷和位移方向（續(xù)）,圖18 變形前后載荷方向,,,32,非線性瞬態(tài)過(guò)程的分析,用于分析非線性瞬態(tài)行為的過(guò)程，與對(duì)線性靜態(tài)行為的處理相似,以步進(jìn)增量加載，程序在每一步中進(jìn)行平衡迭代。靜態(tài)和瞬態(tài)處理的主要不同是在瞬態(tài)過(guò)程分析中要激活時(shí)間積分效應(yīng)。（因此，在瞬態(tài)過(guò)程分析中“時(shí)間”總是表示實(shí)際的時(shí)序。）自動(dòng)時(shí)間分步和二等分特點(diǎn)同樣也適用于瞬態(tài)過(guò)程分析。,,33,4非線性分析中用到的命令,使用與任何其它類型分析的同一系列的命令來(lái)建模和進(jìn)行非線性分析。同樣，無(wú)論你正在進(jìn)行何種類

16、型的分析，你可從用戶圖形界面GUI選擇相似的選項(xiàng)來(lái)建模和求解問(wèn)題。 本章后面的部分”非線性實(shí)例分析（命令）， 顯示了使用批處理方法用 ANSYS分析一個(gè)非線性分析時(shí)的一系列命令。另一部分“非線性實(shí)例分析（GUI方法）”，顯示了如何從ANSYS的GUI中執(zhí)行同樣的例子分析。,,Lesson Objectives,34,5非線性分析步驟綜述,盡管非線性分析比線性分析變得更加復(fù)雜，但處理基本相同。只是在非線形分析的適當(dāng)過(guò)程中，添加了需要的非線性特性。,,,Lesson Objectives,35,如何進(jìn)行非線性靜態(tài)分析,非線性靜態(tài)分析是靜態(tài)分析的一種特殊形式。如同任何靜態(tài)分析，處理流程主要由三個(gè)主要

17、步驟組成： 1、建模。 2、加載且得到解。 3、考察結(jié)果。,,,36,求解步驟一:建模,步驟1：建模 這一步對(duì)線性和非線性分析都是必需的，盡管非線性分析在這一步中可能包括特殊的單元或非線性材料性質(zhì)，如果模型中包含大應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)必須依據(jù)真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)（或?qū)?shù)）應(yīng)變表示。,,,Guidelines,37,求解步驟二:加載求解,步驟2：加載且得到解 在這一步中，你定義分析類型和選項(xiàng)，指定載荷步選項(xiàng)，開(kāi)始有限無(wú)求解。既然非線性求解經(jīng)常要求多個(gè)載荷增量，且總是需要平衡迭代，它不同于線性求解。處理過(guò)程如下： 1、進(jìn)入ANSYS求解器 命令：/Solution GUI：Main MenuSol

18、ution 2、定義分析類型及分析選項(xiàng)。分析類型和分析選項(xiàng)在第一個(gè)載荷步后（也就是，在你發(fā)出你的第一個(gè)SOLVL命令之后）不能被改變。ANSYS提供這些選項(xiàng)用于靜態(tài)分析。,,,38,求解步驟二:加載求解（續(xù)）,,,表11 分析類型和分析選項(xiàng) 選項(xiàng)：新的分析ANTYPE 一般情況下會(huì)使用New Analysis(新的分析）。 選項(xiàng)：分析類型：靜態(tài)ANTYPE 選擇Static（靜態(tài)）。 選項(xiàng)：大變形或大應(yīng)變選項(xiàng)（GEOM） 并不是所有的非線性分析都將產(chǎn)生大變形。參看：“使用幾何非線性”對(duì)大變型的進(jìn)一步討論。,,39,求解步驟二:加載求解（續(xù)）,,,選項(xiàng)：應(yīng)力剛化效應(yīng)SSTIF 如果存在應(yīng)

19、力剛化效應(yīng)選擇ON。 選項(xiàng)：牛頓拉普森選項(xiàng)NROPT 僅在非線性分析中使用這個(gè)選項(xiàng)。這個(gè)選項(xiàng)指定在求解期間每隔多久修改一 次正切矩陣。你可以指定這些值中的一個(gè)。 程序選擇（NROPT，ANTO）：程序基于你模型中存在的非線性種類選擇用這些選項(xiàng)中的一個(gè)。在需要時(shí)牛頓拉普森方法將自動(dòng)激活自適應(yīng)下降。,,40,求解步驟二:加載求解（續(xù)）,,, 修正的（NROPT，MODI）：程序使用修正的牛頓拉普森方法，在這種方法中正切剛度矩陣在每一子步中都被修正。在一個(gè)子步的平衡迭 代期間矩陣不被改變。這個(gè)選項(xiàng)不適用于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的 初始剛度（NROPT，INIT）：程序在每一次平衡迭代中都使

20、用初始剛度矩陣這一選項(xiàng)比完全選項(xiàng)似乎較不易發(fā)散，但它經(jīng)常要求更多次的迭代來(lái)得到收斂。它不適用于大變形分析。自適應(yīng)下降是不可用的。 選項(xiàng)：方程求解器 對(duì)于非線性分析，使用前面的求解器（缺省選項(xiàng)）。,,41,求解步驟二:加載求解（續(xù)）,,,3、在模型上加載，記住在大變型分析中慣性力和點(diǎn)載荷將保持恒定的方向，但表面力將“跟隨”結(jié)構(gòu)而變化。 4、指定載荷步選項(xiàng)。這些選項(xiàng)可以在任何載荷步中改變。下列選項(xiàng)對(duì)非線性靜態(tài)分析是可用的： 普通選項(xiàng)： Time(TIME) ANSYS程序借助在每一個(gè)載荷步末端給定的TIME參數(shù)識(shí)別出載荷步和子步。使用TIME命令來(lái)定義受某些實(shí)際物理量（如先后時(shí)間，所施加的壓力，

21、等等。）限制的TIME值。程序通過(guò)這個(gè)選項(xiàng)來(lái)指定載荷步的末端時(shí)間。 注意在沒(méi)有指定TIME值時(shí)，程序?qū)⒁罁?jù)缺省自動(dòng)地對(duì)每一個(gè)載荷步按1.0 增加TIME（在第一個(gè)載荷步的末端以TIME=1.0開(kāi)始）。 時(shí)間步的數(shù)目NSUBST 時(shí)間步長(zhǎng)DELTIM,,42,求解步驟二:加載求解（續(xù)）,,,非線性分析要求在每一個(gè)載荷步內(nèi)有多個(gè)子步（或時(shí)間步；這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是等效的）從而ANSYS可以逐漸施加所給定的載荷，得到精確的解。NSUBST和DELTIM命令都獲得同樣的效果（給定載荷步的起始，最小，及最大步長(zhǎng)）。NSNBST 定義在一個(gè)載荷步內(nèi)將被使用的子步的數(shù)目，而DELTIM明確地定義時(shí)間步長(zhǎng)。如果自動(dòng)時(shí)

22、間步長(zhǎng)是關(guān)閉的，那么起始子步長(zhǎng)用于整個(gè)載荷步。缺省時(shí)是每個(gè)載荷步有一個(gè)子步。 漸進(jìn)式或階躍式的加載 在與應(yīng)變率無(wú)關(guān)的材料行為的非線性靜態(tài)分析中通常不需要指定這個(gè)選項(xiàng)，因?yàn)橐罁?jù)缺省，載荷將為漸進(jìn)式的,階躍式的載荷KBC，1除了在率相關(guān)材料行為情狀下（蠕變或粘塑性），在靜態(tài)分析中通常沒(méi)有意義。,,43,求解步驟二:加載求解（續(xù)）,,,自動(dòng)時(shí)間分步AUTOTS 這一選項(xiàng)允許程序確定子步間載荷增量的大小和決定在求解期間是增加還是減 小時(shí)間步（子步）長(zhǎng)。缺省時(shí)是OFF（關(guān)閉）。 你可以用AUTOTS命令打開(kāi)自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)和二分法。通過(guò)激活自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)，可以讓程序決定在每一個(gè)載荷步內(nèi)使用多少個(gè)時(shí)間步。

23、在一個(gè)時(shí)間步的求解完成后，下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的大小基于四種因素預(yù)計(jì)： 在最近過(guò)去的時(shí)間步中使用的平衡迭代的數(shù)目（更多次的迭代成為時(shí)間步長(zhǎng)減小的原因） 對(duì)非線性單元狀態(tài)改變預(yù)測(cè)（當(dāng)狀態(tài)改變臨近時(shí)減小時(shí)間步長(zhǎng)） 塑性應(yīng)變?cè)黾拥拇笮?蠕變?cè)黾拥拇笮?,44,求解步驟二:加載求解（續(xù)）,,,非線性選項(xiàng) 程序?qū)⑦B續(xù)進(jìn)行平衡迭代直到滿足收斂準(zhǔn)則。我們可以用缺省的收斂準(zhǔn)則，也可以自己定義收斂準(zhǔn)則。 收斂準(zhǔn)則CNVTOL 缺省的收斂準(zhǔn)則 依據(jù)缺省，程序?qū)⒁訴ALUETOLER的值對(duì)力（或者力矩）進(jìn)行收斂檢查。VALUE的缺省值是在所加載荷（或所加位移，Netwton-Raphson回復(fù)力）的SRSS，和MINR

24、EF（其缺省為1.0）中，取值較大者。TOLER的缺省值是0.001 你應(yīng)當(dāng)幾乎總是使用力收斂檢查?？梢蕴砑游灰疲ɑ蛘咿D(zhuǎn)動(dòng)）收斂檢查。對(duì)于位移，程序?qū)⑹諗繖z查建立在當(dāng)前（i）和前面（i1）次迭代之間的位移改變上。 注意如果你明確地定義了任何收斂準(zhǔn)則（CNVTOL），缺省準(zhǔn)則將“失效”。因此，如果你定義了位移收斂檢查，你將不得不再定義力收斂檢查。,,45,求解步驟二:加載求解（續(xù)）,用戶收斂準(zhǔn)則（ 你可以定義用戶收斂準(zhǔn)則，替代缺省的值） 使用嚴(yán)格的收斂準(zhǔn)則將提高你的結(jié)果的精度，但以多更次的平衡迭代為代價(jià)。如果你想嚴(yán)格（加放松）你的準(zhǔn)則，你應(yīng)當(dāng)改變TOLER兩個(gè)數(shù)量級(jí)。一般地，你應(yīng)當(dāng)繼續(xù)使用V

25、ALUE的缺省值；也就是，通過(guò)調(diào)整TOLER，而不是VALUL 改變收斂準(zhǔn)則。 在單一和多DOF系統(tǒng)中檢查收斂 要在單自由度（DOF）系統(tǒng)中檢查收斂，你對(duì)這一個(gè)DOF計(jì)算出不平衡力，然后對(duì)照給定的收斂準(zhǔn)則（VALUE*TOLER）參看這個(gè)值（同樣也可以對(duì)的單一DOF的位移(和旋度)收斂進(jìn)行類似的檢查。）然而，在多DOF系統(tǒng)中，你也許想使用不同的比較方法。 ANSYS程序提供三種不同的矢量規(guī)范用于收斂核查。 無(wú)限規(guī)范在你模型中的每一個(gè)DOF處重復(fù)單DOF核查。 LI規(guī)范將收斂準(zhǔn)則同所有DOFS的不平衡力（力矩）的絕對(duì)值的總和相對(duì)照。 L2規(guī)范使用所有DOFS不平衡力（或力矩）的平方總和的平方根

26、進(jìn)行收斂檢查。,,,46,步驟二實(shí)例,對(duì)于下面例子，如果不平衡力（在每一個(gè)DOF處單獨(dú)檢查）小于或等于2.5，且如果位移的改變（以平方和的平方根檢查）小于或等于0.01，子步將認(rèn)為是收斂的。 CNVTOL，F(xiàn)，5000，0.005，0 CNVTOL，U，10，0.001，2 平衡迭代的最大次數(shù)NEQIT,,,Guidelines,47,步驟二實(shí)例（續(xù)）,使用這個(gè)選項(xiàng)來(lái)對(duì)在每一個(gè)子步中進(jìn)行的最大平衡迭代次數(shù)實(shí)行限制（缺省=25）。如果在這個(gè)平衡迭代次數(shù)之內(nèi)不能滿足收斂準(zhǔn)則，且如果自動(dòng)步長(zhǎng)是打開(kāi)的AUTOTS，分析將嘗試使用二分法。如果二分法是不可能的，那么，分析將或者終止，或者進(jìn)行下一個(gè)載荷

27、步，依據(jù)你在NCNV命令中發(fā)出的指示。 求解終止選項(xiàng)NCNV,,,Guidelines,48,步驟二實(shí)例（續(xù)）,這個(gè)選項(xiàng)處理五種不同的終止準(zhǔn)則： 如果位移“太大”它建立一個(gè)用于終止分析和程序執(zhí)行的準(zhǔn)則。 它對(duì)累積迭代次數(shù)設(shè)置限制。 它對(duì)整個(gè)時(shí)間設(shè)置限制。 它對(duì)整個(gè)CPU時(shí)間設(shè)置限制。 弧長(zhǎng)選項(xiàng)ARCLEN 如果你預(yù)料到結(jié)構(gòu)在它的載荷歷史內(nèi)某些點(diǎn)上將在物理意義上不穩(wěn)定，你可以使用弧長(zhǎng)方法來(lái)幫助獲得穩(wěn)定數(shù)值求解。,,,49,步驟二實(shí)例（續(xù)）,激活弧長(zhǎng)方法的典型的系列命令： 注意在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，你可以和弧長(zhǎng)方法一起使用許多其它的分析和載荷步選項(xiàng)。但是不能和弧長(zhǎng)方法一起使用下列選項(xiàng)：線搜索LNSRCH，

28、時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)PRED，自適應(yīng)下降NROPT，，，ON，自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)AUTOTS，TIME，DELTIM，或打開(kāi)時(shí)間積分效應(yīng)（TIMINT）。 時(shí)間步長(zhǎng)預(yù)測(cè)糾正選項(xiàng)PRED 對(duì)于每一個(gè)子步的第一次平衡迭代你可以激活和DOF求解有關(guān)的預(yù)測(cè)。這個(gè)特點(diǎn)加速收斂且如果非線性響應(yīng)是相對(duì)平滑的，它特別的有用。 線搜索選項(xiàng)LNSRCH 這個(gè)選項(xiàng)是對(duì)自適應(yīng)下降的替代。這個(gè)收斂提高工具用程序計(jì)算出的比例因子（具有0和1之間的值）乘以計(jì)算出的位移增量。因?yàn)榫€搜索算法是用來(lái)對(duì)自適應(yīng)下降選項(xiàng)NROPT進(jìn)行的替代，如果線搜索選項(xiàng)是開(kāi)，自適應(yīng)下降不被自動(dòng)激活。不建議同時(shí)激活線搜索和自適應(yīng)下降。,,,50,步驟二實(shí)例（續(xù)

29、）, 激活和殺死選項(xiàng) 在ANSYS/Mechanical和ANSYS/LSDYNA產(chǎn)品中，你可以去殺死和激活單元來(lái)模擬材料的消去和添加。 程序通過(guò)用一個(gè)非常小的數(shù)（它由ESTIF命令設(shè)置）乘以它的剛度從總質(zhì)量矩陣消去它的質(zhì)量“ 殺死”一個(gè)單元。對(duì)無(wú)活性單元的單元載荷（壓力，熱通量，熱應(yīng)變，等等）同樣設(shè)置為零。需要在前處理中定義所有可能的單元；不可能在 SOLUTION中產(chǎn)生新的單元。 在你的分析的后面階段中“出生”的那些單元，在第一個(gè)載荷步前應(yīng)當(dāng)被殺死，然后去在適當(dāng)?shù)妮d荷步的開(kāi)始被重激活，當(dāng)單元被重激活時(shí)，它們具有零應(yīng)變狀態(tài)，且（if NLGEOM,ON） 它們的幾何選項(xiàng)（長(zhǎng)度，面積等等）被修

30、改來(lái)與它們的的現(xiàn)偏移位置相適應(yīng)。,,,51,步驟二實(shí)例（續(xù)）,殺死（EKILL） 激活（EALIVE） 改變材料性質(zhì)參考號(hào)MPCHG 另一種在求解期間影響單元行為的辦法是來(lái)改變它的材料性質(zhì)參考號(hào)。這個(gè)選項(xiàng)允許你在載荷步間改變一個(gè)單元的材料性質(zhì)。 EKILL適用于大多數(shù)單元類型。MPCHG適用于所于單元類型。,,,52,步驟二實(shí)例（續(xù)）,輸出控制選項(xiàng) 輸出控制選項(xiàng)包括： 打印輸出（OUTPR） 使用這個(gè)選項(xiàng)來(lái)在輸出文件（Jobname.out)中包括進(jìn)便所想要的結(jié)果數(shù)據(jù)。 結(jié)果文件輸出OUTRES 這個(gè)選項(xiàng)控制結(jié)果文件中的數(shù)據(jù)（Jobname.rst)。 OUTPR和OUTRES用來(lái)控制結(jié)果被寫

31、入這些文件的頻率。 結(jié)果外推ERESX 這個(gè)選項(xiàng)，依據(jù)缺省，拷貝一個(gè)單元的積分點(diǎn)應(yīng)力和彈性應(yīng)變結(jié)果到結(jié)點(diǎn)而替代外推它們，如果在單元中存在非線性（塑性，蠕變，膨脹）的話。積分點(diǎn)非線性變化總是被拷貝到結(jié)點(diǎn)。,,,53,求解步驟二（續(xù)）,步驟2：加載且得到解 5、存儲(chǔ)基本數(shù)據(jù)的備份副本于另一文件。 命令：SAVE GUI：Utility MenuFileSave As 6、開(kāi)始求解計(jì)算。 命令：SOLVE GUI：Main MennSolution-Solve-Current LS 7、如果你需要定義多個(gè)載荷步，對(duì)每一個(gè)其余的載荷步重復(fù)步驟3至6。 8、離開(kāi)SOLUTION處理器 命令：FINISH

32、 GUI：關(guān)閉Solution菜單。,,,Guidelines,54,求解步驟三,步驟3：考察結(jié)果 來(lái)自非線性靜態(tài)分析的結(jié)果主要由位移，應(yīng)力，應(yīng)變，以及反作用力組成。可以用POST1，通用后處理器，或者用POST26，時(shí)間歷程后處理器，來(lái)考察這些結(jié)果。 記住，用POST1一次僅可以讀取一個(gè)子步，且來(lái)自那個(gè)子步的結(jié)果應(yīng)當(dāng)已被寫入Jobname.rst。（載荷步選項(xiàng)命令OUTRES控制哪一個(gè)子步的結(jié)果被存儲(chǔ)入Jobname.rst。)典型的POST1后處理順序?qū)⒃谙旅婷枋觥?,,55,求解步驟三（續(xù)）,用POST1考察結(jié)果 1、檢查你的輸出文件（Jobname.out)是否在所有的子步分析都收

33、斂。 如果不收斂，你可能不想后處理結(jié)果，而是想確定為什么收斂失敗。 如果你的解收斂，那么繼續(xù)進(jìn)行后處理。 2、進(jìn)入POST1。如果用于求解的模型現(xiàn)在不在數(shù)據(jù)中，發(fā)出RESUME。 命令：POST1 GUI：Main MenuGeneral Postproc 3、讀取需要的載荷步和子步結(jié)果，這可以依據(jù)載荷步和子步號(hào)或者時(shí)間來(lái)識(shí)別然而，不能依據(jù)時(shí)間識(shí)別出弧長(zhǎng)結(jié)果。 命令：SET GUI：Main MennGeneral PostprocRead Results-Load step,,,56,求解步驟三（續(xù)）,注意：如果你指定了一個(gè)沒(méi)有結(jié)果可用的Time值，ANSYS程序?qū)⑦M(jìn)行線性內(nèi)插來(lái)計(jì)算出那Ti

34、me處的結(jié)果。認(rèn)識(shí)到在非線分析中這種線性內(nèi)插通常將導(dǎo)致某些精度損失（參看圖19）。因此，對(duì)于非線性分析，通常你應(yīng)當(dāng)在一個(gè)精確地對(duì)應(yīng)于要求子步的TIME處進(jìn)行后處理。,,,圖19非線性果的線性內(nèi)插可能引起某些誤差,57,求解步驟三（續(xù)）,4、使用下列任意選項(xiàng)顯示結(jié)果 選項(xiàng)；顯示已變形的形狀 命令：PLDISP GUI：Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shapes 在大變形分析中，一般優(yōu)先使用真實(shí)比例顯示IDSCALE，，1。 選項(xiàng)：等值線顯示 命令：PLNSOL 或者PLESOL GUI：Main MenuGeneral Postpro

35、cPlot Results-Contour Plot-Nodal Solu或者 Element Solu 使用這些選項(xiàng)來(lái)顯示應(yīng)力，應(yīng)變，或者任何其它可用項(xiàng)目的等值線。如果鄰接的單元具有不同材料行為（可能由于塑性或 多線性彈性的材料性質(zhì)，由于不同的材料類型，或者由于鄰近的單元的死活屬性不同而產(chǎn)生），你應(yīng)當(dāng)注意避免你的結(jié)果中的結(jié)點(diǎn)應(yīng)力平均錯(cuò)誤。,,,58,求解步驟三（續(xù)）,同樣地你可以繪制單元表數(shù)據(jù)和線單元數(shù)據(jù)的等值線： 命令：PLETAB，PLLS GUIS：Main MenuGeneral PostprocElement TablePlot Element Table Main Menu

36、General PostprocPlot Results-Contour Plot-Line Elem Res 使用PLETAB命令（GUI路徑Main MenuGeneral PostprocElement TablePlot * Element Table)來(lái)繪制單元表數(shù)據(jù)的等值線，用PLLS（GUI路徑Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsLine elem Res）來(lái)繪制線單元數(shù)據(jù)的等值線。,,,59,求解步驟三（續(xù)）,選項(xiàng)：列表 命令： PRNSOL（結(jié)點(diǎn)結(jié)果） PRESOL（結(jié)果） PRRSOL（反作用力數(shù)據(jù)） PRETAB PRITER（子步總

37、計(jì)數(shù)據(jù)）等等。 NSORT ESORT GUIS：Main MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solution Main MenuGeneral PostprocList ResultsElement Solution Main MenuGeneral PostprocList ResultsReaction Solution 使用NSORT和ESORT命令在將數(shù)據(jù)列表前對(duì)它們進(jìn)行排序。,,,Guidelines,60,求解步驟三（續(xù)）,其它的性能 許多其它的后處理函數(shù)在路徑上映射結(jié)果。記錄，參量列表，等等在POST1中是可用的。對(duì)于非線性分析，載荷工

38、況組合通常是無(wú)效的。,,,Guidelines,61,求解步驟三（續(xù)）,用POST26考察結(jié)果 同樣地你可以使用POST26，時(shí)間歷程后處理器考察非線性結(jié)構(gòu)的載荷歷程響應(yīng)。使用POST26比較一個(gè)ANSYS變量對(duì)另一個(gè)變量的關(guān)系。例如，你可以用圖形表示某一結(jié)點(diǎn)處的位移與對(duì)應(yīng)的所加載荷的關(guān)系，或者你可以列出某一結(jié)點(diǎn)處的塑性應(yīng)變和對(duì)應(yīng)的TIME值之間的關(guān)系。,,,Guidelines,62,求解步驟三（續(xù)）,典型的POST26后處理順序可以遵循以下步驟： 1、根據(jù)你的輸出文件（Jobname.OUT)檢查是否在所有要求的載荷步內(nèi)分析都收斂。你不應(yīng)當(dāng)將你的設(shè)計(jì)決策建立在非收斂結(jié)果的基礎(chǔ)上。 2、如果

39、你的解是收斂的，進(jìn)入POST26，如果現(xiàn)與你的模型不在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，發(fā)出RESUME命令。 命令：POST26 GUI：Main MenuTime Hist Postpro 3、定義在后處理期間使用的變量。 命令： NSOL ESOL RFORCL GUI：Main MenuTime Hist PostprocDefine Variables,,,63,求解步驟三（續(xù)）,4、圖形或者列表顯示變量。 命令： PLVAR（圖形表示變量） PRVAR EXTREM（列表變量） GUIS：Main MenuTime Hist PostpracGraph Variable S Main MenuTime Hist PostprocList Variables Main MenuTime Hist PostprocList Extremes 其它的性能 許多其它的后處理函數(shù)可用于POST26。,,,64,求解步驟三（續(xù)）,終止正在運(yùn)行的工作；重起動(dòng) 你可以通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)“abort”文件（Jobname.abt）停止一個(gè)非線性分析。一旦求解成功地完成，或者收斂失敗發(fā)生,程序也將停止分析。 如果一個(gè)分析在終止前已成功地完成了一次或多次迭代,你可以屢次重啟動(dòng)它,,,Guidelines,